3MTM Glass Bubbles

Weniger Aufwand für mehr Möglichkeiten.Verarbeitungshinweise für das Compoundieren und Spritzgießen mit 3M™ Glass Bubbles.

Mit optimierten Prozessen zu mehr Qualität.

Die Anforderungen an Füllstoffe für Compoundier- und Formgebungs-verfahren wachsen stetig und sind ebenso vielseitig wie die Industrien, in denen sie zum Einsatz kommen. Mit den verschiedenen Modellen unserer 3M™ Glass Bubbles begegnen wir diesen Ansprüchen auf allen Ebenen. Als innovative Verarbeitungshilfsmittel in unterschiedlichen Dichten und Druckfestigkeiten lassen sich mit ihnen z. B. Fließeigenschaften optimieren, Formgebungsprozesse vereinfachen oder einfach präzisere Ergebnisse erzielen. Zu diesem Produktangebot gehören auch unsere 3M™ Glass Bubbles iM16K: Mikroskopisch kleine, wasserunlösliche und chemisch stabile Hohlkugeln aus alkaliarmem Borsilikatglas, die über eine hohe gewichtsspezifische Druckfestigkeit verfügen und den meisten dieser Verfahren gewachsen sind.

Aufgrund ihrer Kugelform haben die Glass Bubbles in flüssigen bzw. geschmolzenen Polymeren deutlich geringere Auswirkungen auf die Rheologie (Viskosität, Schmelzfluss, usw.) als herkömmliche Füllstoffe. Auf diese Weise wird das Formen hochgefüllter Bauteile bzw. von Teilen mit komplexer Geometrie vereinfacht und, im Vergleich zu mit Mineralstoffen gefüllten Polymermassen, niedrigere Werkzeugtemperaturen oder Einspritzdrücke ermög licht. Ein weiteres Plus: Durch die Kugelform resultiert das Aspektverhältnis von 1, wodurch die Dimensionsstabilität des Polymerverbundstoffs verbessert wird. Dies hat wiederum weniger Schrumpf und Verzug zur Folge. Diese Merkmale machen Glass Bubbles zur idealen Basis für alle gängigen Thermoplasten wie Polypropylen, Polyamide, ABS und mehr.

Mit diesen Verarbeitungshinweisen möchten wir Ihnen grundlegende Informationen für die Evaluierung und Entwicklung Ihrer eigenen Com-poundierungs- und Spritzgießverfahren unter Einsatz von Glass Bubbles geben.

Im Gegensatz zu unregelmäßig geform-ten Füllstoffen tragen die gleichmäßig geformten 3M™ Glass Bubbles zu einer Verbesserung der Viskosität bei. Somit sind erhöhte Füllgrade möglich, was den Bedarf an Harz verringert. 3M™ Glass Bubbles können zusätzlich dabei helfen, den Schrumpf bzw. den Verzug bei vielen thermoplastischen Spritzgussteilen zu reduzieren.

Einleitung 02

Entlüftung

Glas Bubbles Granulat

Antriebsmotor

Hinweis: Die bereitgestellten Daten sind allgemeiner oder zusammenfassender Natur und sollen dem Kunden als Hilfe-stellung dienen. Sie sind nicht dazu ge-dacht, dem Kunden die sorgfältige Analy-se und Berücksichtigung seiner speziellen Bedingungen für den Einsatz und die Ver-arbeitung von 3M™ Glass Bubbles und anderen Produkten zu ersetzen. Es ob-liegt dem Kunden, sich davon zu über-zeugen, ob diese Informationen für seine spezielle Anwendung und den beabsich-tigten Einsatzzweck geeignet und ange-messen sind.

Compoundierung

3M™ Glass Bubbles für Compoundierung/Spritzgießen.

Compoundierung

* Isostatische Druckfestigkeit bezieht sich auf den Druck, dem 90 % der Kugeln von einer durch-schnittlichen Materialmenge mindestens standhalten.

