第4章-填充与纤维增强1.pptVIP

第四章聚合物的填充改性与纤维增强复合材料 填充改性 ——就是在聚合物基体中添加与基体在组成和结构上不同的固体添加物； 目的：a）使塑料制品的原料成本降低； b）使塑料制品达到补强或改善加工性能； c） 赋予制品特殊的性能，如阻燃或抗静 电等。 纤维增强 ——往往是通过采用具有特大长径比或径厚比的填料，加入到聚合物基体中，达到大幅提高共混物的力学性能(尤其是强度和刚度)的目的； 常用的纤维有：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维以及晶须等，这些填料加入到塑料中后对材料的力学性能和耐热性能有显著贡献。 填充及增强改性的意义 ——填料不仅具有降低聚合物材料的成本的作用，更重要的是改善聚合物的某些性能，甚至赋予聚合物材料某些特殊功能，从而拓展聚合物的应用领域； 某些填料的应用还能使聚合物材料的环保性增强，如淀粉等可生物降解填料。 填充增强改性的重要性 一、它是获得具有独特功能新型高分子化合物最便宜的途径。 二、它是在保证使用性能要求的前提下降低塑料制品成本最有效的途径。 三、它是提高产品技术含量，增加其附加值的最适宜的途径。 聚合物填充改性技术研究内容 工业矿物填料的细化和微细化 复合材料界面工程和填料的表面处理 混合与混炼设备及工艺 刚性粒子增韧 环境友好塑料材料 煅烧煤系高岭土在农用塑料薄膜中的应用 抗菌塑料 新型增强、阻燃纤维——镁盐晶须 4.1 填料的种类及特性 填料也称为填充剂，是高分子材料中的重要固体添加剂之一，将其添加入聚合物中可增加体积、降低成本，同时还能改善聚合物某些方面性能如强度、刚度、热稳定性等。 尤其是一些功能性填料还可赋予高分子材料特殊的电、磁、阻燃、耐磨、耐辐射等性能，拓宽其应用领域，填料已被认为是一种功能性添加剂。 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。 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。 或根据填料的几何形状分为粉状、粒状、片状、纤维状等。 碳酸盐 碳酸盐类型的填料是塑料填料中最重要的一类。它以碳酸钙为主，分子式为CaCO3。 碳酸钙分为天然矿石磨碎而成的重质碳酸钙和用化学法生产的沉淀碳酸钙又称轻质碳酸钙。 两种天然碳酸钙矿石来源于石灰岩。 重质碳酸钙密度为2.7～2.95g／cm3，轻质碳酸钙密度为2.4～2.7g／cm3。 碳酸钙分类 碳酸钙优点 1) 价格低廉，普通重质碳酸钙每吨100～300元，普通轻质碳酸钙数百元/吨。 2) 无毒、无刺激性、无味。 3) 色泽好、白，对其它颜色的干扰小，易着色。 4) 硬度低，对加工设备的磨损轻。 5) 化学稳定，属惰性填料，热分解温度为800℃以上。 6) 易干燥，水分易除去，无结晶水。 碳酸钙用途 1) 增量，降低成本。 2) 提高制品的耐热性，例如在聚丙烯中添加40％的CaCO3，其热变形温度可提高20℃左右。 3) 改进塑料的散光性，起到遮光或消光的作用。 4) 改善塑料制品的电镀性能或印刷性能。 5) 减少制品尺寸收缩率，提高尺寸稳定性。 广泛应用于PVC中，可制造管材、板材、人造革、地板革等，也应用于PP、PE及橡胶制品中。 硅酸盐 以硅酸盐矿物为主要原料制成的塑料填充用填料有滑石粉、高岭土、云母粉、硅灰石粉等。 高岭土 也称陶土，是粘土中的一种，是一种水合硅酸铝矿物质，英文名kaolin，其分子式可表达为A12O3·2SiO2·2H2O。 一般高岭土中含有SiO2 40％～50％，A12O3 30％～40％，Fe2O3 1.2％～2.0％，烧失量为11％～12％，此外还含有微量Ti、Ca、Mg、K、Na等金属元素的氧化物。 它的单晶是一种双层水合硅酸铝，一层是二氧化硅，一层是水合氧化铝，通过化学结合而成，具有六角形片状构型。在水中pH值略呈酸性，但其耐酸碱性在大多数情况下仍然很好。 高岭土的密度为2.60～2.63g／cm3，莫氏硬度为1，吸油值为30%～50%，折射率为1.56。 高岭土具有优良的点绝缘性能，可用于制造各种电线包皮。 可广泛应用于PVC、PP、PS及各种橡胶中。 滑石粉 滑石粉是一种含水的、具有层状结构的硅酸盐矿物，英文名Talc，化学式：Mg3(Si4O10)(OH)2。 其化学组成：MgO为31.8％，SiO2为63.37％，H2O为4.7％，常含少量的Fe、Al等元素。 滑石粉的密度为2.7～2.8 g／cm3，吸油值20%～40%。硬度是矿物填料中最小的一种，莫氏硬度为1，有柔软滑腻感。 其颜色有白、灰绿、奶白、淡红、浅蓝、浅灰等，有珍珠或脂肪光泽。 在380～500℃时