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中國塑料加工工業協會副會長徐同考高工談無機粉體在塑料中的應用工藝及前景 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-09-17 14:20:51 瀏覽次數: |
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無機粉體是塑料中應用量大、使用方便的新型功能改性材料,可改善和提高塑料制品的物理性能和化學穩定性,是滿足或達到人們對塑料制品應用要求的新材料。本文結合徐同考高工多年來從事塑料改性實際工作,就無機粉體在塑料中的應用工藝與發展前景作一簡要介紹,僅供參考。
中國塑料加工工業協會副會長、教授級高工徐同考
1 無機粉體表面改性
無機粉體大多屬親水性材料,合成樹脂屬親油性材料,如果用簡單的機械物理方法使其共混,兩種不同性質的材料既不能交聯,甚至還會呈“對立結構”,怎樣使兩種不同性能的材料能夠較好地相容在一起,充分發揮各自的功能?已成為人們關注的重點。
采用表面活化改性技術,加入適量的助劑,在一定的溫度、壓力、摩擦、時間等作用下,使親水性無機粉體轉換為親油性材料,無機粉體與有機材料可“親密”地成為牢固地結合體。
2 無機粉體的應用要求
水分及易揮發物
水分及易揮發物在塑料加工時會因在高溫、摩擦等因素的影響下形成氣體,影響不同材料的相容性,有時還會造成微細粉體的二次團聚。水分及易揮發物在塑料加工時形成的氣體,會在機械輸送過程中往復運動。在冷卻后,會對塑料制品產生鯊魚皮細紋、氣泡、不規則裂紋,影響產品的外觀和物理性能。
無機粉體中的水分及易揮發物受礦產資源、自然環境、加工工藝及粒度、包裝、運輸及儲存等多種因素影響。而含量數據的測定也會因不同條件和環境的制約,有一定的誤差。
將無機粉體在110℃~140℃的加熱型高混機中干燥3min~5min,物料溫度從低溫開始返升時,證明水分含量已達到使用要求。
白度
重質碳酸鈣的白度可達95 度以上,白度一般也不會因加工等因素有明顯的變化?;?、硅灰石、云母等材料與塑料混煉后會使顏色發生變化,而在最終制品使用后,又會使顏色有些復原。
色相
塑料的應用領域廣泛,人們對塑料制品的色相要求也有一定的差異。一般的日常品種喜歡暖色調,在工業品中以冷色調為多。色相的差異主要受礦產資源的影響,在塑料加工時,加入微量助劑,可適當調整色相。
吸油值
在塑料和橡膠中對無機粉體的吸油值要求較高,吸油率越小,樹脂和助劑的用量可有所減小。同一礦產資源,粒度越小,比表面積越大,吸油率越高。所以,粒度分布、顆粒幾何特征、表面性質與吸油率都是相互關聯,互相影響不可忽視的技術指標。
表面性質
無機粉體隨其礦產來源不同而呈現不同的表面性質。比表面積和吸油率在很大程度上決定于礦產資源和產品細度。影響這些性質的其它因素有顆粒表面粗糙度、顆粒形狀以及孔隙體積等。
幾何特征
無機粉體的顆粒形狀由材料本身而決定,但顆粒的幾何形狀對塑料制品材料的物理機械性能有著重要的影響。針狀、棒狀、片狀無機粉體,拉伸強度大、沖擊強度好,而流動性較差。方型、球型、塊狀無機材料則反之。
粒度分布
無機粉體的粒度分布對塑料制品的外觀、力學性能、吸油率及加工工藝的影響很大。塑料制品要求無機粉體粒度分布在一定范圍內,并不是粒度分布越寬越好。
用D97 和D50 來判斷粒度分布是比較客觀的,但不能忽視最大的粒徑和最小的顆粒含量,如微細顆粒過多,會形成團聚和比表面積過大,過大尺寸的顆粒雖然數量較少,也會影響產品外觀和物理性能。
消除靜電
無機粉體中片狀、棒狀材料和微細粉體比表面積大,在加工中極易摩擦產生靜電,使粉狀顆粒凝聚結團,易造成過濾網堵塞、機頭壓力增大,還會在制品中形成微小的粉體團聚點,影響產品的分散效果和質量。靜電的消除工藝可采取靜置存放靜電消除工藝,技術簡便可行,成本低廉。在水分干燥后放料,存放在干燥通風的位置,靜置存放20h 備用,能有效地消除靜電。
活化包覆
經過活化處理后的無機粉體表面均勻地包覆與樹脂性能相近的親油性助劑,在與樹脂共混過程中,改善不同物料界面相容性,提高產品的性能。
活化效果試驗可采用約60℃的水在透明杯中浸泡活化后的無機粉體,并輕輕均勻地攪拌,觀察粉體是否呈絮棉狀漂浮在水面,浸泡時間越長,水液越清澈無渾濁沉淀物,證明表面活化處理效果越好,助劑在粉體表面的牢固度越高。
界面相容
界面相容與活化包覆有著非常密切的關聯。界面相容就是無機粉體經過活化后,形成均勻地有機包覆層,能夠在溫度、壓力等作用下與有機材料很好的相容性。無機粉體表面活化改性的效果是決定界面相容的重要決定因素。
