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源磊告诉你|塑料制品配料之填料选用

发布时间:

2024-01-29 09:38

 

源磊告诉你|塑料制品配料之填料选用

 

填料又称为填充剂,其主要目的是降低塑料制品的成本。其他正面作用有改善制品的耐热性、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,降低成型收缩率以提高制品精度;副作用有导致制品某些性能的下降甚至是大幅度下降,最明显的下降性能有冲击强、拉伸强度、加工流动性、透明性及制品表面光泽度等。

填料可分为无机填料和有机填料两大类。

(1) 矿物填料

 

碳酸钙

 

具有价格低廉、来源广泛、无毒无味、色泽白并易着色、硬度低、易干燥、化学稳定性高等优点,成为用量最大、用途最广泛的第一大类填料。

 

依密度高低或来源不同,可将碳酸钙分为重质和轻质两类。重质碳酸钙用天然方解石粉碎研磨而成,轻质碳酸钙以石灰石为原料经煅烧等化学过程制成。重质碳酸钙主要用于PP塑料编织袋、编织布、打包带(20~40份),PVC地板(150份)、地板革(30~40份)、百叶窗(100份)、护墙板(200份),LDPE垃圾袋(30%)等;轻质碳酸钙主要用于PVC人造革(10~20份)、管材和异型材(5~10份),PE瓦楞箱(100份)等。

 

滑石粉

 

滑石粉的组成为3MgO·4SiO2·H2O,结构与云母类似,呈片状结构。外观为白色或淡黄色细粉,柔软而有滑腻感,有利于复合材料的刚性和耐热性,硬度低、有一定润滑性、对设备磨损轻,是仅次于碳酸钙的第二大填料品种。

滑石粉因片状结构,其补强作用比碳酸钙大,但填充量大时,影响制品的焊接性能。滑石粉对波长为7~25um的红外线有阻隔作用,可用于农用大棚夜间保温。滑石粉可作为PP的成核剂,还可用于PO类薄膜的滑爽剂。

 

滑石粉在PP改性中应用最多,一般与弹性体材料复合加入,在增韧同时增加刚性。

 

云母

 

云母的种类很多,用其工业碎片经干法或湿法粉碎即可用之于塑料填料。云母的晶形是片状的,其厚径比大,如能在填充中保持此厚径比,增强效果显著,因此被称为补强填料。

云母的另一特点为对波长为7~25um的红外线有阻隔作用,其效果优于具有同类功能的滑石粉和高岭土,且其日光透过率比其他填充材料高,最适于农用大棚的白天增温和夜间保湿。云母颗粒表面能高,不易实现包覆和偶联处理等,因此用量一直不高,只用于补强或棚膜保温。

 

云母常用于PVC、PP、PE、ABS及PA中,加入量为10%~40%。

 

高岭土

 

高岭土是黏土的一种,又称为陶土。本身含有的结合水在高温下方可除去,但在空气中极易吸附水,所以用做填料的高岭土要特别注意水分的影响。

 

普通高岭土。一是用煅烧高岭土提高塑料的绝缘性,在PVC中加入10%煅烧高岭土,可提高电绝缘性5~10倍。二是利用其具有同滑石粉、云母一样对波长为7~25um的红外线有阻隔作用,用于农用大棚膜保温瓶剂。此外,高岭土还可作为PP的成核剂。

 

硫酸钡

 

硫酸钡填充复合材料的表面光泽高于其他填充材料,应用范围不广,主要用于几个特殊领域。一为利用其密度高,制造高密度塑料制品如音箱和渔网坠等;二为利用其可吸收X射线和Y射线,制作防辐射塑料制品;三为用之于吸音和导热填充材料。

 

玻璃微珠

 

玻璃微珠有两类,一是从粉煤灰中提取,本色略带灰色,沉珠为实芯,飘珠为空芯;二是从粉煤灰中提取,本色略带灰色,沉珠为实芯,飘珠为空芯;二是人工合成,全部为空芯,本身为白色。玻璃微珠可为典型的轻质填料,其表面光滑、球状、中空结构。玻璃微珠可加入PP、PS、ABS、PE及PA中,用于轻质填充、隔热、隔音、防震等改性制品,还可用于光学制品。

 

黏土

 

黏土是一类材料的总称,除了前面提到的高岭土外,还有蒙脱土(MMT)、凹凸棒黏土(TA)、伊利石、海泡石、羟基磷灰石(HA)等。这类材料为天然纳米材料,具有很好的利用价值。

 

多孔粉石英

 

新材料:多孔粉石英,可作为该各类塑料制品的高性能填料。

多孔粉石英属于一种火山灰沉积岩。该产品自然粒径细(0.5μm左右),颗粒分布均匀,比表面积大(8.3m2/g),外形结构近似球型无棱角状。以电子显微镜图象看,其表面全是纳米级的介孔,平均孔径约为8.8nm(纳米)。

多孔粉石英的特点:多孔结构、自然粒径细、比重轻和表面近似球状。这使得在高分子复合材料中有较好的流动性、分散性且不易沉淀。决定了在塑料行业中有极其广泛的用途。

多孔粉石英属于二氧化硅体系一种,使用的安全性被认可,已广泛用于塑料制品行业,廉价的多孔粉石英还可以降低成本。

 

 

(2) 工业废渣

 

粉煤灰

 