Um 3M™ Glass Bubbles schonend in eine Polymer-schmelze einzuarbeiten, empfiehlt sich der Einsatz eines Doppelschneckenextruders oder eines BUSS- Kneters mit einer Seitenstopfeinheit, die im letzten Schneckendrittel vor der Schneckenspitze ange-bracht sein sollte. Die Schneckengänge des Extruders müssen nach dem Einbringen der Glass Bubbles auf ein Mindestmaß an Scherbelastung eingestellt wer-den. Vorzugsweise sind distributive Misch ele mente einzusetzen. Aggressive, dispersive Misch elemente wie rückfördernde Elemente und Knetblöcke sind nicht empfehlenswert. Konventionelle Einschnecken-extruder sollten generell nicht eingesetzt werden, da

sie normalerweise nicht über entsprechende Einfüll-stutzen verfügen und häufig „Barriereelemente“ oder andere Funktionsmerkmale mit enger Toleranz bzw. hoher Scherung aufweisen.

Speziell entwickelte Einschneckenextruder wiederum sind sehr wohl in der Lage die Glass Bubbles kontinu-ierlich und bruchfrei in die Polymerschmelze einzu-bringen. Ein idealer Ausgangspunkt für die Entwick-lung eines Extrusionssystems für Glass Bubbles mit niedriger Scherung wäre ein System, das darauf aus-gerichtet ist, Kurzglasfasern oder Glas faserschnitzel in das Polymer einzuspeisen.

Typischer Aufbau eines Doppelschneckenextruders

iM30K 0,60 2.000

iM16K 0,46 1.100

K42HS 0,42 517

S38HS 0,38 380

S60HS 0,60 1.240

Mikroglashohlkugel Typ Dichte (g/cc) Isostatische

Druckfestigkeit (bar)*

03

Compoundierung

Dosierung der 3M™ Glass Bubbles. Hinweis: 3M™ Glass Bubbles neigen zum Fluidisieren, d. h., sie verhalten sich wie eine Flüssigkeit, wenn sie mit Luft durch-strömt werden (was oft bei der anfängli-chen Befüllung eines Trichters geschieht). Dies kann zu einem unerwünschten Aus-laufen der Glass Bubbles aus dem Trichter führen. Um dies zu verhindern, wird em-pfohlen, den Auslass des Trichters so lange geschlossen zu halten, bis der Trichter mit Glass Bubbles gefüllt ist. Nach kurzer Zeit ist die Luft entwichen und das Auslass-ventil kann wieder geöffnet werden, um mit dem Compoundieren zu beginnen. Um ein unerwünschtes Auslaufen wäh-rend des Betriebs zu vermeiden, sollte der Trichter auf einen Füllstand von mindes-tens 30 Prozent der Füllkapazität gehal-ten werden.

Um den Bruch der Glass Bubbles auf ein Minimum zu beschränken, sollte die Zufuhr der Glass Bubbles erst an der Stelle im Extruder erfolgen, an der das Polymer vollständig geschmolzen ist. Am gleichmäßigsten lässt sich die Zufuhr durch eine Seitenstopfeinheit mit Schneckenantrieb erzielen. Außerdem empfiehlt es sich, die Geschwindigkeit der Extruderschnecke und den Druck im Extruder möglichst gering zu halten.

Glass Bubbles sollten mit einem automatischen Dosiersystem eingespeist werden. Obwohl volumetrische Dosiersysteme zufriedenstellende Ergeb-nisse erzielen können, ist eine gravimetrische Dosierung – im Idealfall mit Doppelschnecke ausgestattet – zu bevorzugen. Es wird empfohlen, die Glass Bubbles automatisch, z. B. mit Hilfe eines automatischen Vakuum-zuführsystems mit Vortrichter, zu dosieren. Wie bei anderen Füllstoffen kann es passieren, dass während des Einbringens von Glass Bubbles Luft in das Polymer eingearbeitet wird. Um einen unerwünschten Lufteinschluss bei dem fertig compoundierten Granulat zu verhindern, wird empfohlen, nach der Dosierung stromabwärts über ein Vakuumventil zu entlüften.

Granulierung.Alle Granuliermethoden, die für das gewählte Polymer eingesetzt werden, eignen sich auch für ein System mit Glass Bubbles. Für Kunststoffe mit einem hohen Füllanteil von Glass Bubbles könnte sich der Einsatz eines Unterwasser-Stranggranulators oder Wasser-Granulators empfehlen.

