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源磊告訴你|塑料制品配料之填料選用

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發布時間:
2019-10-18
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源磊告訴你|塑料制品配料之填料選用

 

填料又稱為填充劑,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熱性、剛性、硬度、尺寸穩定性、耐蠕變性、耐磨性、阻燃性、消煙性及可降解性,降低成型收縮率以提高制品精度;副作用有導致制品某些性能的下降甚至是大幅度下降,最明顯的下降性能有沖擊強、拉伸強度、加工流動性、透明性及制品表面光澤度等。

填料可分為無機填料和有機填料兩大類。

(1) 礦物填料

 

碳酸鈣

 

具有價格低廉、來源廣泛、無毒無味、色澤白并易著色、硬度低、易干燥、化學穩定性高等優點,成為用量最大、用途最廣泛的第一大類填料。

 

依密度高低或來源不同,可將碳酸鈣分為重質和輕質兩類。重質碳酸鈣用天然方解石粉碎研磨而成,輕質碳酸鈣以石灰石為原料經煅燒等化學過程制成。重質碳酸鈣主要用于PP塑料編織袋、編織布、打包帶(20~40份),PVC地板(150份)、地板革(30~40份)、百葉窗(100份)、護墻板(200份),LDPE垃圾袋(30%)等;輕質碳酸鈣主要用于PVC人造革(10~20份)、管材和異型材(5~10份),PE瓦楞箱(100份)等。

 

滑石粉

 

滑石粉的組成為3MgO·4SiO2·H2O,結構與云母類似,呈片狀結構。外觀為白色或淡黃色細粉,柔軟而有滑膩感,有利于復合材料的剛性和耐熱性,硬度低、有一定潤滑性、對設備磨損輕,是僅次于碳酸鈣的第二大填料品種。

滑石粉因片狀結構,其補強作用比碳酸鈣大,但填充量大時,影響制品的焊接性能。滑石粉對波長為7~25um的紅外線有阻隔作用,可用于農用大棚夜間保溫。滑石粉可作為PP的成核劑,還可用于PO類薄膜的滑爽劑。

 

滑石粉在PP改性中應用最多,一般與彈性體材料復合加入,在增韌同時增加剛性。

 

云母

 

云母的種類很多,用其工業碎片經干法或濕法粉碎即可用之于塑料填料。云母的晶形是片狀的,其厚徑比大,如能在填充中保持此厚徑比,增強效果顯著,因此被稱為補強填料。

云母的另一特點為對波長為7~25um的紅外線有阻隔作用,其效果優于具有同類功能的滑石粉和高嶺土,且其日光透過率比其他填充材料高,最適于農用大棚的白天增溫和夜間保濕。云母顆粒表面能高,不易實現包覆和偶聯處理等,因此用量一直不高,只用于補強或棚膜保溫。

 

云母常用于PVC、PP、PE、ABS及PA中,加入量為10%~40%。

 

高嶺土

 

高嶺土是黏土的一種,又稱為陶土。本身含有的結合水在高溫下方可除去,但在空氣中極易吸附水,所以用做填料的高嶺土要特別注意水分的影響。

 

普通高嶺土。一是用煅燒高嶺土提高塑料的絕緣性,在PVC中加入10%煅燒高嶺土,可提高電絕緣性5~10倍。二是利用其具有同滑石粉、云母一樣對波長為7~25um的紅外線有阻隔作用,用于農用大棚膜保溫瓶劑。此外,高嶺土還可作為PP的成核劑。

 

硫酸鋇

 

硫酸鋇填充復合材料的表面光澤高于其他填充材料,應用范圍不廣,主要用于幾個特殊領域。一為利用其密度高,制造高密度塑料制品如音箱和漁網墜等;二為利用其可吸收X射線和Y射線,制作防輻射塑料制品;三為用之于吸音和導熱填充材料。

 

玻璃微珠

 

玻璃微珠有兩類,一是從粉煤灰中提取,本色略帶灰色,沉珠為實芯,飄珠為空芯;二是從粉煤灰中提取,本色略帶灰色,沉珠為實芯,飄珠為空芯;二是人工合成,全部為空芯,本身為白色。玻璃微珠可為典型的輕質填料,其表面光滑、球狀、中空結構。玻璃微珠可加入PP、PS、ABS、PE及PA中,用于輕質填充、隔熱、隔音、防震等改性制品,還可用于光學制品。

 

黏土

 

黏土是一類材料的總稱,除了前面提到的高嶺土外,還有蒙脫土(MMT)、凹凸棒黏土(TA)、伊利石、海泡石、羥基磷灰石(HA)等。這類材料為天然納米材料,具有很好的利用價值。

 

多孔粉石英

 

新材料:多孔粉石英,可作為該各類塑料制品的高性能填料。

多孔粉石英屬于一種火山灰沉積巖。該產品自然粒徑細(0.5μm左右),顆粒分布均勻,比表面積大(8.3m2/g),外形結構近似球型無棱角狀。以電子顯微鏡圖象看,其表面全是納米級的介孔,平均孔徑約為8.8nm(納米)。

多孔粉石英的特點:多孔結構、自然粒徑細、比重輕和表面近似球狀。這使得在高分子復合材料中有較好的流動性、分散性且不易沉淀。決定了在塑料行業中有極其廣泛的用途。

多孔粉石英屬于二氧化硅體系一種,使用的安全性被認可,已廣泛用于塑料制品行業,廉價的多孔粉石英還可以降低成本。

 

 

(2) 工業廢渣

 

粉煤灰

 