粉煤灰为热力发电厂排放出来的废渣,具体由十几种成分组成。其中二氧化硅占61%左右,三氧化二铝占21%左右,其他成分有Fe2O3、CaO、MgO、NaO及K2O等。粉煤灰的外观为灰白色,平均粒径为80um,相对密度为2.0~2.4。由于粉煤灰中含有圆而滑的玻璃微珠,易于在树脂中均匀分散,填充量可达40%左右。主要用于PVC和PP制品中如地砖等,表面可用硅烷类偶联剂处理。

 

红泥

 

红泥又称为赤泥,代号RM,为铝土矿碱法生产氧化铝时排放的废渣。我国铝厂都有丰富的红泥资源,是一种价廉易得的填料。红泥的相对密度为2.7~2.9,粒度为20um,接近胶体的尺寸,其PH=10~12,呈碱性。

红泥的组成很复杂,大致组成为SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3及TiO2等。不同生产方法的成分也不同,其中以拜耳法红泥用做塑料填料最好。拜耳法红泥粒度较细、软质,对提高塑料制品性能有利,其次选用烧结法红泥,最后选用联合法红泥。红泥易吸水,使用前要干燥处理,干燥条件为105℃、3h,然后在1000℃以上温度烧结1h。

 

盐泥
 

盐泥的代号为SM,是碱厂排放出来的废渣,其主要成分为SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、CaCO3、CaSO4、Mg(OH)2、MgO及NaCl等。盐泥的外观为灰白色湿泥,手感滑腻,PH值为10左右。

盐泥在填充前需进行表面偶联处理,偶联剂选用钛酸酯类NDZ-101最佳。在PVC中加入40份时,拉伸强度只下降10%,而冲击强度反而有小幅度升高。此外,盐泥还可改善PVC的耐油性,并可使挤出成型的出口膨胀降低。

其他工业废渣还有:铁泥,用黄铁矿制硫酸的废渣,主要成分为Fe2O3等;白泥,造纸厂废渣;碱泥,苛化法制碱的废渣,主要成分为CaCO3等;滤泥,制糖厂排放的废渣;此外还有泥炭等。

 

2.有机填料

 

天然纤维类

 

天然纤维是指以木材、秸杆、果实壳等原料粉碎的产物,具体如各类木粉、纸粉、玉米秆、麦秆、稻草、稻壳、麻类、棉花籽、核桃壳、棉花壳、花生壳、椰壳及甘蔗渣等。天然纤维填料由纤维素、半纤维素及木质素等有机物质组成,并以纤维素为主要成分。天然纤维填料的最大优点为补强作用大,虽然不及无机纤维和有机合成纤维作用强,但远远超过普通填料。天然纤维填料因含有木质素,加工性能好;因含有角质,可提高填充制品的光泽度。在天然纤维填料中,以木粉和纸粉最常用。

与合成纤维和玻璃纤维相比,天然有机纤维的优点:

1、高温下易降解,加工温度不宜高于230℃,只适用于低熔点树脂;

 

2、与基体树脂的相容性差,影响加工流动性。

 

淀粉类

 

淀粉是一类多糖类化合物,广泛存在于植物中,具体如玉米、土豆、地瓜、木薯、甜菜等均含有大量淀粉。淀粉在各种环境中具有完全生物降解能力,降解产物为二氧化碳气体,不对土壤和空气产生危害,价格低廉并可再生,资源丰富,因此以淀粉为主要原料的降解塑料受到人们的高度重视,是目前天然降解材料的研究热点。但淀粉本身不具有热塑性能,不能直接用于降解材料,而需用与其他材料共混或进行改性处理后,才可用作降解塑料。

淀粉是来源丰富、价格便宜的天然高分子材料。天然淀粉由直链淀粉和支链淀粉两部份组成,两部份的比例因植物品种不同而异。直链淀粉溶于水,而支链淀粉不溶于水,因此两者可水分离。直链淀粉属于热塑性高分子材料,也称为热塑性淀粉,加热可熔化,可用热塑性方法加工;支链淀粉不溶于水,属于热固性高分子材料,不可以用热塑性方法加工。

淀粉的生物降解性能优异,是首选的降解类填料,特别是近年来降解塑料的品种、产量和应用越来越大,淀粉的重要性越来越大。在生物降解塑料中加入淀粉,不仅可大大降低其成本,还可改善某些性能。

 

 
纤维素类
 

纤维素是存在于地球上植物生命活动中产生的天然高分子材料之一,是构成包裹植物细胞外层细胞壁的主要成分,是地球上产量最大的天然高份子材料。据粗略统计,全球每年新增加植物量10000亿吨,其中80%为纤维素,15%为木质素,5%的半纤维素。纤维素是地球上最丰富的碳水化合物,在草本植物中含10%~25%,在木材中含40%~45%,在亚麻等韧皮纤维中含60%~85%,在绵花中含90%。总之,在任何植物的秸秆、叶子、根和果壳中都含有大量的纤维素,而且年复一年,年年再生,不用也会自然烂掉。

获得纤维素通常有两种方法:一是选择天然纤维素含量极高的植物,如木浆和棉子绒;二是在木材和其他木化植物中提取,要获得高纯度的纤维素,必须完全脱去木质素和半纤维素,但目前还没有满意的分离纯纤维素的方法。

纤维素的破碎不能用一般的粉碎设备,要用闪爆法像爆玉米花一样粉碎,粒度可达到800目左右。

用纤维素的衍生物与可降解的合成树脂共混,制成力学性能好、价格低、降解速度快的塑料制品。纤维素类降解塑料的降解产物为木糖、木二糖、右螺旋葡萄糖、纤维二糖、乙醛、乙酸、二氧化碳及水蒸气等,对环境无任何污染,属于绿色降解塑料范畴。

 

 

 

 

 

 

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