注：本指南旨在向用户提供基础信息，以协助其评估并制定使用3M玻璃微球进行复配和注塑成型的工艺流程。此处提供的信息仅具一般性或概述性质，旨在为用户提供辅助参考。本信息不能代替用户对在使用3M玻璃微球及其他产品过程中所涉及的特定环境与条件进行审慎考量。客户有责任自行判定本信息是否适用于其特定的用途及预期的应用场景。
3M™空心玻璃微球为塑料加工企业带来诸多机遇，具体表现在：
|
3M™ Glass Bubbles iM16K 是最新一代的高强度玻璃微球，专为制造轻量化塑料而设计。该产品具有16,000 psi的等静压抗压强度和20微米的粒径。此外，凭借仅0.46 g/cc的密度，3M Glass Bubbles iM16K 能够实现15%或以上的减重效果——且不以牺牲强度或其他物理性能为代价。
针对高压操作，3M™玻璃微球iM30K拥有27,000 psi的抗压强度，0.60 g/cc的密度，以及18微米的粒径。
与形状不规则的填料不同，3M玻璃微球能够轻松地相互滚动。这有助于提高体积填充量、降低收缩率，并减少树脂用量。此外，它还有助于减少许多注塑塑料部件的翘曲变形现象。
3M™玻璃微球是一款高强度、低密度的添加剂，它广泛应用于各类工业领域。该产品提供多种密度和抗压强度规格，其中包括专为应对混炼和注塑成型等严苛工艺环境而设计的iM系列玻璃微球。
在典型的塑料加工制程中，3M玻璃微球面对高压环境仍能展现出卓越的完整率。此外，得益于其化学性质稳定的钠钙硼硅酸盐玻璃成分，3M玻璃微球还具备出色的耐水性和耐油性。
由于呈球形，玻璃微珠在液体聚合物中表现得如同微小的滚珠轴承，其流动性远优于常见的矿物填料。因此，它们对流变性（如粘度、熔体流动性等）的影响，显著小于矿物填料所产生的影响。由此带来的一项优势是，它们能够更轻松地制备出高填充率的部件，或几何形状更为复杂的部件。这意味着在成型过程中，相比于使用矿物填料填充的聚合物，含有空心玻璃微珠的聚合物可以采用更低的模具温度和注射压力。此外，这种球形结构（长径比为1.0）往往能提升聚合物复合材料的尺寸稳定性，从而有效减少收缩与翘曲现象。
3M玻璃微球与大多数常见的热塑性塑料兼容，包括聚丙烯、尼龙、ABS 等。
| 3M玻璃微球产品 | 密度 (g/cc) | 最小存留率 (%) | 等静压抗压强度 psi (MPa) |
| iM30k | 0.60 | 90% | 27000/186.2 |
| S60HS | 0.60 | 90% | 18000/124.1 |
| iM16K | 0.46 | 90% | 16000/110.3 |
| S60 | 0.60 | 90% | 6000/41.4 |
| K46 | 0.46 | 80% | 6000/41.4 |
| S38HS | 0.38 | 80% | 5500/37.9 |
| VS5500 | 0.38 | 80% | 5500/37.9 |
若要使用3M™玻璃微球对聚合物进行复合，3M建议选用配备下游加料口的复合挤出机（例如双螺杆挤出机或BUSS捏合机），以便将玻璃微球加入到聚合物熔体中。
位于该加料点下游的挤出机螺杆元件应进行相应配置，以确保施加的剪切应力降至最低。在此环节，首选齿轮式混合元件等分散混合元件。不建议使用剪切力过强的分散混合元件，例如反向螺纹元件和捏合块。
通常不建议使用单螺杆挤出机，因为此类设备通常不具备下游加料口，且往往包含“阻隔”式设计或其他具有窄公差/高剪切特性的结构。
