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产品应用丨作为PP绝佳的填充料—硅灰石

返回列表 来源:深圳市海扬粉体科技安徽快3走势图 发布日期:17-08-16

01、硅灰石简介


      天然硅灰石的主要化学成分为β型硅酸钙,为一种钙质偏硅酸盐矿物。天然硅灰石的化学稳定性好,吸油率低,电绝缘性高,而且价格十分低廉(为玻璃纤维十分之一),其经加工制成成品,其成品一般为多形态混合,如粒状﹑棒状和针状等。纯度较高的硅灰石一般为乳白色和金色,同时具有完整的针状结构和玻璃光泽,其长径比可达15:1等特点。


      与碳酸钙相比,更具耐腐蚀性;与云母和滑石相比,更好的耐表面划伤能力。当硅灰石作为尼龙的增强剂,其冲击强度有很大的提升,并进一步降低其复合材料的吸湿率。当填充聚四氟乙烯,其复合材料可制成自动密封圈,用于蝶阀,减压阀等。而且硅灰石具有与其它短纤维填料相似的针状结晶结构,使得硅灰石能有效地作为树脂的增强填充材料。然而近十几年来,硅灰石凭借其针状结构作为增强材料填充聚丙烯并有效代替玻璃纤维得到蓬勃发展。


02、硅灰石现状

      聚丙烯的填充改性一般为了减少制品中PP原料的成本从而达到增量的目的或满足其产品的新性能。为了使所需的性能得到明显改善,人们往往会在其加工成型过程中添加无机填料或有机填料,与此同时聚丙烯的其它性能也会有所改变。PP的填充改性有减小成本,提升刚度,减小收缩率与提高耐热性等优点。但目前应用的填充材料各种各样。而平时所说无机填料与有机填料是按化学成分划分。


       常用无机填料有硅灰石﹑碳酸钙﹑云母粉﹑滑石粉﹑立德粉﹑石膏﹑炭黑以及赤泥等。而大家熟悉的有机填料有稻壳粉,花壳粉与木粉等。而在近代无机填料应用较多。对PP填充无机填料,可提高其硬度,刚度以及屈服强度,并改性其耐蠕变性能,但同时其冲击强度与伸长率会相应下降。因为无机物的种类与添加量对其复合体系整体性能有很大的影响,所以根据其用途不同需要综合考虑其相应的配方。


       而无机填料对PP/填料复合体系的影响主要有两方面:一方面由于复合效应会使填料本身的特性转移到复合体系中。例如填充碳酸钙进PP树脂基体中不仅减小产品成本,而且也提升耐热性,刚性与尺寸稳定性。但碳酸钙的加入也存在一些缺点,如其表面呈强性,表面能高,易团聚等使其在PP基体中分散性差,不能与PP基体形成良好的粘接界面。


       另一方面pp的结晶行为受无机粒子的加入而发生变化,从而影响复合体系的性能。其中吴美升利用纳米微粒包覆硅灰石表面,同时添加偶联剂对PP进行改性处理,并研究其体系结晶行为和两相界面效应。实验证明:用处理过的硅灰石填充PP基体会降低复合体系的结晶尺寸和结晶度以及提高填料对PP基体的成核作用,并在复合体系中形成较好的结合界面而且分散均匀。


       2008年,严满清利用熔融共混法制出了PP/硅灰石复合体系。并使用X射线衍射法观察了硅灰石的添加量与类型对聚丙烯的晶体类型与尺寸的影响。结果表明:硅灰石的添加使晶粒尺寸变小,而不影响PP的晶体类型。这说明硅灰石有异相成核作用。除此之外还采用差示扫描量热仪观测不同冷却速率下复合材料结晶动力学过程。


       实验表明:在同一冷却速率下,由结晶速率,半结晶时间等参数表明复合材料结晶的速率比纯PP的快,也为硅灰石有异相成核提供新的理据。而且针状的比颗粒状的硅灰石更具有异相成核作用。Saujanya等在保持硅灰石较高长径比的情况下,研究不同大小的硅灰石对PP基体的影响。研究表明随着硅灰石的尺寸变小,其在PP基体中产生异相成核现象越明显。


03、PP纤维增强

       纤维增强是近代PP增强改性较为有效的改性方法。按纤维增强剂化学成分分:有机纤维与无机纤维两大类。有机纤维主要包括:棉﹑纸﹑麻以及合成纤维等。而无机纤维主要包括:碳纤维﹑玻璃纤维﹑石棉﹑硼纤维﹑晶须﹑金属纤维与陶瓷纤维等。其中应用最广几种为晶须,碳纤维和玻璃纤维。玻璃纤维增强PP具有易加工,耐腐蚀,强度高,可回收以及存放时间长的优势而得到广泛的应用。玻纤毡增强,长玻纤增强与短玻纤增强是玻璃纤维增强


       PP的三大主要途径。近年来也有不小玻纤增强PP的报道,其中涉及到结晶形态,界面的处理,制备工艺与增强机理等各个方面。与纯PP相比,玻纤增强PP的复合材料的性能有很大改善。如提升热变形温度,减小成型收缩率,提高尺寸稳定性与拉伸强度等。然而受其价格影响,玻纤不能更广泛的使用。硅灰石的长径比可超过16/1,能有效代替玻纤增强PP,且价格低(是玻纤的10%)。除此之外其还具有吸油率低,化学稳定性好,电绝缘性高等优点,可用作塑料填料。


04、总结

       近年来,由于石油的日益短缺,使塑料原材料价格迅速增加,但随着科技的进步,塑料的使用量也越来越多,协调塑料材料与能源之间矛盾显得尤为重要。因此开发高性能与低成本的改性塑料成为当今我国改性塑料的主要方向。聚丙烯(PP)拥有良好的性能,且产量大,密度小,性价比高,易于成型加工与可回收利用,并且能够初步代替钢铁﹑铝﹑铜等金属材料在一些要求耐磨,耐化学品,绝缘性高等场合的应用。


       然而PP也存在一些缺点,如成型收缩率大,低温易开裂,对缺口十分敏感,冲击性能差等大大阻碍PP的进一步应用。虽然可以通过对PP基体中填充玻璃纤维,石棉以改善其刚度﹑强度﹑硬度﹑耐热性等性能,但同时也会使熔体的流动性和加工性能变差,而且其韧性的提升幅度也不明显,最终导致产品的综合性能不佳。硅灰石凭借其针状与纤维状的晶体结构,能部分代替有毒的石棉,昂贵的碳纤维与玻璃纤维等增强材料。此外,硅灰石还具有高电阻,低吸油率和低热膨胀系数等优点。而且硅灰石纯度较高时其颜色呈亮白色,反射率可超过90%。


       因此当硅灰石作为填充剂填充塑料时,能有效改善塑料产品的绝缘性,耐腐蚀性,耐蠕变性与尺寸稳定性,同时也防止了产品翘曲,减小颜料用量和生产成本。


       然而硅灰石的表面化学呈惰性,填充聚丙烯时,很难与基体基团发生反应。而且硅灰石的表面自由能与聚丙烯相差较大,进一步影响其在聚丙烯中的均匀性。这些因素都对其复合材料的力学性能有较大的影响。因此有必要利用极性与聚丙烯基体相似的有机聚合物或者表面处理剂对硅灰石表面进行改性,为更好制备高性能的复合材料提供新的方法与理论。



    

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