04

Schnecken mit einem Durchmesser von mindestens 38 mm/1,5“ verwenden.

Um die Viskosität zu senken, sollte eine Schmelztemperatur angstrebt werden, die am oberen Ende des vom Polymerlieferan-ten empfohlenen Verarbeitungstemperaturbereichs liegt.

Der Druck in der Füll-, Kompressions- und Nachdruckphase sollte unter 2000 bar bzw. 200 MPas liegen.

Am Ende der Schnecke sollte eine Ring-Rückstromsperre mit möglichst großzügigen Strömungskanälen eingesetzt werden, um die Belastung der Schmelze durch Scherung gering zu halten.

Spritzgießen

Spritzgießen

Anfahrbedingungen.Alle Thermoplaste erfordern bestimmte Maschinen- bzw. Anfahrein-stellungen. Da sich durch den Zusatz von 3M™ Glass Bubbles die viskoelas-tischen Eigenschaften der Schmelze ändern, empfiehlt 3M die Einhaltung der folgenden Richtlinien:

1. Die übliche Einspritzgeschwindigkeit und Schneckendrehzahl leicht reduzieren. Bei höherer Auslastung müssen diese Geschwindigkeiten unter Umständen noch weiter angepasst werden.

2. Die Temperatur in allen Zonen im oberen Betriebsbereich einstellen.

3M™ Glass Bubbles können in allen hochleistungsfähigen Thermoplasten wie TPO, TPU, TBT, PEEK, PFPS und PA eingesetzt werden. Dank ihrer hohen Druckfestigkeit und ihrer Kugelform werden Schrumpf und Verzug reduziert, wodurch sich die Abmessungen der fertigen Teile besser kontrollieren lassen. Ein weiterer Vorteil: Teile mit einem hohen Füllstoffanteil lassen sich im Vergleich zu gleichen Füllstoffgehalten mit konventionellen Füllstoffen leichter ausformen und es sind niedrigere Werkzeugtemperaturen und Einspritzdrücke möglich.

Hinweis: Es wird empfohlen, zunächst verschiedene Versuche durchzuführen, um optimale Ergebnisse zu erhalten.

Betriebsbedingungen.Glass-Bubbles-Typ Kompressionsverhältnis Einspritzgeschwindigkeit

(Niedrige Einspritzgeschwindigkeit empfohlen)

iM16K Schnecke mit niedriger Verdichtung

Hinweis: Mit Glass Bubbles gefüllte Werkstoffe können bei hohen Einspritzgeschwindig-keiten Oberflächendefekte erleiden. Eine sorgfältige Kontrolle des Geschwindigkeits-profils trägt dazu bei, diese Defekte zu verhindern oder zu minimieren.

05

Spritzgießen

Ausstattung und Werkzeug.

Temperatureinstellungen.Compounds mit 3M™ Glass Bubbles erfordern normalerweise höhere Temperaturen als Polymere ohne Füllstoff. Um die Viskosität zu senken und eine glattere, fehlerfreie Oberfläche zu erzielen, empfiehlt es sich, die Schmelze im oberen Temperaturbereich der vom Polymerlieferanten empfohlenen Einstellungen zu fahren.

Für Werkzeuge mit langen Produktionsläufen: Werkzeugstahl mit Rockwell-Härte C-60+ ein-setzen, z. B. 4-20SS, S-7, H-13. Entlüftungskanäle am Ende der Einzugszone, um eingeschlossene Gase zu minimieren.

Größtmögliche Angüsse verwenden.

Einspritzgeschwindigkeiten reduzieren.

Rauere Oberflächen können den Verschleiß ver-stärken. Daher wird eine Oberflächenrauhigkeit von 0,0001 mm oder feiner empfohlen. Auch eine Beschichtung des Werkzeugs kann dazu bei tragen, seine Haltbarkeit zu verlängern.