在开发适用于玻璃微球的低剪切挤出系统时，若能参考并借鉴专用于向聚合物中添加短切玻纤的系统设计，将是一个理想的起点。
为了最大限度地减少3M玻璃微球的破损，严禁将玻璃微球与聚合物颗粒一同从进料口加入，请将其添加在聚合物熔融区域的下游。 在下游进料口处采用螺旋驱动式侧向进料机（而非简单的开放式料斗），将能确保最稳定一致的进料效果。建议进一步降低挤出机的螺杆转速，并控制挤出机出口处的压力，尽管其重要性不及进料位置或进料方式。
3M玻璃微球应通过自动进料系统进行投料。虽然容积式进料器通常也能取得令人满意的效果，但更推荐使用失重式进料机——尤其是配备双螺杆的机型。建议采用自动化的方式向进料机输送3M玻璃微球；例如，配备预料斗的自动真空输送系统。
与其他填料类似，3M玻璃微球在进料及混炼过程中，可能会将少量空气带入聚合物基体中。如果最终混炼所得颗粒中残留的夹带空气被视为不良因素，建议在3M玻璃微球进料口的下游位置设置真空排气口。
图 1. 双螺杆挤出机的典型配置
有关玻璃微球的操作与处理信息，请继续阅读本文后续内容。
任何适用于特定聚合物的造粒方法，均适用于含有3M玻璃微球的体系。对于高填充3M玻璃微球的塑料，建议采用水下切粒机或水滑道切粒机。
| 在打开玻璃微珠的包装袋并将其填充进料斗时，会形成流态化状态，可能导致料斗内发生溢流现象。为防止溢流，建议在料斗装满3M玻璃微珠前保持进料口盖板关闭状态。待填充完成后，底部的3M玻璃微珠将完成脱气处理，此时再打开进料口盖板开始混合操作。为确保生产过程中避免溢流，料斗液位应维持在满载容量的30%以上。 |
3M™玻璃微球可与各类高性能工程热塑性塑料配合使用，例如 TPO、TPU、PBT、PEEK、PPS 和尼龙。凭借其高强度及球形结构，该产品有助于最大限度地减少翘曲与收缩，从而实现对成品部件尺寸更精准的控制。
此外，这一特性也使其能够更轻松地制备高填充部件，进而允许采用更低的模具温度和注射压力。
所有热塑性塑料均需根据聚合物等级及供应商特性设定特定的初始加工条件。使用3M玻璃微珠时通常无需调整既有的加工条件。然而，鉴于3M玻璃微球的添加确实会改变聚合物的粘弹性，因此3M建议您考虑以下事项：
1、适当降低常规的充模速度和螺杆转速。若添加比例（填充率）较高，可能需要进一步降低上述速度。
2、将所有温区的温度设定在操作范围的上限。建议通过试验进行优化，以获得最佳的加工效果。
建议通过实验来优化结果。
尽管3M™玻璃微球 iM16K、iM30K 和 S60HS 具有相当高的强度，但在极端条件下仍可能发生破碎。因此，在进行零件/模具设计及加工时，应尽量减少材料所受到的剪切应力。
对于加工掺混了高强度 3M 玻璃微球的复合材料，建议选用通用的三段式螺杆（包含进料段、压缩段和计量段）。建议螺杆计量段的长径比（L/D）控制在 16:1 至 22:1 之间；过渡段（即压缩段）的压缩比建议介于 2:1 至 2.5:1 之间。对于单头螺纹挤出机螺杆，3M 建议进料段和过渡段各包含 7 个螺距，计量段则包含 6 个螺距。不建议将分散型混合螺杆（如屏障型、排气型或双波型螺杆）用于加工含 3M 玻璃微球的材料；但分布型混合器则是可接受的。
为确保熔体流动顺畅，建议选用一种 100% 实现“自由流动”且经过高度抛光的凹槽式螺杆止回阀组件。建议采用尺寸较大的喷嘴/流道口径（0.25 英寸/5.5 毫米）。喷嘴口或流道口应避免出现锐利边缘，且其有效尺寸应至少达到 0.25 英寸（6.3 毫米）。
