Trong ngành công nghiệp nhựa, việc cải thiện chất lượng và tính năng của hạt nhựa luôn là một thách thức lớn đối với các kỹ sư và nhà thiết kế. Một trong những phương pháp được áp dụng phổ biến là sử dụng chất độn khoáng. Vậy chất độn khoáng có cải thiện chất lượng cho hạt nhựa không? Câu trả lời là có, nếu chúng được sử dụng đúng cách và hợp lý.
Chất độn khoáng là gì?
Chất độn khoáng là các vật liệu vô cơ như mica, cao lanh, canxi cacbonat, silica hay hạt thủy tinh. Các chất này thường được thêm vào hạt nhựa nhằm thay đổi tính chất vật lý, cơ học hoặc nhiệt học của sản phẩm cuối cùng. Không chỉ giúp giảm giá thành sản phẩm, chất độn khoáng còn có thể cải thiện nhiều tính năng quan trọng như độ cứng, tính ổn định nhiệt, khả năng chống cháy và giảm độ co ngót khi gia công.
Các chất độn khoáng thường được sử dụng
Các chất độn khoáng thường được sử dụng bao gồm:
- Canxi cacbonat: Chúng không độc hại, không mùi, có màu trắng với chỉ số khúc xạ thấp, mềm, khô và ổn định trong một phạm vi nhiệt độ rộng. Bột Canxi cacbonat tương thích tốt nhất với nhựa PP và PE, nhưng vẫn có thể dùng để trộn với một số loại nhựa phổ biến khác như PS, ABS, PVC, EPS, … Chất độn này giúp tăng tính ổn định của nhựa và giảm giá thành sản xuất. Nó được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành công nghiệp và sản phẩm khác nhau.
- Mica: Được sử dụng để tăng tính chất cơ học của hạt nhựa, tính chất đặc biệt của Mica là hệ số giãn nở nhiệt (CTE) cực kỳ thấp và đặc tính cách điện phi thường. Mật độ trọng lượng của Mica khoảng 2.7 gram/cm³ và độ cứng 2.5 trên thang Mohs. Mica có 2 dạng thường gặp, bao gồm Mica Muscovit phổ biến nhất, là một silica ngậm nước của kali và nhôm, và Mica Phlogopite là một loại silica ngậm nước của kali và magie. Mica Muscovit có màu trắng, còn Phlogopite có màu sẫm nhưng có độ ổn định nhiệt cao hơn nhiều. Chất độn Mica có thể gia tăng đáng kể khả năng chống thấm khí, nhưng lại làm giảm đi độ dẻo và tính linh hoạt của vật liệu. Độ bền kéo tăng lên trong khi cường độ va đập và tốc độ dòng chảy giảm dần khi tăng tỷ lệ pha trộn.
- Cao lanh : Cao lanh là tên gọi của đất sét kaolinit- Al2Si2O5(OH)4, là một thành viên của họ cao lanh aluminosilicat. Cao lanh có khả năng làm tăng các tính chất vật lý của vật liệu, bao gồm độ bền kéo, khả năng chống cong vênh và suy thoái hóa học. Nó cũng tăng cường độ sáng, làm cho vật liệu trông trắng và sáng hơn. Trong sản xuất nhựa, cao lanh chủ yếu được sử dụng nhờ đặc tính chống chặn cũng như hấp thụ tia hồng ngoại trong các ứng dụng cần đánh dấu bằng laser. Màng nhà kính sử dụng cao lanh sẽ gia tăng đặc tính truyền các bước sóng hồng ngoại ngắn, đồng thời ngăn chặn đáng kể việc truyền các bước sóng hồng ngoại dài, nhờ đó tạo ra “hiệu ứng nhà kính” ở mức độ cao hơn. Cao lanh và nhựa EVA (Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer) là hai vật liệu đã được chứng minh là chất hấp thụ bức xạ hồng ngoại dài mà không ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học hoặc hành vi lão hóa của các loại màng nông nghiệp.
