[工学]第二章聚合物的填充改性.ppt

一.填料的种类和作用 按化学组成可分为有机和无机填料； 按来源可分为合成和天然填料； 按外观形状可分为粒状、片状、纤维状及中空徽珠填料； 按功能可分为增强剂和填充剂。 填料的主要功能： 降低复合材料制品价格，如普通轻质碳酸钙加到聚氯乙烯树脂中就是这样； 而且更重要的是能显著改善制品的机械性能、耐摩擦性能、热学性能、耐老化性能等。如在塑料制品中填充某种填料，能克服塑料的低强度，不耐低温、低刚硬性、易膨胀性、易蠕变等缺点。 二.影响填充改性的因素 1.填料的形状 填料的形状对填充改性的影响较大。填料形状大致可分为圆球状、粒状、柱状、片状、纤维状等。一般来说，纤维状、片状填料对复合材料的机械强度有利，但对于成型加工性能不利；圆球状填料可提高材料的成型加工性能，但降低材料的机械强度。 2. 填料的表面 （1）物理结构 ：即粒子表面本身的形状和结构。 碳黑对丁苯橡胶的补强效果好，这主要是由于碳黑表面上的吸附层厚度约为20nm左右，这种表面吸附膜的强度很大，它不同于两侧物质的性质，这种表面上的活性基团在塑炼过程中与高聚物间形成稳定的化学键。这是补强作用的重要原因之一。 填料可以由惰性向活性转换（经过特殊的表面处理）。 补强理论：填料粒子内外表面上与高分子链可形成一些吸附点和一些化学作用点，然后形成以下网络：化学交联网、缠结网、填料高分子链网。由此可以计算出三种网络的形变熵和形变自由能，再由此推算出应力－应变关系，最后定量表征出填料对塑料的补强作用，即用多余形变自由能和多余形变应力来表征，当其值大于零时可产生补强作用；当其值等于零是不补强；当小于零时产生负补强作用。 ●石墨 ●云母 云母是含钾、铝、镁、铁、锂等元素的层状含水铝硅酸盐矿物。云母粉可填充PE、PP、PVC、PA、聚酯、ABS等热塑性塑料，还可填充酚醛树脂、环氧树脂等热固性塑料。云母填充后，可大大提高塑料制品的拉伸弹性模量和弯曲弹性模量，这就是把云母作为增强填料的理由。 ●高岭土 高岭土俗称瓷土，是一种以高岭石或多水高岭石为主要成分，具可塑性的软质枯土。作为塑抖填料，高岭土具有优良的电绝缘性能，可作为PVC等聚烯烃绝缘电线包皮，PE、PP电缆，薄膜复合材料。例如在PVC中加入质量为10％的高岭土，可提高电绝缘性能5-10倍。高岭土还可掺入到PS基的薄膜复合材料中，用来制造印刷纸张。在聚酯中可调节树脂的粘度及成型加工性能，提高耐磨性。 高岭土还可以用作PP的成核剂，其还有一定的阻燃作用，对其进行表面的亲油性处理，可以降低复合材料的成本，改善其性能。 2.6 碳酸钙 碳酸钙是目前最常用的无机粉状填料。从填料角度碳酸钙可分为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、胶质碳酸钙，一般常用轻质碳酸钙。碳酸钙资源丰富，在一般填料中属于廉价填料。碳酸钙无毒，白度大，无活性，所以在塑料混炼成型时，高温不能使之发生热分解及变色。碳酸钙容易制成不同的粒度，填充的塑料复合材料耐冲击性能较好。表面处理过的碳酸钙可以改善流动性能、耐磨性能。 1.轻质碳酸钙 2. 重质碳酸钙 重质碳酸钙是指由石灰石经选矿、粉碎、分级、表面处理而成的碳酸钙。 3. 胶质碳酸钙 胶质碳酸钙是一种白色细腻、软质粉末，与轻质碳酸钙不同之处，是其粒子表面吸附一层脂肪酸皂，使碳酸钙具有胶体活化性能。 加工时，碳酸钙的加入一般会使树脂的流动性能变差，且粒料又易吸水，因此在选挤出机时尽晕选择长径比和压缩比大的，注射时，注射成型温度及压力都要稍高些为好。 2.8 白碳黑 白碳黑是一种人工合成的白色二氧化硅微粉。它和碳黑一样具有补强作用，可以提高塑料的电绝缘性和刚硬度。白碳黑的整体结构为无定形态，表面羟基有亲水性，不易聚酯、PVC糊、环氧树脂作用。 2.9 空心玻璃微珠 空心玻璃微珠由于具有密度小、大小均匀、孔隙率和比表面低、化学性质稳定、不燃和抗龟裂等性能而被应用于很多领域中，以提高和改进各种材料的性质。 将空心球料加在玻璃纤维增强的聚酯制品中，其强度好、质量轻，可以提高其刚度。 将玻璃微珠加到热固性树脂中制成的复合泡沫材料可生产具有漂浮能力的产品。 一、概述 名称：Whisker，猫のびげ （猫的胡子） 历史： 数百年前：银晶须（大英博物馆陈列） 1948年：铜晶须（贝尔研究所发现，引起电路短路） 最近二十多年：推测出晶须为接近单晶结构，而具有非常高的强度与弹性模量，从而可用于复合材料。 1975年前后，美、日两国分别独立地发现了用稻壳制造碳化硅晶须（SiCw），能够大大降低成本并适于批量生产（在此之前SiCw的价格为50美元/克）。为将该廉价的晶须用于工业生产，美、日两国都做了计划，然而受到了制造与实用操作环境等的阻挡。致使进展不甚迅速。例如将该类晶须用于Al