مستربچ سفید تزریقی یک ترکیب غلیظ از دی اکسید تیتانیوم با کدورت بالا (TiO2) است که در یک رزین حامل پراکنده شده است - به طور خاص برای فرآیندهای قالب گیری تزریقی فرموله شده است. این رنگ سفید روشن و یکنواخت، محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش و تیرگی سطح را به قطعات قالبگیری شده با نرخ بارگیری 2 تا 5 درصد ارائه میکند که جایگزین نیاز به استفاده از پودر TiO2 خام در کف تولید میشود. انتخاب درجه مناسب مستقیماً سفیدی قطعه، زمان چرخه، ماندگاری مکانیکی و عملکرد هوازدگی طولانی مدت را کنترل می کند.
چرا قالب گیری تزریقی به درجه اختصاصی مستربچ سفید نیاز دارد؟
همه مستربچ های سفید در قالب گیری تزریقی عملکرد یکسانی ندارند. نرخ برش بالا در داخل بشکه تزریق - معمولاً 1000 تا 10000 ثانیه در نوک پیچ - و چرخه دمای سریع بین 180 درجه سانتیگراد و 320 درجه سانتیگراد (بسته به رزین پایه) تقاضاهای خاصی را برای فرمول مستربچ ایجاد می کند که گریدهای قالب گیری فیلم یا دمشی برای طراحی نشده اند.
- تطبیق ویسکوزیته: رزین حامل در مستربچ درجه تزریق باید دارای شاخص جریان مذاب (MFI) باشد که 1.5 تا 3 برابر بیشتر از رزین پایه باشد، که از پراکندگی سریع تحت برش بالا بدون ایجاد لکههای سرد یا آگلومرههای رنگدانه ذوب نشده اطمینان حاصل میکند.
- پایداری حرارتی: TiO2 می تواند تجزیه پلیمر را در دمای بالای 260 درجه سانتیگراد کاتالیز کند، اگر به صورت سطحی عملیاتی نشود. گریدهای تزریقی از روتیل TiO2 با پوشش آلومینا یا سیلیس استفاده می کنند که تا دمای 320 درجه سانتی گراد پایدار می ماند.
- عدم حساسیت به رطوبت: گریدهای فیلم اغلب حاوی مواد افزودنی ضد لغزش یا ضد بلوک هستند که در قالب تزریق بسته خارج شده و باعث ایجاد تاول در سطح می شوند. گریدهای تزریقی از نظر افزودنی تمیز هستند یا فقط از مواد کمکی پردازش غیرفرار استفاده می کنند.
- همگن سازی سریع رنگ: زمان ماندن کوتاه در بشکه تزریق (معمولاً 2 تا 8 دقیقه) به این معنی است که مستربچ باید در یک یا دو چرخش پیچ کاملاً پخش شود - این به رنگدانه از پیش پراکنده شده در سطح زیر میکرون نیاز دارد، نه فقط پودر مخلوط.
محتوای TiO2 و معنای آن برای قطعات شما
مستربچ های سفید تزریقی به صورت تجاری در طیف وسیعی از بارگیری TiO2 در دسترس هستند. انتخاب صحیح به ضخامت دیواره قطعه نهایی، کدورت مورد نیاز و اهداف هزینه بستگی دارد:
| TiO2 بارگیری در مستربچ | نسبت معمولی رها کردن | TiO2 موثر در قسمت | بهترین برای |
|---|---|---|---|
| 50% | 2-3٪ مگابایت در رزین پایه | 1.0-1.5٪ | قطعات جدار نازک (0.5-1.5 میلی متر)، درپوش های آرایشی براق |
| 60% | 3-4٪ مگابایت در رزین پایه | 1.8-2.4٪ | کالاهای مصرفی، قطعات لوازم خانگی (دیوار 1.5-3 میلی متر) |
| 70% | 4-5٪ مگابایت در رزین پایه | 2.8-3.5٪ | قطعات فنی دیوار ضخیم، بسته بندی با نیاز به کدورت |
| 75-80٪ | 2-3٪ مگابایت در رزین پایه | 1.5-2.4٪ | تولید با حجم بالا با بهینه سازی هزینه در جایی که کاهش کمتر ترجیح داده می شود |
یک قانون کلی: 1% TiO2 بر حسب وزن در قسمت تمام شده نسبت کنتراست (تاری) تقریباً 0.85-0.92 را روی یک بستر سیاه برای دیوار PP 1 میلیمتری، که به ازای ISO 2814 اندازهگیری میشود، فراهم میکند. قطعات ضخیمتر از 3 میلیمتر معمولاً با 1.5 درصد TiO2 به کدورت کامل میرسند، بنابراین بدون افزایش هزینه بیش از این نقطه اپتیکال، مزیتهای اضافی افزایش مییابد.
