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        各類填料對樹脂流動性的影響有多大?空心玻璃

        塑料的成型加工大多是利用塑料在粘流態下的變形與流動實現的,隨著材料行業的不斷發展,無機填料的種類越來越多。常用的無機填料有玻璃纖維、碳酸鈣、滑石粉、云母等,但是不同的無機填料對樹脂的流動性影響不同。

         

        近幾年重點發展的空心玻璃微珠,具有質輕、低導熱、較高的強度、良好的化學穩定性等優點,其表面經過特殊處理具有親油憎水性能,非常容易分散于有機材料體系中。

         

        填料在樹脂中的作用

         

        填料是指被填充于其他物體中的物料,是在高分子材料中用量最大的添加劑,在整個配方中起到提升材料整體性能的作用。

         

        主要作用:

         

        ? 降低成型制品的收縮率,提高產品的尺寸穩定性、表面光潔度、平滑性等;

         

        ? 能有效地調解樹脂粘度,提高材料的加工性能;

         

        ? 能改善材料的性能,滿足不同場景材料的性能需求,比如提升耐磨、提高硬度、改善導電性、導熱性等;

         

        ? 提高顏料的著色效果,改善產品外觀;

         

        ? 功能性填料,起到改善介電性能或者光穩定性、耐化學腐蝕性等功能作用;

         

        ? 達到增容效果,減少樹脂用量,降低材料成本,提升產品競爭力。

         

        空心玻璃微珠對樹脂流動性的影響

         

        空心玻璃微珠是微米級空心光滑的正球體(如圖1)。正球形的結構在樹脂中起到“滾軸”的作用流動性更好;

         

        吸油值低(0.3-0.6g/ml),與其他填料相比,相同的體積添加量下粘度更低,使得樹脂具有更好的流動性;

         

        各項同性的特點使其在樹脂中更容易分散均勻,粘度均一,樹脂的流動性更好;

         

        在熱塑性樹脂中使用粒徑在10-60μm的空心玻璃微珠,體系粘度影響弱,樹脂的物性影響小。

        圖1 空心玻璃微珠(左圖顯微鏡觀察、右圖為掃描電鏡觀察)

         

        空心玻璃微珠對聚丙烯樹脂的熔融指數和密度的影響(圖2)。從圖中可以看出,隨著空心玻璃微珠在樹脂體系中體積添加量不斷增大,材料密度不斷下降,其熔融指數也相應下降。


        圖2 不同體積空心玻璃微珠對聚丙烯樹脂中的熔融指數和密度的影響(所用微珠為圣萊特HS46產品)

         

        本實驗是在沒有添加促進樹脂流動性的助劑的條件下進行的,通過本實驗數據建立的趨勢曲線,可以看出空心玻璃微珠的添加量對材料密度和熔融指數的影響關系,可以作為空心玻璃微珠對樹脂流動性影響的參考。

         

        不同填料對熱塑性樹脂流動性的影響

         

        塑料的成型加工大多是利用塑料在粘流態下的變形與流動實現的。塑料的流動性是衡量塑料成型加工難易的一項指標。流動性好,塑料熔體容易充模,能獲得大型薄壁和復雜的塑件,流動性差,塑料在加工成型過程中操作難度較大。一般來講,無機填料的加入都會降低塑料的流動性,而帶來其他物性指標的提升,所以在加入填料來提升材料的性能時,須要考慮添加量對加工性能的影響,使塑料能滿足加工要求。
         

        隨著材料行業的不斷發展,無機填料的種類越來越多。常用的無機填料有玻璃纖維、碳酸鈣、滑石粉、云母等,但是不同的無機填料對樹脂的流動性影響不同,下面是根據不同填料的特點進行分析

         

        ? 形狀

         

        從顯微鏡下可以觀察到不同的填料其形狀不同??梢院苤庇^的判別出其流動性的差異,圓球狀的流動性最好,棒狀的次之,片狀和不規則形狀的最差。因為球形材料具有各向同性,分散在樹脂中時,施加外力時其運動能力不受限,相比于其他形狀的填料具有更好的流動性。

        圖3 不同無機填料的形狀

         

        ? 吸油值

         

        吸油值是衡量填料對樹脂粘度影響的一個重要指標,相同的添加量吸油值越大,體系的粘度越大,而粘度的大小與樹脂的流動性密切相關,粘度越大其流動性越差。從下表中的數據可以看出,在相同的添加體積下,空心玻璃微珠的吸油值最低,即添加到樹脂中對體系粘度影響小,流動性相對較好。

        圖4 不同填料的吸油值對比

         

        ? 分散性

         

        填料在樹脂中分散的越均勻其流動性越好,因為分散不均時導致部分體系粘度增大,使得流動性變差。在相同的工藝下,其形狀的不同達到相同分散效果所用的時間也不同,比如圓球狀的因為其各向同性,在受到外力時更容易分散,而棒狀或者片狀需更長的時間分散,不規則形狀的因為吸油值高、自團聚等更難分散。

         

        ? 顆粒的大小

         

        填料的顆粒大小對流動性的影響與吸油值有一定關系,顆粒越小其吸油值越高,比如平均粒徑低于5μm時具有高比表面積和吸油值,在相同的加入體積量時體系粘度變大,使得流動性下降。所以顆粒直徑越大,表面越光滑,其對流動性的影響越小,但顆粒越大對材料的物性影響越大,一般在60μm以下比較適宜。

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