填料


填料也称填充剂,它是塑料助剂中添加量最大的品种,用量往往为数十份乃至高达200份以上。塑料填充的主要目的是降低塑料制品的成本,提高树脂的利用率。但填料除降低制品的成本以外,在热塑性工程塑料中,还可以改善制品的耐热性、刚性、硬度、尺寸稳定性、耐蠕变性、耐磨性、阻燃性、消烟性及可降解性,并可降低成划收缩率以提高制品的精度;在热固性工程塑料中,除前述的性能改善外,对某些树脂是加工中必不可少的补强材料.如不饱和聚酯树脂、氨基树脂等.因此,填料的产量和品种发展很快,目前已广泛应用于工程塑料工业中。
塑料填充的最大缺点是:在降低制品成本的同时.导致制品某些性能的下降甚全是大幅度下降,最明显下降的性能有冲击强度,拉伸强度、加工流动性、透明性及制品表面光泽度等。但随着塑料填料品种的不断开发.加之塑料填充技术的不断发展,现在的填充对塑料制品性能的影响越来越小,填充已不是原来的单纯降低成本的目的,而是降低成本和改善性能兼而有之。
根据填料在塑料制品中的作用,可将其分为增量型填料和补强型填料两类。增量型填料的目的是降低制品成本,补强型填料为降低成本和改善性能兼而有之。但目前,随着填充技术的不断进步,两者越来越难以区分.其发展趋势为补强型填料的比例越来越大。
补强型填料也被称作增强剂.有机合成纤维是最典型的增强剂,关于其性能将在本章1.10中予以介绍。
对塑料填充影响最大的技术有两项,一是超细填料和纳米填料的开发。众所周知,常规粒度填料的加入往往会导致材料冲击强度的大幅度下降,而超细填料和纳米填料的加入不但不会使材料的冲击强度和拉伸强度下降,相反会有不同程度的提高,这就是刚性增韧和增强技术;二是填料表面的多功能复合处理技术。填料表面的处理技术发展越来越快.其发展经历了硬脂酸→简单偶联剂→多功能能偶联剂→大分子偶联剂→相容剂→复合偶联剂的历程,使填料用树脂的结合力越来越大,对制品性能的提高幅度也越来越大。
1.2.9.1 填料的分类
填料常用的分类方法有以下几种.
①按化学组成分为无机填料和有机填料两大类。无机填料主要是碳酸盐类填料、硫酸盐类填料、金属氧化物、金属粉末等;机填料主要包括天然植物性填料,合成纤维及微珠等。
②按外观形状分为粉粒状填料(如金属粉末)、片层状填料(如滑石粉)、针状填料(如硅灰石)、纤维状填料(如各种合成纤维)和中空微球(如中空玻璃微珠)等。
③按所起作用分为增强型填料和功能型填料两大类.
④按化学结构分为碳酸盐类填料、硫酸盐类填料、金属氧化物,金属粉末,含硅化合物,有机纤维类等。
以上几种分类方法可根据不同的目的单独或穿插使用,但由于填料的主要目的是增强和增量.所以在众多的方法中.以填料作用分类常作为起主导作用的分类方法.
1.2.9.2 填料的选用
塑料填料的种类很多,不同的填料有不同的性能和用途,在选用塑料填料时应注意以下几个方面的问题.
(1)认识填料对塑料制品性能的影响规律
一般说来,塑料中加入填料后,刚性增加.硬度增加,耐高温蠕变性能提高.热变形温度升高,传热率提高.制品尺寸稳定性提高;但冲击强度、弯曲强度、断裂伸长率下降,线膨胀系数减小,收缩率、流动性降低。
对于拉伸强度,粉、粒状填料在添加量小时呈上升趋势;但高比刚填充时。拉伸强度则急剧下降,纤维状填料一般可提高材料的拉伸强度。
(2)注意填料的粒径、形状及其表面性质对材料性能的影响
填料粒子的大小对材料的刚性、尺寸稳定性、冲击性等力学性能以及制品的表面光泽和手感有很大的影响.为了保证制品的质量.要求采用粒度合适的填料。一般,填料粒径越小效果越好,但粒径太小则会因其表面积增大,吸油量增大,分散困难,反而使材料的性能变劣,甚至使制品产生不均质性(填料分布不均匀)。至于选用多大粒径的填料合适,则因塑料的种类、加工方法的不同而不同,不能一概而论。
填料的形状对填充改性效果的影响也较大.一般薄片状、纤维状、板状填料可使塑料的加工性能变差,但力学强度提高;而球状、无定形粉末状填料则可使加工性能优良,但力学强度比纤维状和片状填料差。
(3)颗粒的表面性质
填料的表面性质取决于颗粒的化学组成、晶体结构、吸附物质、表向毛细管孔穴发育程度等,它影响填料的浸润性、分散性和改性效果等,可通过有机或无机物质处理使之改善。
(4)根据制品用途选择填料
一般来说,若要求制品有较高的拉伸强度,可考虑选用玻璃纤维、碳纤维、合成纤维及其他纤维状填料;强调压缩性能,可选用石棉、云母、玻璃实心微球等;改善耐磨性.可考虑碳纤维、石墨、玻璃珠等:强调电绝缘性.可选择云母、煅烧陶土等;强调导电性。可考虑碳纤维、炭黑、金属粉末和金属纤维等;强调耐热性,可考虑碳纤维,玻璃纤维、石棉、云母、滑石粉等;强调传热性,可考虑金属粉末、金属纤维等.
(5)充分发挥填料的补强作用
填料的效能也与基体树脂有关,对非极性高分子,出其与填料粒子之间只存在微弱的物理作用,因此,这时的填料多为增量型填料,对强度方面没什么贡献;树脂与填料粒子之间的相互作用力越强,树脂对填料粒子的浸润性就越好,补强效果就越明显。经表面处理的填料,由于与树脂之间的作用力增强.故可提高树脂对其的浸润性,所以能极大地提高塑料的力学强度,如拉伸强度、冲击强度等。
(6)注意填料对聚合物稳定性的影响
无机填料和金属填料中的金属离于对以游离基形式降解的聚合物老化有促进作用.使用时应注意这一点。
此外,在选择填料时还应注意填料对材料色泽的影响,填料对加工设备的磨损,填料的吸油性以及注意复合填料的运用