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填充改性能改善塑料的哪些性能呢？
2024-10-17
填料对物料性能的影响相当复杂，一般来说它有下列一些用途和性能：作为增量剂，降低产品成本；调节成型加工体系的粘度和流动性；改进制品的物理力学性能，如提高力学性能和耐热性能，降低热膨胀率和成型收缩率，改善耐磨性等；赋予材料新的性能，如导电、磁性、压电、隔声、减震、屏蔽、吸湿等性能；改进基体树脂的耐候、耐环境、阻燃、耐腐蚀等方面的性能。
01、硬度 通常测量塑料材料的硬度有球压痕硬度试验和邵氏硬度试验两种方法。球压痕硬度是在规定负荷下，把钢球压入塑料试样，用单位压痕面积上所承受的压力平均值来表示。邵氏硬度是将规定形状的压针在标准的弹簧压力下压入试样，将压针压入试样的深度转换为硬度值。 塑料的硬度和金属、填料本身的硬度不同，就其本质而言它是塑料弹性模量的一种量度，因此填料能使填充塑料的模量提高，同样也能使硬度增加。由于邵氏硬度试验是将尖锐的针头（直径1.25mm，锐角30°—D 型）压入塑料材料内，针尖接触的部位是填料还是塑料基材将影响压入深度，因此球压痕硬度更能准确地反映填充塑料的硬度。 02、摩擦性能 塑料材料用于动态密封或要求耐磨性较高的场合时，通常希望填充塑料具有较低的摩擦因数和较高的抗磨耗能力。 在其他条件一定，只考虑填料因素时，粒度粗且填料量小时，制品表面极不规则，摩擦因数增大；若粒度细且填充量大时，则可控制聚合物的收缩，制品表面光滑且摩擦因数小。作为特殊填料，如聚四氟乙烯粉末、二硫化钼、石墨等自身摩擦因数小的填料，可使材料表面光滑，摩擦因数小。 硬度大的填料，在成型加工过程中容易造成对加工设备与物料接触的部分（如螺杆、机内表面）以及模具型腔或流道表面的磨损，但可提高填充塑料的耐磨性。例如，半硬质聚氯乙烯地板中使用具有高硬度的石英砂做填料，比使用重质碳酸钙其耐磨性显著提高；作为超耐磨塑料的超高相对分子质量聚乙烯板材，如果在其中加入玻璃微珠，其磨耗值可进一步下降，耐磨性可提高30%以上。
03、热性能 填充塑料的耐热性能取决基体树脂，非结晶的聚合物，耐热性能取决玻璃化转变温度；高度结晶的聚合物，耐热性能取决聚合物的熔点。 ① 热变形温度 热变形温度是指将试样浸在一等速升温的适当液体中，在静弯曲载荷作用下，试样弯曲变形达到规定值时的温度。由于填料可使体系的弹性模量和黏度增加，故填充塑料的热变形温度都较相应的纯聚合物材料的热变形温度有明显提高。例如，滑石粉或玻璃纤维填充聚丙烯，当填料的质量分数达到20%时，聚丙烯热变形温度可达到130℃以上。 ②热膨胀系数 由于填料与基体的热膨胀系数不同，而且基体的热膨胀系数比填料大很多，所以填充塑料的热膨胀系数比纯聚合物的热膨胀系数小，使得成型时收缩率降低，从而提高了制品尺寸精度。但另一方面，填充塑料在成型后冷却时，由于填料与基体的热膨胀系数不同，所以两者收缩不一致，使填料周围存在很高的残余应力，在使用过程中易发生破坏。有时还会因这种不均匀收缩使制品出现扭曲或翘曲，尺寸稳定性变差。 改性填料在基体中分散均匀，可提高填料与树脂界面的黏合力，改善填充塑料的成型加工性和使用稳定性。 ③比热容和热导率 填充塑料在混炼、热成型、冷却过程中，与填料的比热容和热导率有密切关系。比热容定义为单位质量的物质每升高一度所需的热量 [J/(kg·K)] 。一般填料的热导率比纯树脂的热导率大，所以填充塑料的热导率比纯树脂大。