3分鐘,讀懂改性填料不求人


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在高分子化工產業中,填料(填充劑)是用量最大的添加劑,幾乎所有的塑料(包括熱塑性和熱固性塑料)、天然橡膠和塗料都使用大量填料。在塑料改性中使用礦物填料作為填充劑和改性劑,不僅可以顯著降低塑料製品的原料成本,而且可以有效地改善塑料的性能。

例如,製造塑料時加入木粉、陶土或碳酸鈣等,不僅能改善製品力學性能,增加硬度,而且還可降低成本;用石墨、磁粉或雲母作填料,可提高塑料的導電、通磁和耐熱性。在橡膠中加入炭黑或二氧化硅(白炭黑)可顯著提高製品的物性。在紡絲液中加入鈦白粉(二氧化鈦)可以遮光和染色。在塗料工業中常加入白色或帶色填料(如鈦白粉、滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇等)以改善塗料的光學、物理和化學性能。

隨著新型改性填料、複合填料的出現,填料已被認為是一種功能性添加劑,在改性塑料的生產過程中起到十分重要的作用。那麼,填料在改性塑料生產過程中的作用主要有哪些呢?

降低成本

據統計,塑料材料製品中原材料所佔的費用佔70%以上,因此在不影響或有利於塑料製品的性能時通過添加更加廉價的原輔材料,降低原材料的費用,會給企業帶來更大的經濟效益。

增強作用

礦物填料的活性表面可與大分子鏈相結合,與基體形成交聯結構,礦物交聯點會傳遞,分散應力起到加固的作用。尤其是大長徑比的雲母和硅灰石等能夠提高力學性能和耐熱性能。

改變塑料的化學性能

如改變界面反應性、化學活性、耐水性、耐候性、阻燃性、耐油性、滲透性等。

獲得本不具備的特殊性能

如導電性、導熱性、隔音性以及對電磁波的吸收和對放射性的防護等,通常也被稱為功能性填料。

調整塑料中的流動性

如可塑性、黏度、收縮性能、改性表明性能和加工性能等。


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瞭解完填料在改性塑料中的作用之後,我們再來了解下粉體增強熱塑性聚合物複合材料的製備過程。通常包括原材料的預處理、計量與混合、熔融共混擠出、冷卻切粒等過程。


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1、原材料的處理

粉體材料的處理通常包括表面處理、烘乾和稀釋等過程。在生產粉體增強熱塑性聚合物複合材料前必須對無機填料進行適當的表面處理。如碳酸鈣做填充劑時,在配料前應進行活化處理,以改善其與基體聚合物之間的粘結性能。對有些含水量較高的填料和基體聚合物材料,還要進行適當的烘乾處理。

2、計量與混合

做過塑料改性的都知道,稱量在改性過程中尤為重要,稱量錯誤會直接影響產品的質量與性能,因此稱量過程必須準確。另一個重要的就是預混合,混合的好壞將直接影響原料是否能均勻的進入雙螺桿擠出機,特別是那些密度相差較大、組分形狀差異較大的共混體系,保證物料混合均勻顯得尤為重要。

3、熔融共混擠出

熔融共混擠出是所有熱塑性塑料改性的主要工序,目前常用的是雙螺桿擠出機。經過雙螺桿的熔融共混後,能夠保證基體聚合物與各組分之間實現良好的分散性,從而得到更好的產品。擠出機的工藝問題主要包括溫度設置、擠出機的結構、擠出速度等。

4、冷卻切粒

冷卻切粒屬於成型工藝,通常塑料改性後切出的粒子還需要通過注塑機成型以獲取相關的測試件或製品。

在實際生產中,聚丙烯/粉體複合增強技術都有哪些具體應用呢?

1、滑石粉填充聚丙烯

滑石粉是填充聚丙烯用的最多的無機填料,在共聚和均聚PP樹脂中均可以使用。滑石粉的填充量一般為10%-40%。滑石粉填充聚丙烯材料具有較高的剛性,低熱膨脹係數,低吸收率,抗劃痕性好,抗化學腐蝕。經表面化學處理的滑石粉填充聚丙烯可以改善抗衝擊性能,提高模量和熱變形溫度。


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2、碳酸鈣填充聚丙烯

碳酸鈣也是聚丙烯中常用的無機填料,添加量一般為10%-40%。與滑石粉相比,碳酸鈣填充聚丙烯材料的衝擊強度更高,模量和拉伸強度較低。


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3、雲母增強聚丙烯

雲母是一種層狀的無機填料,當填充量相同時,雲母增強聚丙烯比滑石粉或碳酸鈣填充的聚丙烯具有更高的剛性、模量和硬度。經過適當的偶聯劑處理,可以顯著的提高材料的拉伸強度。由於雲母色深,所以雲母作為無機填料只能應用於顏色要求不高的聚丙烯中,最常見的時黑色製品。


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4、高嶺土填充聚丙烯

適量的高嶺土經過活化處理後與聚丙烯共混擠出,經過雙軸拉伸可以得到白色不透明薄膜,染色性、印刷性好、水的滲透率低。


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5、導電性聚丙烯填充

用導電性填料如石墨、炭黑或金屬粉末作為填料填充聚丙烯,可以得到導電性的聚丙烯複合材料。導電填料在聚丙烯中良好的分散性能時製備兼具良好導電性和力學性能複合材料的關鍵。


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6、無滷阻燃聚丙烯填充

阻燃劑中常見的氫氧化鎂和氫氧化鋁填充聚丙烯,可以製備無滷阻燃的填充聚丙烯材料。這些阻燃材料在燃燒分解時不會排放有毒氣體。但由於這些阻燃劑填料在高填充時才能發揮阻燃作用,因此,應當採用合適的填料和樹脂基材的表面處理技術,如偶聯劑處理等以改善填料在基材中的分散和界面相容性,從而製備出阻燃性能和力學性能兼顧的無滷阻燃聚丙烯材料。


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隨著科技的發展,新型填充材料和新的填充劑改性技術不斷出現,塑料填料朝著標準化、綠色化、納米化和有機化發展。我國是塑料生產和消費大國,無機填料資源豐富,應該進一步發展新型填充劑和以非金屬礦物為填料的塑料新產品,開拓我國塑料發展新領域。可以預見,填充改性技術在塑料行業有著廣闊的市場前景。

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