- Bột talc: Tacl là chất độn phổ biến thứ hai trong ngành nhựa, chỉ xếp sau canxi cacbonat. Đây là là một trong những khoáng chất tự nhiên mềm nhất được biết đến, với độ cứng trên thang Mohs ở mức thấp nhất (1/10). Đặc tính này rất quan trọng, vì nó khiến cho Talc ít gây mài mòn nhất trên các thiết bị sản xuất nhựa so với các chất độn khác. Vật liệu độn này có ưu thế là trơ về mặt hóa học, không hòa tan trong nước, axit vô cơ loãng và dung dịch kiềm loãng. Hơn nữa Talc còn có ái lực với tất cả các chất hữu cơ nên chúng dễ dàng được phân tán trong các loại nhựa. Cũng giống như CaCO3, hạt nhựa Talc được các nhà sản xuất rất ưa chuộng vì nó phù hợp với hầu hết các quy trình sản xuất truyền thống như đùn thổi, ép phun, ép đùn mà không cần phải nâng cấp thiết bị.
Một số chất độn khoáng phổ biến khác như silica, wollastonite, sợi canxi sunfat (sợi Franklin) và hạt thủy tinh cũng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhựa. Mỗi loại chất độn mang lại những lợi ích riêng cho sản phẩm cuối cùng.
- Silica: Dioxide silic (SiO2) còn có tên gọi khác là silica hay hạt thủy tinh, là một hợp chất hóa học có độ cứng ở mức cao (7/10 trên thang Mohs). Sử dụng hạt thủy tinh sẽ làm giảm đáng kể hiện tượng kết khối trong sản xuất nhựa, đồng thời tăng cường khả năng chống cháy. Ngay cả những lớp silica rất mỏng lắng đọng trên bề mặt polyme cũng có thể làm giảm sự giải phóng nhiệt và làm chậm quá trình bắt lửa của chúng. Sợi thủy tinh thì chủ yếu được sử dụng để tăng các tính chất cơ học như mô đun uốn và độ bền kéo của nhựa nhiệt dẻo hoặc nhiệt rắn. Còn trong bao bì nhựa sinh học, các hạt nano SiO2 khi được kết hợp với các loại túi làm từ tinh bột có thể giúp cải thiện nhiều đặc tính cơ học, đặc biệt là tăng khả năng chống thấm nước và khí, khả năng hấp thụ dầu và kháng hóa chất.
- Chất độn trong suốt Bari sulfat và Natri sulfat:
Hạt nhựa độn Na2SO4 cấp nano có khả năng sửa đổi bề mặt vượt trội, tăng độ bóng, độ trong suốt, đồng thời cải thiện một số tính chất cơ học như tốc độ dòng chảy, độ bền kéo, độ ổn định nhiệt và khả năng chống kết khối.
Natri sulfat được khuyến nghị sử dụng ở các tỷ lệ liều lượng khác nhau. Trong màng nông nghiệp hoặc màng nhà kính, tỷ lệ pha trộn được khuyến nghị trong khoảng 5 đến 30%. Đối với các ứng dụng bao bì màng thổi HDPE hoặc LDPE, liều lượng có thể lên đến 50%.
Bari sulfat (BaSO4) có các đặc tính tương tự như Na2SO4, cũng dùng tốt cho các loại màng LDPE và HDPE, cũng cải thiện độ bóng, độ trong suốt, độ bền kéo và độ cứng của sản phẩm. Ngoài ra, BaSO4 còn có khả năng chống axit và dung dịch kiềm, có độ bền ánh sáng cũng như độ dẻo ổn định trong thời gian dài. Tỷ lệ pha trộn của BaSO4 được khuyến nghị trong khoảng 5% đến 30%, nhưng tỷ lệ lý tưởng để duy trì độ sáng mịn và gia tăng các đặc tính cơ học được cho là ở mức 20%.
Ưu điểm vượt trội của chất độn BaSO4 là nó hoạt động hiệu quả không chỉ trong các sản phẩm màng thổi mà còn trong một số sản phẩm ép phun như các chi tiết nhỏ của đồ gia dụng, chai lọ. Bằng cách thêm BaSO4 vào công thức, những chất độn này sẽ giúp sản phẩm được tạo ra với độ cứng cao, chống ăn mòn và khả năng in ấn lý tưởng. Trong ứng dụng đùn đúc, việc sử dụng BaSO4 (khoảng 25%) có thể làm cho bề mặt của nhựa PP trông giống như nhựa ABS mà không ảnh hưởng đến các đặc tính hiện có.