رزین های حامل سازگار و تطبیق پلیمر پایه
رزین حامل در مستربچ باید با - و در حالت ایده آل همان خانواده پلیمری - با رزین پایه در حال قالب گیری سازگار باشد. ناهمگونی حامل ها شایع ترین علت رگه های سفید، لایه لایه شدن یا کاهش استحکام ضربه در قطعات قالب گیری است.
| رزین پایه در حال قالب گیری | حامل پیشنهادی | احتیاط |
|---|---|---|
| پلی پروپیلن (PP) | هموپلیمر یا کوپلیمر PP | اجتناب از حامل پلی اتیلن - باعث تیرگی سطح و کاهش استحکام خط جوش می شود |
| ABS | حامل ABS یا SAN | حامل PE یا PP باعث می شود که لایه های لایه لایه در سطح مقطع قابل مشاهده باشند |
| پلی استایرن (PS / HIPS) | حامل PS یا HIPS | حامل های غیر PS قدرت ضربه را 15 تا 25 درصد کاهش می دهند. |
| پلی آمید (PA6 / PA66) | حامل PA6، خشک شده تا رطوبت <0.2٪ | هر حامل غیر PA باعث ایجاد علائم پخش می شود. حامل باید در دمای 80 درجه سانتیگراد در 4 ساعت از قبل خشک شود |
| ترکیب PC یا PC/ABS | حامل رایانه شخصی یا حامل جهانی دمای بالا | پردازش بالاتر از 280 درجه سانتیگراد؛ حامل های استاندارد PP/PE تخریب و تغییر رنگ می دهند |
| HDPE / LDPE | حامل LLDPE یا LDPE | حامل PP فقط در صورتی قابل قبول است که قطعه غیر ساختاری باشد |
پارامترهای کلیدی پردازش برای قالب گیری تزریقی با مستربچ سفید
تنظیمات پردازش صحیح از رایج ترین عیوب مستربچ سفید جلوگیری می کند: رگه شدن، زرد شدن، توزیع ناهموار و تنوع درخشندگی سطح.
- فشار برگشتی: بین 5 تا 15 مگاپاسکال تنظیم کنید. فشار برگشتی بالاتر، پراکندگی رنگدانه را بهبود می بخشد اما حرارت برشی را افزایش می دهد. برای رزین های مهندسی بالای 280 درجه سانتیگراد، فشار برگشتی را در انتهای پایین نگه دارید تا از تخریب حرارتی حامل جلوگیری شود.
- سرعت پیچ: 60 تا 120 دور در دقیقه محدوده کاری عادی است. سرعتهای بالاتر از 150 RPM با مستربچ با TiO2 بالا میتواند گرمای بیش از حد موضعی و زرد شدن نوک پیچ را ایجاد کند.
- مشخصات دمای بشکه: ناحیه عقب باید 10 تا 20 درجه سانتیگراد پایین تر از ناحیه جلو تنظیم شود تا اجازه ذوب تدریجی گلوله های مستربچ قبل از مناطق اصلی فشرده سازی و اختلاط را بدهد.