Trotz ihrer hohen Druckfestigkeit kann es vorkommen, dass 3M™ Glass Bubbles unter extremen Bedingungen zu Bruch gehen. Aus diesem Grund sollte versucht werden, die Scherbelastung der Werkstoffe durch Teile-/Formdesign und Verarbeitung auf ein Minimum zu reduzieren.

Zur Verarbeitung von Compounds, die mit Glass Bubbles gefüllt sind, wird der Einsatz einer Universal-Dreizonenschnecke mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von 16:1 bis 22:1 empfohlen. Außerdem sollten Sie mit einem niedrigen Kompressionsverhältnis von 2,0:1 bis 2,5:1 arbeiten. Für Einschneckenextruder sollten die Einzugs- und Meteringzonen jeweils aus 7 Windungen und die Kompressionszone aus 6 Win-dungen bestehen. Dispersive Mischelemente, z. B. Barriereschneckenelemente, sollten nicht bei 3M™ Glass Bubbles verwendet werden, während distributive Mischerelemente verwendet werden können.

Um einen gleichmäßigen Schmelzefluss zu gewähr-leisten, wird eine Ring-Rückstromsperre an der Schne-ckenspitze empfohlen, die keine zusätzliche Scher-belastung auf die Schmelze ausübt (100 % „free-flow“). Ebenfalls sollte eine Düsenöffnung mit großzügigen Abmessungen (5,5 mm/0,25") eingesetzt werden. Vermeiden Sie den Einsatz von sich innen verjüngenden Düsenspitzen oder Düsenspitzen ohne konstanten Durchmesser, da dies zu einer zusätzlichen Belastung der 3M™ Glass Bubbles führen kann.Für eine optimale Befüllung des Werkzeugs müssen

die Schmelzezuführungen mit vollständigen, runden Angusskanälen (mind. 6,35 mm Durchmesser) ohne scharfe Kanten ausgestattet sein. Dabei sollen die Angüsse 0,2 mm dick und die Angusskanäle so kurz wie möglich sein.

Im Gegensatz zu anderen hochgefüllten Kunststoffen verursachen die mit Glass Bubbles gefüllten Kunststoffe keinen vorzeitigen Verschleiß an Formen und Werk-zeugen. 3M gibt hier folgende Empfehlungen:

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Spritzgießen

Regranulierung.Eine Regranulierung (Recycling) birgt die Gefahr von übermäßigem Bruch der 3M™ Glass Bubbles, was wiederum zu einem Verlust der gewünschten physikalischen Eigenschaften des Compounds führen kann. Es wird empfohlen, das aufzuarbeitende Material mit ausreichenden Mengen an frischem Granulat zu mischen. Um sicherzustellen, dass die gewünschten Ergebnisse erreicht werden, empfiehlt es sich, entsprechende Teileprüfungen durchzuführen.

Fehlerbeseitigung.

Problem Mögliche Ursache Mögliche Lösung

Erhöhte Teiledichte (höher als Theorie)

Übermäßiger Bruch der Glass Bubbles

Schmelzdruck während der Füll- und Verdichtungsphasen des Werkzeugs reduzieren. Schneckengeometrie überprüfen.

Werkzeug nur teilweise gefüllt („Short Shot“)

Viskositätsanstieg bedingt durch den Zusatz von Glass Bubbles Werkzeugtemperatur erhöhen.

Oberflächenfehler Änderung der Viskosität, unregelmäßige Verteilung der Glass Bubbles

Einspritzgeschwindigkeiten senken und/oder Werkzeugtempera-tur erhöhen. Mögliche Lufteinschlüsse im Compound beseitigen.

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Hinweise zur Verpackung.

Sichtfenster und RohreFörderleitungen und SchläucheBulk BagVakuumförderungDoppelmembran-PumpeFließhilfen

Sichtfenster und Rohre.Mit Hilfe von Sichtfenstern und -rohren kann der Materialfluss beobachtet werden, um Probleme im Fördersystem zu lokalisieren. Sie sollten entweder am Auslass der Pumpe, am Boden der vertikalen Füße oder optimal am Eingang des Aufnahmebehälters installiert werden. Sichtrohre bestehen aus Pyrex®-Glas oder transparentem PVC-Schedule 80. Empfohlen wird eine Erdung mit einem Kabel über die gesamte Länge des Sichtrohrs. Die Sichtfenster sollten aus Polycar-bonat bestehen.