粉煤灰為熱力發電廠排放出來的廢渣,具體由十幾種成分組成。其中二氧化硅占61%左右,三氧化二鋁占21%左右,其他成分有Fe2O3、CaO、MgO、NaO及K2O等。粉煤灰的外觀為灰白色,平均粒徑為80um,相對密度為2.0~2.4。由于粉煤灰中含有圓而滑的玻璃微珠,易于在樹脂中均勻分散,填充量可達40%左右。主要用于PVC和PP制品中如地磚等,表面可用硅烷類偶聯劑處理。

 

紅泥

 

紅泥又稱為赤泥,代號RM,為鋁土礦堿法生產氧化鋁時排放的廢渣。我國鋁廠都有豐富的紅泥資源,是一種價廉易得的填料。紅泥的相對密度為2.7~2.9,粒度為20um,接近膠體的尺寸,其PH=10~12,呈堿性。

紅泥的組成很復雜,大致組成為SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3及TiO2等。不同生產方法的成分也不同,其中以拜耳法紅泥用做塑料填料最好。拜耳法紅泥粒度較細、軟質,對提高塑料制品性能有利,其次選用燒結法紅泥,最后選用聯合法紅泥。紅泥易吸水,使用前要干燥處理,干燥條件為105℃、3h,然后在1000℃以上溫度燒結1h。

 

鹽泥
 

鹽泥的代號為SM,是堿廠排放出來的廢渣,其主要成分為SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、CaCO3、CaSO4、Mg(OH)2、MgO及NaCl等。鹽泥的外觀為灰白色濕泥,手感滑膩,PH值為10左右。

鹽泥在填充前需進行表面偶聯處理,偶聯劑選用鈦酸酯類NDZ-101最佳。在PVC中加入40份時,拉伸強度只下降10%,而沖擊強度反而有小幅度升高。此外,鹽泥還可改善PVC的耐油性,并可使擠出成型的出口膨脹降低。

其他工業廢渣還有:鐵泥,用黃鐵礦制硫酸的廢渣,主要成分為Fe2O3等;白泥,造紙廠廢渣;堿泥,苛化法制堿的廢渣,主要成分為CaCO3等;濾泥,制糖廠排放的廢渣;此外還有泥炭等。

 

2.有機填料

 

天然纖維類

 

天然纖維是指以木材、秸桿、果實殼等原料粉碎的產物,具體如各類木粉、紙粉、玉米稈、麥稈、稻草、稻殼、麻類、棉花籽、核桃殼、棉花殼、花生殼、椰殼及甘蔗渣等。天然纖維填料由纖維素、半纖維素及木質素等有機物質組成,并以纖維素為主要成分。天然纖維填料的最大優點為補強作用大,雖然不及無機纖維和有機合成纖維作用強,但遠遠超過普通填料。天然纖維填料因含有木質素,加工性能好;因含有角質,可提高填充制品的光澤度。在天然纖維填料中,以木粉和紙粉最常用。

與合成纖維和玻璃纖維相比,天然有機纖維的優點:

1、高溫下易降解,加工溫度不宜高于230℃,只適用于低熔點樹脂;

 

2、與基體樹脂的相容性差,影響加工流動性。

 

淀粉類

 

淀粉是一類多糖類化合物,廣泛存在于植物中,具體如玉米、土豆、地瓜、木薯、甜菜等均含有大量淀粉。淀粉在各種環境中具有完全生物降解能力,降解產物為二氧化碳氣體,不對土壤和空氣產生危害,價格低廉并可再生,資源豐富,因此以淀粉為主要原料的降解塑料受到人們的高度重視,是目前天然降解材料的研究熱點。但淀粉本身不具有熱塑性能,不能直接用于降解材料,而需用與其他材料共混或進行改性處理后,才可用作降解塑料。

淀粉是來源豐富、價格便宜的天然高分子材料。天然淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉兩部份組成,兩部份的比例因植物品種不同而異。直鏈淀粉溶于水,而支鏈淀粉不溶于水,因此兩者可水分離。直鏈淀粉屬于熱塑性高分子材料,也稱為熱塑性淀粉,加熱可熔化,可用熱塑性方法加工;支鏈淀粉不溶于水,屬于熱固性高分子材料,不可以用熱塑性方法加工。

淀粉的生物降解性能優異,是首選的降解類填料,特別是近年來降解塑料的品種、產量和應用越來越大,淀粉的重要性越來越大。在生物降解塑料中加入淀粉,不僅可大大降低其成本,還可改善某些性能。

 

 
纖維素類
 

纖維素是存在于地球上植物生命活動中產生的天然高分子材料之一,是構成包裹植物細胞外層細胞壁的主要成分,是地球上產量最大的天然高份子材料。據粗略統計,全球每年新增加植物量10000億噸,其中80%為纖維素,15%為木質素,5%的半纖維素。纖維素是地球上最豐富的碳水化合物,在草本植物中含10%~25%,在木材中含40%~45%,在亞麻等韌皮纖維中含60%~85%,在綿花中含90%。總之,在任何植物的秸稈、葉子、根和果殼中都含有大量的纖維素,而且年復一年,年年再生,不用也會自然爛掉。

獲得纖維素通常有兩種方法:一是選擇天然纖維素含量極高的植物,如木漿和棉子絨;二是在木材和其他木化植物中提取,要獲得高純度的纖維素,必須完全脫去木質素和半纖維素,但目前還沒有滿意的分離純纖維素的方法。

纖維素的破碎不能用一般的粉碎設備,要用閃爆法像爆玉米花一樣粉碎,粒度可達到800目左右。

用纖維素的衍生物與可降解的合成樹脂共混,制成力學性能好、價格低、降解速度快的塑料制品。纖維素類降解塑料的降解產物為木糖、木二糖、右螺旋葡萄糖、纖維二糖、乙醛、乙酸、二氧化碳及水蒸氣等,對環境無任何污染,屬于綠色降解塑料范疇。

 

 

 

 

 

 

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