为实现最佳的模具充填效果，浇口设计应采用“全圆形流道”（即流道槽同时切削于模具的两块模板上），其截面积建议设定为0.5平方英寸（322.6 mm²），相当于半径约为 0.125 英寸（3.17 mm）的圆形截面。
3M™玻璃微球操作参数
| 料桶尺寸 | 压缩比 | 注射速度(建议采用低速注射) |
| 适用于所有 3M玻璃微球 | 低压缩比螺杆， 通常为 2:1 至 3:1 | 注：含3M玻璃微球的材料在高速注射时，易产生表面缺陷。审慎控制注射速度曲线有助于避免或最大程度地减少此类缺陷。 |
图 2. 设备建议
图3 注塑机增压比的计算
此外，也可采用梯形流道；与全圆形流道不同，梯形流道无需特殊的对中定位结构。经改良的梯形流道，其横截面积应与全圆形流道保持一致，即 0.5 平方英寸（322.6 mm²）。
用于加工含 3M™ 玻璃微球材料的浇口套（Sprue）应设计得较短：靠近注嘴一端的半径为 0.125 英寸（3.17 mm），并向另一端逐渐锥扩至 0.172 英寸（4.37 mm）。
3M 建议采用端部进浇（End-gated）和/或扇形进浇（Fan-gated）的设计方案。若采用直接进浇（Direct gating）方式，由于注射压力过高，可能会导致玻璃微球发生过度破碎。浇口厚度应至少保持在 0.06 英寸（1.5 mm）。
3M 建议如下：
对于需长期生产的模具，请使用硬度达到洛氏 C-60 及以上的工具钢；例如：4-20SS、S-7 或 H-13。
在充模末端位置设置排气孔，以最大程度地减少气体滞留。
使用尽可能大的浇口。
降低注射速度。
机械加工痕迹可能会加剧磨损。
建议模具表面光洁度达到 4 微英寸（0.0001 毫米）或更高。此外，对模具进行表面电镀处理也能延长其使用寿命。
与直接浇口设计相比，扇形或平行边缘浇口设计显示出较少的破裂现象。
在充填、保压及持压阶段，请将实际注射压力*控制在特定3M玻璃微球的等静压抗压强度以下。
利用增压系数计算实际注射压力。
某些树脂体系可能会因玻璃微球的存在而产生敏感反应或发生性能降解。玻璃微球呈碱性，可能与PC及其共混物（如PC/ABS）、聚酯以及部分含氟塑料发生反应。若需将玻璃微球应用于上述树脂体系中，敬请联系您的3M代表。
含有高填充量（>20 vol%）3M玻璃微珠的化合物，通常需要比未填充3M玻璃微珠的聚合物更高的模具温度。建议在聚合物供应商推荐的温度设定范围内取上限进行熔融，以降低黏度，从而获得更光滑、无瑕疵的表面。
故障排除
| 问题 | 可能的原因 | 可能的解决方案 |
| 零件密度增加（高于理论值） | 3M玻璃微球过度破碎 | 在充模及保压阶段降低熔体压力 |
| 模具未完全填充（“欠注”） | 添加3M玻璃微球引起的粘度增加 | 提高模具温度 |
| 表面缺陷 | 粘度变化； 3M玻璃微球分散不均匀 | 降低注射速度和/或提高模具温度 |
技术资料库 请访问 3M.com/glassbubbles 下载技术论文，以获取更多关于加工注意事项的信息，内容涵盖：双螺杆挤出机配置；加工条件对玻璃微球存留率的影响；玻璃微球的卸料与输送等。 |
回料重磨可能会导致玻璃微珠过度破裂，进而造成聚合物丧失预期的物理性能。建议将回料与足量的新料颗粒混合使用，并进行分批测试，以确保达到预期的效果。
如需关于如何从包装中卸载 3M™玻璃微球的指导，请参阅我们的详细搬运指南：