Die verschiedenen Systemkomponenten für die Hand-habung von 3M™ Glass Bubbles werden durch Förder-leitungen verbunden. Normalerweise sind die Kompo-nenten in einem Fördersystem 76 mm groß. Die Glass Bubbles müssen mit einer Geschwindigkeit von unter 300 m/min gefördert werden. Leitungen mit langge-zogenen Bögen bzw. großen Radiuskrümmungen soll-ten einem 90-Grad-Winkel vorgezogen werden. Bei den Leitungen können starre und flexible Materialien kombiniert werden. Alle Förderleitungen und Kompo-nenten müssen elektrisch geerdet werden. Empfohlen werden Schläuche mit glatter Innenbohrung und einem leitfähigen Erdungsdraht.

Der Erdungsdraht ist an die Metallverbinder anzu-schließen. Als flexible Leitungen kommen chemische Flechtschläuche, halbtransparentes PVC und klares Polyurethan ebenso in Frage wie ein Metallrohr. Es ist zu beachten, dass die Temperatur bei einigen Schläu-chen und Rohren mindestens -7 °C betragen muss.

Förderleitungen und Schläuche.

Abblaseventil

Trichter

Gegenblas-Luftimpuls-Filter

Luftpolster

Mischer/Prozess

Schlauchventil

Rohr

Luftzu-blasung

vom Lager

Filter Gebläse

Belüftungnach Bedarf

Hinweise zur Verpackung

Bulk Bag.3M™ Glass Bubbles sind neben Kartons und Silozug auch in rund 3 m³ großen sogenannten Bulk Bags mit Innenbeuteln aus Polyethylen und rund 25 cm großen Hebeschlaufen erhältlich. Der Innenbeutel ist am Boden mit einem 580 mm langen Auslassschlauch ausgestattet, der einen Durchmesser von 400 mm aufweist. In gefülltem Zustand hat der gesamte Beutel Abmessungen von rund 1,2 m x 1,1 m x 2,3 m. Ihre maximale Versandhöhe beträgt ca. 2,54 m.

Zur Förderung von leichten Pulvern wird normalerweise eine pneumatische 3 Zoll große Doppelmembran-Pumpe eingesetzt. Mit dieser preisgünstigen Methode lassen sich Pulver mit geringer Dichte effektiv befördern. Die Pumpe mit Luftantrieb stellt eine Kombination aus Vakuumdruck-Beförderungssystem im Pull-/Push-Verfahren dar. Sie zieht das Fördergut über ein Vakuum in ihren Einlass und schiebt es dann mit Druck durch die Förderleitung. Bei dem Druckfördersystem kann es am Arbeitsplatz durch schlechte Leitungsverbindungen zum Austritt von Staub kommen. Die Pumpe sollte möglichst nah an den Prozess gerückt werden, um den Werkstoff über eine größere Strecke fördern zu können. Auf diese Weise wird ein mögliches Zusetzen der Leitung verhindert.

Vakuumförderung.

Doppelmembran-Pumpe.

Das Vakuumtransportsystem ist ein Zugförderungssystem, das mit Unterdruck arbeitet. Dabei kann ein Venturilüfter, Rotationsgebläse oder zweistufiges Gebläse eingesetzt werden. Das Vakuumsystem bewegt das Transportgut mit höheren Geschwindigkeiten als ein Pumpsystem. Der Vorteil dabei ist, dass keine Partikel in den Arbeitsbereich gelangen. Dieses System ist für Leitungsverstopfungen nicht anfällig. Der Hauptfilter wird im Normalfall durch saubere, trockene Druckluft gereinigt. Zum Schutz von Lüftung bzw. Gebläse befindet sich ein zweiter Filter hinter dem Eingangsfilter. Ein einstellbares Überdruckventil regelt das Vakuum im Eingang. Die typische Saugleistung beträgt 125 bis 250 cm Wassersäule. Empfohlen werden eine Sichtscheibe am Trichter und eine Kegelbelüftung.

