第二章聚合物的填充改性.ppt

第二章 聚合物的填充改性 第一节 填充改性的基本原理 1、增量 3、赋予功能 二、填料的性质 典型代表是玻璃微珠，硫酸钡是稍微倾斜接近圆球状的填料。圆球状填料在塑料复合材料中具有良好的流动性，在制品表面能形成平滑面，制品内部内应力均匀，但填料粒子凝集状态改变时，则很难保持上述特性。 粒状填料可以认为是介于圆球状和片状之间的一种微小粒子填料，纵横比大约为1，但又不是圆球状（立方体、棱面体等）的粒子。 3）断面近似为长方形，表面有许多皱褶，如不锈钢纤维。 2、粒径 3、表面形态与性质 （2）表面自由能 4、物理性质 （2）吸油值 （3）硬度 （4）颜色及光学特性 （5）热性能 （6）电性能 （7）磁性能 5、热化学效应 无臭、无味的白色粉末，在酸性溶液中或加热到825℃就分解为氧化钙和二氧化碳。碳酸钙资源丰富，廉价填料。无毒，白度大，无活性，在塑料混炼成型时，高温不能使之发生热分解及变色。 1)当碳酸钙遇酸的侵蚀放出CO2并形成可溶性盐类。不过环氧树脂等许多种塑料能充分润湿和包裹住CaCO3, 使得此种化合物即使在大量填充时也能抗酸的侵蚀； 2)当加热到约800-900℃区间，放出CO2并形成CaO 3)在聚乙烯和聚苯乙烯中填充时使聚合物脆化。 偶联剂现状和发展 硅烷偶联剂：偶联剂的研究和应用是第二次世界大战后，由于军事和航天对高性能增强材料的迫切要求，开始研究以烯丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷和氨基硅烷等为代表的硅烷体系偶联剂，主要用于玻璃纤维增强塑料和橡胶工业，效果极为显著。 钛酸酯偶联剂：1972年美国肯尼奇公司(Kenrichv Inc.)研制出TTC(三异硬酯酰基钛酸异丙酯)，它主要用于以碳酸盐、硫酸盐和金属氧化物为填料的聚烯烃塑料的加工及物理力学性能的改善，并弥补了硅烷偶联利的不足。 铝酸酯偶联剂：1983年，美国卡文顿化学公司的L. B. Coken推出以七个锆铝酸酯为代表的锆铝体系偶联剂。1984年，我国章文贡等人首创的铝酸酯体系偶联剂问世，先后研究出50多个品种，其个DL系列八个品种巳经投产。 此外还有钛铝偶联剂 （OL-AT1618）、硼酸酯偶联剂、NM锡酸酯偶联剂，以及一此不含金属中心原子但具有一定偶联性的有机物，如磷酸酯、异氰酸酯等陆续出现，并在塑料、橡胶、涂料、纤维各个领域获得实际应用。 偶联剂问世至今已50年，偶联利的研究与应用仍在迅速发展。目前其主要动向，一是寻找更高效、更廉价的新型偶联剂，二是向多功能发展，逐渐形成专用化、系列化品种，三是解决高填充(60％以上)条件下的加工与制品力学性能问题。 硅烷偶联剂偶联作用示意图 第五节 填充聚合物的制备与加工 5、耐腐蚀性 填料的耐化学腐蚀性比聚合物差，使填充聚合物的耐腐蚀性下降。 填充量小，且填料不直接与介质接触，取决于基体本身。 填充量大，制品受冲刷，则应慎重选择填料。为提高耐腐蚀性能，可做成多层结构，加大填料表面的树脂含量。 6、耐老化性 填料本身不促进聚合物降解、交联，但填料中的杂质起不利作用。 如二氧化锰、氧化铜、重金属离子 某些天然高分子物质可降解，制成淀粉添加型生物降解塑料。 一、填充聚合物的加工特性 1、熔融流动性 填料对聚合物熔体流变行为的影响既取决于固体填料本身的物理化学性质，也和填料与聚合物的相互作用有关，最终影响填充体系的加工和使用性能。 （1）填料的形状 球形有利于改善填充体系的加工流动性 片状、纤维状使填充体系的加工流动性下降 填料形状也影响流变行为的剪切速率依赖性，对相同体积分数的片状和颗粒状聚合物，前者粘度高，在低剪切速率表现剪切变稀行为。 （2）填料浓度 图2-12 CaCO3填充聚合物 CaCO3含量增加，表观粘度升高，且剪切变稀 图2-13 稀土氧化钕填充尼龙6 Nd2O3量增加，体系粘度下降，原因 （3）填料尺寸 颗粒尺寸减小，相互作用增强，填充体系粘度增大。 颗粒间的聚集也可能会包裹部分基体树脂，造成颗粒浓度升高，从而引起体系粘度的进一步增大。 （4）填料表面处理 对聚合物流变行为的影响取决于填料表面与树脂相互作用的类型和表面处理的方法 用偶联剂处理后的填料可以观察到两种相反的趋势： 使得填充体系的粘度下降 造成填充体系粘度升高 2、熔融弹性 填料加入聚合物中，降低了体系的弹性，能减小挤出胀大比、入口弹性参数、熔体法向应力差 如 CaCO3填充LDPE、PP 3、成型收缩 塑料填充填料后，收缩率下降10倍之多，是一种有效地降低收缩率的方法。 例如 PB