- خشک کردن: اکثر مستربچ های سفید حامل PE و PP نیازی به خشک کردن ندارند. با این حال، اگر در شرایط مرطوب (بیش از 70٪ RH) نگهداری شود، جذب رطوبت سطحی می تواند باعث ایجاد لکه های پوستی شود - 2 ساعت در دمای 70 درجه سانتی گراد در خشک کن رطوبت گیر این مشکل را برطرف می کند.
- پاکسازی بین تغییرات رنگ: بقایای مستربچ سفید در بشکه به دلیل بارگذاری بالای TiO2 نسبت به اکثر رنگ ها ماندگارتر است. قبل از تغییر به رنگ تیره از یک ترکیب تصفیه کننده تجاری با 110 تا 120 درصد حجم بشکه استفاده کنید.
شاخص سفیدی، شاخص زردی و نحوه اندازه گیری آنها
دو اندازه گیری ابزاری عملکرد نوری یک قطعه قالب گیری تزریقی سفید را مشخص می کند و باید در هر سند تهیه مستربچ مشخص شود:
| اندازه گیری | استاندارد | هدف برای سفید روشن | چه چیزی باعث شکست می شود |
|---|---|---|---|
| شاخص سفیدی (WI) | ASTM E313 / CIE | WI > 80 (مصرف کننده)؛ WI > 90 (حق بیمه) | بارگذاری TiO2 کم، پراکندگی ضعیف، کدورت ناکافی |
| شاخص زردی (YI) | ASTM D1925 / E313 | YI < 3 (استاندارد)؛ YI < 1.5 (حق بیمه) | تخریب حرارتی حامل یا پلیمر؛ گرید TiO2 غیر روتیلی |
| مقدار L* (سبکی) | CIE L*a*b* | L* > 95 | TiO2 ناکافی، آلودگی رنگدانه تیره |
| نسبت کدورت / کنتراست | ISO 2814 | > 0.95 بیش از بستر سیاه | دیوار خیلی نازک، TiO2 خیلی کم، از درجه آناتاز به جای روتیل استفاده می شود |
روتیل TiO2 (ضریب شکست 2.71) به طور مداوم از TiO2 آناتاز (ضریب شکست 2.52) در دوام سفیدی و UV بهتر عمل می کند و استاندارد برای هر قطعه قالب گیری تزریقی با عمر مفید در فضای باز یا در معرض نور است. گریدهای آناتاز فقط برای کاربردهای داخلی با هزینه بسیار مهم و بدون نیاز به اشعه ماوراء بنفش قابل توجیه هستند.
تثبیت UV: چه زمانی اضافه شود و چه بارگذاری مشخص شود
TiO2 به تنهایی از ماتریس پلیمری در برابر تخریب اشعه ماوراء بنفش محافظت نمی کند - UV را پراکنده و منعکس می کند اما آن را جذب نمی کند. قطعاتی که در خارج از منزل یا در محیطهای با اشعه ماوراء بنفش بالا استفاده میشوند، نیاز به HALS (تثبیتکنندههای نور آمین با مانع) و/یا جاذبهای UV دارند که در مستربچ یا بهعنوان مستربچ افزودنی جداگانه اضافه شوند.
- برای قطعات PP با عمر سرویس 12 ماهه در فضای باز: بارگیری HALS 0.15-0.25٪ در قطعه تمام شده نقطه شروع استاندارد برای داده های هوازدگی شتاب یافته ISO 4892-2 است.
- برای قطعات پلی اتیلن با عمر 24 ماهه در فضای باز: HALS در 0.3-0.5٪ همراه با یک جاذب UV (به عنوان مثال نوع بنزوتریازول) در 0.1-0.2٪.
- برای قطعات PP خارجی خودرو (ضمانت 5 ساله): HALS با 0.5-0.8٪ با UVA در 0.2-0.3٪ - معمولاً به عنوان مستربچ ترکیبی UV در کنار مستربچ سفید عرضه می شود.