理想的储存条件为：将未开封的纸箱存放于干燥且温度稳定的仓库内。若3M玻璃微球的包装箱长期处于高湿度环境，和/或易发生冷凝的环境中，可能会导致部分玻璃微球出现“结块”现象。为最大限度地降低结块风险，从而延长储存寿命，特提出以下建议：
1. 袋子一旦开启，请在使用后立即再次扎紧袋口，避免长期敞口放置。
2. 若聚乙烯袋在运输或搬运过程中发生破损，请尽快将破孔密封，或将袋内物品移入完好无损的袋子中。
3. 在炎热和/或潮湿的月份，请将箱体存放于条件允许范围内最干燥、最阴凉的区域。
若无法提供受控的储存环境，请将库存量控制在最低限度，并严格遵循“先进先出”的原则进行处理。
搬运：鉴于 3M™ 玻璃微球重量轻且粒径细小，在搬运和加工过程中可能会产生粉尘。为最大程度地降低搬运时的粉尘产生风险，请考虑采取以下措施：
• 除非已准备好立即使用，否则请勿开启 3M 玻璃微球的包装。
• 开启包装时，请在开口处附近设置吸气装置（气流虹吸装置），以便吸除空气中悬浮的微粒。（可能需要配备除尘设备——请查阅当地 OSHA 法规及其他相关适用法规。）
• 使用吸气“吸管”（辅以微正压通气）移除 3M 玻璃微球，并将其通过全封闭管道输送至封闭式混合罐内。若无封闭式混合罐可用，应在物料入口处尽可能近的位置配置除尘设备。
目前已有成功案例，利用气力输送系统将玻璃微球从运输容器输送至配料混合设备，且全程无粉尘逸散。建议咨询设备供应商以获取相关建议。
• 应使用静电消除器，以防止静电吸附。
安全：为保护工人，请考虑以下事项：
• 使用带侧护罩的安全眼镜进行眼部防护。
• 根据您的具体应用，在进行选择性暴露评估后，可以选择适用于颗粒物防护的呼吸面具。
（有关个人防护装备的更多信息，请参阅产品安全数据表。）
• 在工作区域使用适当的局部排气通风/除尘装置以及粉尘收集装置。
有关更多安全信息，请参阅3M玻璃微尘安全数据表。
保修、有限补救措施和免责声明：
许多超出 3M 控制范围且仅用户知晓和控制的因素可能会影响 3M 产品在特定应用中的使用和性能。 用户应自行负责评估 3M 产品，并确定其是否适合特定用途以及是否适用于用户的使用方法。
用户应自行负责评估第三方知识产权，并确保其对 3M 产品的使用不侵犯任何第三方的知识产权。除非相关产品手册或包装说明书中另有明确规定，否则 3M 保证每件 3M 产品在 3M 发货时均符合适用的 3M 产品规格。
3M 不作任何其他明示或暗示的保证或条件，包括但不限于任何关于适销性或特定用途适用性的暗示保证或条件，或任何关于不侵权的暗示保证，或任何因交易过程、惯例或行业惯例而产生的暗示保证或条件。
如果 3M 产品不符合本保证，则唯一的补救措施是由 3M 选择更换该产品或退还购买价款。
责任限制：除法律禁止的情况外，3M对因3M产品引起的任何损失或损害概不负责，无论该损失或损害是直接的、间接的、特殊的、偶然的还是后果性的，也无论所依据的法律理论如何，包括保证、合同、过失或严格责任。
技术信息：本文件中包含的或由3M人员提供的技术信息、建议和其他声明均基于3M认为可靠的测试或经验，但3M不保证此类信息的准确性或完整性。对于此类信息，3M不作任何明示或暗示的保证或条件，包括但不限于任何关于不侵犯第三方知识产权的保证或条件，或关于技术或商业成功的保证或条件。此类信息仅供具备足够知识和技术技能，能够评估信息并运用自身判断的人员使用。本信息不构成任何3M或第三方知识产权的许可，亦不暗示任何许可。
© 3M 2021. All rights reserved. 发布日期：2021年5月
