(中國粉體技術網/龍小水)填充改性聚合物的性能與填料本身的物理化學性質有密切的聯系。填料具有不同的形狀如:纖維狀、球形、粒形、片狀、柱狀及中空微球等,除球形外,其它填料形狀均具有各向異性。一般說來,截面較大的填料如:柱狀、纖維狀、片狀等對提高聚合物的力學性能有利;增大長徑比對提高材料的力學性能、耐熱性、尺寸穩定性等有積極作用;球形、粒狀填料對改善復合材料的加工性能效果較好,但會對力學性能產生負面影響。同時不同粒徑及分布的填料對填充改性材料的的性能也有較大的影響。將粒徑相差較大的不同填料合理配置,制備的復合材料的拉伸強度及沖擊強度有明顯的提高,這在相關的研究中得到了驗正。
在選擇和使用何種類型的無機填料作為填充劑和增強劑時,應考慮多方面的問題,例如:①填充劑表面可能的催化活性,②均勻分散以及與基體樹脂的鍵聯,③復合性能,④工業安全問題,⑤成本問題等。
1 硅灰石
硅灰石CaSi03是一種鈣的偏硅酸鹽類天然礦物,理論化學成分為wt(CaO)%、wt(Si02)%分別為48%、49%,此外還含有少量的Fe203,Ti02和MgO。硅灰石晶體常見的形態有細晶狀、纖維狀和磷片狀等幾種形狀,集合體呈纖維狀或放射狀。
1.1 基本特征
硅灰石在水中的溶解度低,不含結晶水,吸水性小,加熱時不存在脫水的問題,熔點高,熱膨脹系數小,其熱膨脹系數僅為6.5×10-6 ℃-1,耐熱穩定性好,耐腐蝕,機械性能和電性能良好。填充到樹脂中后,復合材料的尺寸穩定性好;硅灰石在基體樹脂中的分散效果好,強度下降程度小,填充后復合材料的表觀熔體粘度低;同時由于硅灰石還具有粘度較低的特點,因此它的加入對材料的成型加工性能有一定程度的改善作用。并且其還具有很高的白度、良好的介電性能和較高的耐熱性能,因而被廣泛應用在建筑、涂料、塑料、橡膠等工業領域,尤其是它與高分子材料的復合更為引人注目。
硅灰石作為塑料填充劑起到改善塑料制品的力學性能和耐熱性的作用;改善塑料制品的力學強度,起補強、增強作用。硅灰石作為改性劑的優勢是明顯的,尤其它的針狀形態是別的天然礦物所不具備的,充分利用它這一形態上的特點,可以更有效地實現對材料增強的目的。特別是美國公布了其無毒性后,硅灰石可以作為玻璃纖維,纖維狀滑石粉和石棉的代用品或并用品,從而日漸受到人們的重視。
1.2 研究熱點與成果
1.2.1 力學性能
屠寶卿等人的研究表明,用表面經過硅烷偶聯劑處理后的針狀硅灰石粉填充改性尼龍6,當填充量為35%時,復合材料的拉伸強度明顯的大于純尼龍6的拉伸強度。李華等人研制的硅灰石填充本體法PP粉料打包帶,其斷裂應力要明顯高于鈣塑打包帶,甚至超出PP打包帶的8%~63%,伸長率接近聚酯;袁世平等人研制的用活性硅灰石來填充PVC,實驗證明所制的PVC復合材料的拉伸強度為26MPa,斷裂伸長率為283%,沖擊脆化溫度為21℃;賀昌城等人用兩種硅灰石(超細、針狀)分別填充PP,結果發現PP復合材料的缺口沖擊強度得到大幅度的提高,最高可以提高一倍左右,而拉伸強度均有不同程度的下降,但下降幅度不大。
1.2.2 熱學性能
研究發現,硅灰石填充PP復合材料的耐熱溫度有所提高。賀昌城等人發現,硅灰石填充PP復合材料的熱變形溫度比純PP最多可提高17℃。
1.2.3 其他方面
據報道,改性處理的針狀硅灰石粉與玻璃纖維按25:15比例摻混填充PA6,可以使成型收縮率由1.16%降到0.35%;同時生產成本降低20%。
2 絹云母
絹云母為具有層狀構造的高鉀高鋁鋁硅酸鹽類礦物,是云母中的一個品種,屬于單斜晶系,自然色為銀灰色并具有絲絹光澤。絹云母粒度均勻細膩,具有比較好的化學穩定性和電氣絕緣性。其化學式為KAl2[AlSi2010](OH)2。
2.1 基本特征
絹云母為片狀結構,片與片之間的結合力很弱,很容易完全解離,晶片具有高彈性、抗壓、抗拉、耐熱、絕緣等特性。作為塑料填料可以起到改善制品的力學和熱學等性能。因此絹云母在高分子材料改性的領域中具有重要作用。
2.2 研究熱點于成果
絹云母在目前的改性應用中,主要應用在涂料、造紙、化妝品等領域中,晏海霞等人用絹云母作為填料填充于ABS樹脂中,當絹云母在添加至20份時強度達到最高,試樣的綜合性能最好,拉伸強度38.47MPa沖擊強度為22.08kJ/m2,光澤度為46;林海等人通過機械力對絹云母進行化學改性,結果發現,絹云母/PP復合材料具有較強的抗紫外線性能;趙煌等人根據絹云母的基本特性,對其進行了超音速氣流粉碎,并對其表面進行了相應的化學改性,制備出增強聚乙烯的絹云母填充料,實驗結果表明活性絹云母的加入大大改善了聚乙烯復合材料的力學性能,具有明顯的增強改性作用;陳建文等研究發現將絹云母粉作為新的增強無機填料填充到聚氯乙烯基體樹脂中,可以很明顯的提高產品質量,同時還能幫助塑料加工企業降低材料的生產成本,有利于增強企業的市場競爭力,從而進一步拓展市場應用領域;劉衛平等研究發現將表面處理后的絹云母添加到尼龍6當中,不但可增強尼龍6的綜合力學性能、耐熱性和制品的吸水性,同時還可較大幅度的降低增強尼龍6復合材料的生產成本,提高企業的經濟效益。
Daoji Gan等采用對苯二甲酰處理云母來填充改性聚芳醚酮,發現改性的云母能顯著改善聚芳醚酮的綜合力學性能。Miles IS研究發現云母用于填充聚氨酯、聚烯烴、聚酯、聚酰胺等高分子材料,所制備得復合材料的抗拉強度、抗撕裂強度、邵氏硬度等性能都會有一定程度的提高。
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