Chất độn khoáng có cải thiện chất lượng cho hạt nhựa
Chất độn khoáng có cải thiện chất lượng cho hạt nhựa hay không? Thực tế sử dụng chất độn khoáng đúng cách có thể đem lại nhiều lợi ích, giúp nhựa có những tính chất ưu việt hơn so với việc chỉ sử dụng nhựa nguyên sinh.
Ảnh hưởng của kích thước và hình dạng chất độn
Hình dạng và kích thước của các hạt chất độn khoáng đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến tính chất cơ học của hạt nhựa. Các chất độn có hình dạng sợi và lăng trụ thường làm tăng độ bền kéo và độ uốn của nhựa, trong khi các chất độn dạng hình cầu và hình khối không tạo ra nhiều ảnh hưởng đến tính chất cơ học. Các mảnh hoặc chất độn dạng tấm có thể cải thiện độ bền theo hai hướng, nhờ vào việc định hướng trong quá trình đúc khuôn.
Kích thước hạt chất độn cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của hạt nhựa. Các hạt có kích thước nhỏ hơn thường giúp tăng cường độ bền của sản phẩm, trong khi các hạt lớn có thể tạo ra sự phân tán ứng suất trong ma trận nhựa, làm giảm độ bền của sản phẩm cuối cùng.
Ảnh hưởng của chất độn khoáng đến tính chất nhiệt và điện của nhựa
Ngoài việc cải thiện tính cơ học, chất độn khoáng có cải thiện chất lượng cho hạt nhựa về tính ổn định nhiệt và khả năng dẫn điện. Mica và bột talc giúp tăng độ ổn định nhiệt, trong khi alumina trihydrate cải thiện khả năng chống cháy.
Một số chất độn như talc hoặc alumina trihydrate khi bị nung nóng sẽ sinh ra nước, giúp dập tắt ngọn lửa và giảm nguy cơ cháy lan. Đây là lý do tại sao các chất độn này thường được thêm vào nhựa trong các ứng dụng đòi hỏi tính chống cháy cao.
Tối ưu hóa tính chất của hạt nhựa bằng cách kết hợp nhiều loại chất độn
Việc kết hợp các loại chất độn khoáng có thể tối ưu hóa tính chất của hạt nhựa cho từng ứng dụng cụ thể. Ví dụ, kết hợp mica và sợi thủy tinh có thể tăng đáng kể độ bền kéo, khả năng chịu va đập và tính ổn định nhiệt của nhựa. Tuy nhiên, sự kết hợp này cũng làm tăng chi phí và có thể gây ra hiện tượng cong vênh sản phẩm trong quá trình đúc khuôn.
Một giải pháp trung hòa là sử dụng hỗn hợp nylon 6/6 chứa 15% sợi thủy tinh và 25% mica. Công thức này giúp tạo ra sản phẩm có giá thành hợp lý, đồng thời tăng độ bền kéo lên 33%, khả năng chịu va đập gần gấp đôi và nhiệt độ lệch nhiệt cao hơn 30°F so với nhựa chỉ chứa mica.
Vậy chất độn khoáng có cải thiện chất lượng cho hạt nhựa không?
Chất độn khoáng có thể cải thiện các tính năng quan trọng của hạt nhựa, từ độ cứng, tính ổn định nhiệt đến khả năng chống cháy. Chất độn còn giúp giảm chi phí sản xuất nhựa đáng kể. Tuy nhiên, việc lựa chọn và sử dụng chất độn cần phải được cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo rằng nó phù hợp với yêu cầu của sản phẩm cuối cùng. Các kỹ sư và nhà thiết kế nên tham khảo ý kiến chuyên gia và nhà cung cấp nhựa để tìm ra giải pháp tối ưu cho mỗi ứng dụng cụ thể.
PMJ hiện là một trong những đơn vị cung cấp chất độn khoáng cho nhựa hàng đầu tại Việt Nam. Chúng tôi cung cấp đa dạng các loại chất độn như Bari Sulfat, bột Talc, Calcium Carbonate, Natri Sulfat và nhiều loại chất độn khác với chất lượng cao và giá thành hợp lý. Nếu bạn cần tư vấn thêm về sản phẩm hoặc có nhu cầu đặt hàng, vui lòng liên hệ với chúng tôi qua số hotline: (+84) 321 6277 093. Chúng tôi rất hân hạnh được phục vụ!