第九讲填充改性.ppt

第四章 填充改性及纤维增强复合材料 填充改性：向聚合物中加入适量的填充材料，以使制品的某些性能得到改善，或降低原材料成本的改性技术。 II 聚合物基体中填料的分散状态 一、 填充聚合物的结构 2、填充材料 具有一定几何形状的固态物质，无机物或有机物 通常不与所填充的基体树脂发生化学反应 在填充塑料中的质量分数应不低于5% 有别于添加剂（颜料、热稳定剂、阻燃剂、润滑剂、增 塑剂等） 2）主要作用： 降低成本，增大容量。 塑料材料或制品的总成本中，原材料的费用占70%以上，因此在不影响或有利于塑料材料或制品的具体使用性能前提下，尽可能寻求廉价的原辅材料，降低原材料费用，会给企业带来更大的经济效益。 例如，塑料打包带，如果使用纯聚丙烯，不仅功能大大过剩，而且相互咬合的摩擦力不够。采用碳酸钙充填改性，不仅可使聚丙烯打包带原材料费用下降近一半，而且可以达到使用强度的要求，因其表面纹路清晰，打包后相互之间不会滑动，更有利于使用。 增强、补强作用 矿物填料的活性表面可与若干大分子链相结合，与基体形成交联结构，矿物交联点可传递、分散应力起加固作用，而且会提高塑料产品的硬度、强度。 增强改性往往是用玻纤、云母、硅灰石等具有大长径比或径厚比的填料。塑料中加入这些填料后对其力学性能和耐热性能有显著提高。 改变塑料的化学性能 如改变界面反应性、化学活性、耐水性、耐气候性、阻燃性、耐油性、渗透性等。 使塑料制品获得本身所不具备的特殊性能。 如导电性、导热性、压电性、隔声性以及对电磁波的吸收和对放射性的防护等。这些填料一般称为功能填料。 调整塑料的流变性：如黏性、防止收缩、改进表面性能 填料的分类 填料的分类方法很多，一般可分为无机填料和有机填料两大类。常见的无机填料包括碳酸钙、滑石粉、云母、高岭土、二氧化硅、炭黑等，有机填料包括木粉、棉短绒、麦秆等。 或根据填料的几何形状分为球形、无定形、片状、纤维状等。 也可根据化学组成将填料分为氧化物、盐、单质和有机物 四大类， 填料的性质 　 主要特性是矿物颗粒形态、粒径、比表面积、硬度、密度、化学组成以及光、电、磁等性质，它们对塑料性能及工艺性质均有影响，是在填料使用和加工中必须考虑的重要因素。 填料的几何形态 填料的几何形态在填充塑料中起重要作用。填料颗粒形态对填料的补强和加工性能影响很大，不同颗粒形态填料充填的塑料制品，其机械强度由大到小一般为：纤维状、针状、片状、柱状、块状、立方状、圆球形。 对于纤维状填料（如轻质碳酸钙、硅灰石等），通常采用纤维状填料颗粒的长度与平均直径之比（长径比）表示，一般长径比应大于10。 对于片状填料（如滑石粉、石墨、云母、高岭土等），通常采用颗粒的平均直径与厚度之比（径厚比）表示，一般径厚比应大于4。 填料的几何形态 对于片状填料，表征其几何形态的重要参数是径厚比，即片状颗粒的平均直径与厚度之比。 对于纤维状填料，往往采用长径比的概念，即纤维状颗粒的长度与平均直径之比。 粒径是表征填料颗粒粗细程度的主要参数。一般来说填料的颗粒粒径越小，假如它能分散均匀，则填充材料的力学性能越好，但同时颗粒的粒径越小，要实现其均匀分散就越困难，需要更多的助剂和更好的加工设备，而且颗粒越细所需要的加工费用越高，因此要根据使用需要选择适当粒径的填料。 填料的表面形态与性质 填料的表面性质包括比表面积、表面能、表面形态、 晶体结构、表面官能团等。这些性质对填料活性、分散及 其与有机树脂结合及表面改性等有着很大影响。 填料的表面形态与性质 表面粗糙程度 填料颗粒表面粗糙程度不同，即同样体积的颗粒，其表面积不仅与颗粒的几何形状有关(球形表面积最小)，也与其表面的粗糙程度有关。 比表面积 比表面积即单位质量填料的表面积，它的大小对填料与树脂之间的亲合性、填料表面活化处理的难易与成本都有直接关系。是填料表面物性中最重要的因素之一，通常比表面积大小可通过氮气等温吸附方法进行测定。 表面自由能 填料颗粒表面自由能大小关系到填料在基体树脂中分散的难易，当比表面积一定时，表面自由能越大，颗粒相互之间越容易凝聚，越不易分散。在填料表面处理时，降低其表面自由能是主要目标之一。 表面官能团 如黏土矿物硅氧四面体及铝氧八面体表面，它们对活性、与树脂结合强度及表面改性的难易有重要影响。 填料的物理化学性质 1.密度 2.吸油值 3.硬度 4.颜色及光学特性 5.热性能 6.电性能 7.磁性能 8.阻燃性能 硬度高的填料可以提高塑料制品的耐磨性，但对塑料加工设备的磨损有重要影响。人们不希望使用塑料带来的