برخی از مستربچهای سفید تزریقی بهعنوان درجههای «سفید UV» با HALS از قبل تعبیهشده در دسترس هستند و دوز را در خط تولید سادهتر میکنند. تأیید کنید که نوع HALS غیر قابل استخراج است (HALS پلیمری) برای کاربردهای تماس با غذا یا تماس با پوست.
تماس با غذا و انطباق با مقررات برای تزریق مستربچ سفید
مستربچ سفید مورد استفاده در بسته بندی مواد غذایی قالب گیری تزریقی، ظروف آشپزخانه یا محفظه دستگاه های پزشکی باید با مقررات قابل اجرا مطابقت داشته باشد. چارچوب های کلیدی عبارتند از:
- مقررات اتحادیه اروپا 10/2011: مواد و اقلام پلاستیکی در تماس با مواد غذایی. TiO2 به عنوان یک افزودنی مجاز (ماده FCM شماره 744) فهرست شده است. حامل ها و کمک های پردازش نیز باید از لیست مثبت باشند.
- FDA 21 CFR: برای کاربردهای تماس با غذا در ایالات متحده - رزین حامل و همه افزودنیها باید با بخش فرعی مربوطه مطابقت داشته باشند (مثلاً 21 CFR 178.3297 برای رنگها).
- REACH (EC 1907/2006): تأمینکنندگان باید برگه دادههای ایمنی ارائه دهند و تأیید کنند که SVHC (مواد بسیار نگرانکننده) بالاتر از 0.1 درصد وزنی بر وزن در مستربچ وجود ندارد.
- محدودیت های RoHS / فلزات سنگین: رنگدانه TiO2 باید مطابق با استانداردهای EN 71-3 و مشابه باشد. تأیید کنید که محصول فاقد سرب، کادمیوم و کروم شش ظرفیتی است.
یک تامین کننده سازگار با هر دسته یک اعلامیه انطباق (DoC) ارائه می دهد که به مقررات خاص، داده های مهاجرت آزمایشی و هویت همه مواد مورد استفاده ارجاع می دهد. قابلیت ردیابی در سطح دسته ای با گواهی تجزیه و تحلیل (CoA) حداقل برای برنامه های تنظیم شده است.
نقص های معمولی و نحوه تشخیص آنها
| نقص مشاهده شد | محتمل ترین علت | اقدام اصلاحی |
|---|---|---|
| رگه های سفید یا علائم چرخشی | پراکندگی ضعیف؛ مستربچ MFI خیلی کم در مقابل رزین پایه | افزایش فشار برگشتی 5-10 مگاپاسکال. به درجه مستربچ MFI بالاتر بروید |
| رنگ مایل به زرد روی قطعات | تخریب حرارتی - دمای پردازش بسیار بالا یا زمان ماندگاری بیش از حد طولانی است | دمای بشکه را 10 تا 15 درجه سانتیگراد کاهش دهید. کاهش زمان چرخه شات به شات؛ سرعت پیچ را بررسی کنید |
| کدورت ناهموار (لکه دار) | ترکیب ناسازگار مستربچ با رزین پایه در قیف | از واحد دوز ثقلی به جای مخلوط کردن با لیوان استفاده کنید. افزایش فشار برگشتی |
| لایه های لایه لایه | رزین حامل ناسازگار با پلیمر پایه | یک مستربچ با حامل همان پلیمر تهیه کنید |
| پخش شدن سطح / رگه های نقره ای | رطوبت در مستربچ یا رزین پایه PA/PC به اندازه کافی خشک نشده است | مستربچ خشک 2 ساعت در 70 درجه سانتیگراد. رزین پایه خشک PA یا PC در هر مشخصات تامین کننده |
| کاهش ضربه یا مقاومت کششی | اضافه بار TiO2 بیش از 4٪ در قسمت تمام شده حامل ناسازگار | کاهش نسبت رها شدن؛ بررسی سازگاری حامل با تست مکانیکی |