雜質
由于無機粉體來源于大自然,復雜的環境條件會形成產品的雜質有一定含量。而在加工生產中也會受到各種因素影響,使泥沙、粉塵、金屬、植物等雜質在無機粉體材料中含量超標,在生產工藝中應更加注重微細環節帶來的影響。
透光率
透光率是塑料制品常要求的一項指標。它是指透過透明和半透明體的光通過量與其入射光通過量的百分率。一般在塑料中加入無機粉體后,會對透光率有一定影響。透光率與遮蓋率是相對應的。對要求遮蓋原來色相或不透明時,應采用遮蓋率高的材料,如鈦白粉等。
共混預塑化
無機粉體在高混機中經過活化后,經過不同的助劑與物料共混,使無機粉體、化學助劑、合成樹脂等不同性能的原輔材料界面相容,并根據產品性能要求,在高混機中的溫度、攪拌形成的壓力等作用下得到預塑化。預塑化可使物料由粉狀固體逐漸變為絲條狀、團塊狀或粘糊狀。預塑化程度高,物料熔體流動速率大,分散性好,塑料制品外觀較好,但力學性能有所下降。
無機粉體的磨耗比較
由于無機材料的性質決定了對設備磨耗的不同,無機材料硬度越大,設備磨損越嚴重,碳酸鈣的硬度為3,高嶺土的硬度為7~8,滑石粉的硬度為1。在塑料制品中加入的無機材料的顆粒形狀、性能、粒徑有所不同,擠出機的螺桿料筒磨損也不同,如添加硅灰石類無機粉體時,擠出機的螺桿料筒磨損比純樹脂要大,而滑石粉的硬度小得多,磨損也會明顯減少,可與樹脂基本相近。
添加量
添加量是客戶關注的重點之一,添加量要根據粉體材料的性能、粒度大小、表面改性及塑料制品的用途、性能等多方面綜合考慮。一般無機粉體在塑料制品中添加3%~5%時,起到成核劑或輔助功能;在添加10%~20%時,可起到降低生產成本、改善性能的作用;在添加30%以上,在某些功能提高的同時,也會產生一些副作用。如重鈣在塑料中添加到30%以上,物理性能有明顯下降,會對塑料制品的剛性和阻燃效果帶來影響。
3 無機粉體在塑料中的應用前景
(1)通用塑料工程化。在熱塑性塑料中加入無機粉體通過填充、共混、增強和發泡等改性工藝技術可提高塑料的物理性能和化學穩定性,使通用塑料工程化,達到降低成本、提高性能、滿足使用要求的效果。如汽車零配件、電子電氣部件和辦公自動化產品等,還在交通、航空、軍事等方面有較廣泛的發展前景。
(2)工程塑料高性能化。將工程塑料與一種或多種無機材料、化學助劑等,通過改性工藝,使各組分的性能相互取長補短,從而達到提高性能和多功能化的目的。這些材料“合金”在高科技工業中使用后,具有質量輕、強度商、性能優等特點,成為航空、航天、汽車、鐵路、機械零部件、醫用材料等方面的新型功能材料。
(3)無機粉體納米化。無機粉體在塑料中得到廣泛應用,無機粉體的功能隨著粒度的超細化而逐漸凸現,利用無機納米粉體改性后的塑料具有很多獨特性能,給塑料工業的發展帶來新的發展機遇及應用空間。無機納米粒子在塑料中的加入量一般為3%~5%可賦予塑料新的功能,改善塑料的耐老化性、阻燃效果,提高塑料的熱變化溫度、耐磨耗性能等。
(4)塑料制品環?;?/strong>。隨著人們的環保意識增強、環保法規日趨完善,塑料的可再生利用、環境可消納性、可降解、無毒、無味、無污染等保護環境的理念成為塑料工業的重要發展方向,無機粉體可提高能源源節約和合理利用,促進綠色環保低碳節能社會的發展。
(5)無機粉體應向功能化、綠色化、微細化方向發展。加強相關行業的關聯度,擴大不同行業及產品的相互交流合作,加快研究發展無機粉體的粒度精細分級、表面功能改性、綠色低碳、無污染、無雜質的新型工藝技術,拓展在光、電、聲、磁、生物、信息、醫學、航空航天、國防軍事等方面的應用。提升無機粉體的認知度和美譽度,為我國建設資源節約型、環境友好型社會發揮積極作用。
作者簡介:
徐同考,教授級高級工程師。現任中國塑料加工工業協會副會長、中國塑協改性塑料專委會副理事長。他無私奉獻,足跡遍布全國,奉獻技術300余項、解決技術難題1200余個、培訓專業人才近萬名,是我國改性塑料方面的著名專家。二十多年來,他多次組織全國改性塑料行業會議,積極參與國家行業發展規劃制定,被天津、福建、遼寧、廣西等省、市、區及20多家單位聘為科技專家。為我國改性塑料的發展作出了貢獻,被中國塑料加工工業協會聘為專家,多次被評為全國行業先進工作者。
徐同考從事塑料改性數十年,在生產、研究、應用等方面積累了豐富成熟的實踐經驗,他研制開發的改性塑料新產品、新技術、新工藝科學實用,在全國同行業推廣應用,取得了良好的經濟效益和社會效益。他嚴謹詳實的專業知識和為人敦厚的崇高美德,受到社會各界廣泛贊賞。
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