利用填充塑料这一特点，可以缩短成型加工周期，提高工作效率。 04、光学性能 光学功能性填料主要使用可使光漫反射的玻璃珠。最近还使用新开发的高折射率玻璃珠。添加光学功能性填料的塑料主要用于陆路和水路交通标志等与夜间交通有关的方面。另外，光学功能性填料还用于制造汽车涂料、塔尖、按钮等，也是利用其光的反射、散射效应。例如，在高分子基体中填充经特殊处理氧化钛、微粒状云母、铝箔等，制作由瑞利散射效应或干扰效应产生色彩效果的装饰品。 另外，以远红外辐射为目的的高分子薄膜和片材等，近年在促进植物生长、熟成果实和酒类、促进发酵、人体保暖等方面也得到广泛的应用。这些材料使用的功能性填料有氧化锆、氧化铝、二氧化钛、氧化镁和二氧化硅类无机物，且具有吸收1000cm-1的强红外线辐射的效果。此外，MnO2 60%·Fe203 20%·CuO 10%·CoO 10%的烧结体作为远红外辐射材料可以说非常优异。利用远红外辐射效应的主要产品是农用薄膜，使用的填充剂一般多为镁化合物以及二氧化硅。 05、电性能 填充改性是改善塑料抗静电性的有效途径。在许多场合下静电的产生和释放是造成严重事故和影响计算机正常工作的主要因素，因此对塑料材料的防静电性能提出了严格的要求。例如，煤矿井下使用的各种塑料制品和材料，要求表面电阻必须小于3×108Ω。加入有机抗静电剂可以使塑料材料的体积电阻率大大降低，但由于有机抗静电剂的迁移性，其抗静电效果不能持久；而在塑料中添加导电性填料，可以得到永久性抗静电塑料。 金属粉末是制作导电塑料的主要导电填料。但要达到好的导电效果，金属粉末的体积分数必须达到一定值。以银粉填充酚醛塑料为例，当银粉含量低时，银粒子被基体隔开，体系的电阻值无变化;银粉含量增加到30%时，粒子相互接触，形成“粒子接触链”，体系的电阻值开始下降;当银粉体积分数达到40%时，几乎所有的银粉颗粒都加入到“无限长粒子接触链”中，填充体系的体积电阻降到最小值。 石墨、炭黑也是消除塑料静电的最常用填料。当炭黑的质量分数达20%以上时，分散在塑料基体中的炭黑粒子，彼此之间的距离接近时，形成电子流动的网状通道，具有导电效果。 少量的炭黑，还可起着色、吸收紫外线、提高塑料耐老化性、控制热固性模塑料反应等作用。 06、磁性能 具有磁性的塑料易加工成型、生产效率高，可制作形状复杂、尺寸精细的制品。磁性塑料分为结构型和复合型。结构型磁性塑料是指高分子聚合物本身就具有磁性，如聚双2，6-吡啶基辛二腈（PPH)；复合型磁性塑料是目前已实现商品化生产的、用磁粉填充塑料而制成的。 复合型磁性塑料所用的磁粉材料有铁氧体类和稀土类两种。铁氧体类磁粉如 BaO·6Fe2O3、SrO· 6Fe2O3等，可以制作各向同性磁性塑料，也可制作各向异性磁性塑料。铁氧体类磁粉填充塑料与烧结磁铁相比，具有质轻、柔韧、成型后尺寸收缩小、可制成薄壁或形状复杂的制品等优点，可连续成型，可加入嵌件，化学稳定性好。稀土类磁粉如SmCo5类和Sm2( Co、Fe、Cu、M)17类等，只能生产各向异性磁性塑料。稀土类磁性塑料与烧结稀土类钴磁铁相比，磁性和耐热性较差，但成型加工性和力学性能是烧结型磁铁无法与之相比的。 磁性塑料的磁力强度取决于磁性填料量，填料越多越好，一般为30%~90%。另外填料的结晶形态和取向性能对磁力也有很大的影响。填料晶体形状均匀，且取向性好时，磁场强度也好。稀土类磁性塑料的磁性、力学强度、耐热性能等优于铁氧体类磁性塑料，更适应电子工业对电子电气元件小型化、轻量化、高精密度的要求。