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zur Weiterverarbeitung

Entlastungs-ventil

Pumpe

vom Silo

Abblase-ventil

Hinweise zur Verpackung

Die Zufuhr von Druckluft in eine Pumpenkammer während der Materialbeförderung in der Leitung trägt dazu bei, ein potentielles Zusetzen der Pumpe zu verhindern. Oft wird auch ein Vakuumsicherheitsventil nahe der Ansaugöffnung der Pumpe installiert. Ein Entlastungsventil am Pumpenauslass empfiehlt sich, um eine verstopfte Leitung oder Pumpe vom Druck zu entlasten. Vor und nach der Beförderung von Glass Bubbles sollten Pumpe und Fördersystem mit Luft oder einem geeigneten Gas gereinigt werden.

Unterstützungsluft in der Förderleitung dient dazu, Verstopfungsprobleme in der Leitung zu verhindern. Diese Hilfsmittel werden normalerweise in vertikalen Leitungen unten an den Füßen und bei horizontalen Leitungsläufen etwa alle 15 m angebracht. Luftpolster in der Nähe der Trichterausgangsöffnung werden em-pfohlen, um den Werkstoff zu fluidisieren und so die Förderung zu erleichtern.

Fließhilfen.

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Hinweise zur Verpackung

Sicherheitshinweise und Verarbeitung:

Vor dem Einsatz von 3M™ Glass Bubbles bitte die Sicherheits- und Verarbeitungshinweise auf dem Produktetikett oder im Sicherheitsdatenblatt sorgfältig durchlesen und befolgen.

Aufgrund der Leichtgewichtigkeit und geringen Partikelgröße der Glass Bubbles kann es bei der Handhabung und Verarbeitung zu einer Staubbildung kommen. Um diese auf ein Minimum zu be-schränken, sollten vom Verarbeiter und Anwender folgende Re-geln im Umgang mit den Glass Bubbles beachtet werden:

Packungen erst kurz vor dem Einsatz öffnen Packungen in der Nähe einer Absaugung öffnen, um flüchti-

ge Partikel zu entfernen (unter Umständen ist der Einsatz ei-ner Absauganlage erforderlich – beachten Sie Ihre örtlichen Sicherheits- und Arbeitsschutzvorschriften)

Die Glass Bubbles mit einem Saugrohr (mit leichter Druckbe-lüftung) entnehmen und durch ein vollständig abgeschlosse-nes Rohrsystem in einen geschlossenen Mischtank leiten.

Falls ein geschlossener Mischtank nicht zur Verfügung steht, ist eine Absauganlage so nah wie möglich am Zufuhrpunkt zu verwenden. Pneumatische Fördersysteme haben sich be-währt, um Glass Bubbles vom Versandbehälter staubfrei zum Mischgerät zu transportieren. Bitte wenden Sie sich bezüg-lich anwendungstechnischer Beratung an einen entspre-chenden Hersteller.

Zum Schutz vor elektrostatischer Aufladung sollten Statikeli-minatoren eingesetzt werden.

Bitte beachten Sie die folgenden Arbeitsschutzhinweise:

Verwendung der 3M™ Atemschutzmaske Typ 8812 oder einer anderen zugelassenen Atemschutzmaske, Schutzhand-schuhe und eine angemessene Schutzbrille (Zusätzliche Hin-weise zur persönlichen Schutzausrüstung entnehmen Sie bitte dem Sicherheitsdatenblatt).

Eine geeignete Absaugung im Arbeitsbereich einsetzen.

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Wichtiger Hinweis:

Die vorstehenden Angaben stellen unsere gegenwärtigen Erfahrungswerte dar. Es obliegt dem Verwender, vor Verwendung des Produk-tes selbst zu prüfen, ob es sich, auch im Hinblick auf mögliche anwendungswirksame Einflüsse, für den von ihm vorgesehenen Verwen-dungszweck eignet.

Alle Fragen einer Gewährleistung und Haftung bestimmen sich nach den jeweiligen kaufvertraglichen Regelungen, sofern nicht gesetz-liche Vorschriften etwas anderes vorsehen.

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