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无机填料的种类与其选择
发布时间:2020-06-12 来源:中国无机盐工业协会     分享到:

填料是用以改善复合材料性能,并能降低成本的固体添加剂,它与增强材料不同,填料呈颗粒状,因而呈现纤维状的增强材料不作为填料使用。填料的加入能够起到改善强度、降低线膨胀系数、提高导电系数、改善耐候性、提高表面光泽、改善声学性能、增加黏度、降低成本等作用。


填料的种类分为(1)无机填料和有机填料;(2)惰性填料和活性填料:(3)微球形(实心或空心)填料;(4)片状、纤维状、针状填料;(5)玻璃粉与磨碎玻璃纤维填料;(6)复合型填料;这里主要介绍无机填料。无机填料主要以天然矿物为原料经过开采、加工制成的颗粒状填料,少数填料是经过处理制成的。


无机填料的种类


碳酸钙类


碳酸钙主要有重质碳酸钙和轻质碳酸钙,是橡胶工业中用量仅次于陶土的矿物材料,其用量约占无机矿物填料总量的27%。重质碳酸钙是由天然大理石、石灰石、白垩、方解石、白云石或牡蛎、贝壳等经粉碎、分选到一定细度制得。在橡胶中主要起填充增容的作用,无补强效能。轻质碳酸钙,粒径在0.5~6μm之间,化学沉淀法制得,有微弱的补强效果。轻质碳酸钙按其粒径大小分为普通轻钙、超细碳酸钙、纳米钙,超细碳酸钙、纳米钙粒径在0.01~0.1μm之间,有较好的补强效果。


云母粉


由天然云母矿石经干法、湿法研磨制得其化学成分为硅酸钾盐。用做橡胶填充增量剂。绢云母有补强效能,可替代部分半补强碳黑使用,还可用做隔离剂。由于它属于单斜晶系,其结晶呈薄片,能提高橡胶的阻尼性能。它有良好的耐热、耐酸性能和电绝缘性能,还有防护紫外线和放射性辐射的功能,可用于特种橡胶制品。


滑石粉


滑石粉由天然滑石经干法、湿法粉粉碎或高温煅烧而得,是六方或菱形结晶颗粒,粒径为1.3~149μm。其化学组成为水合硅酸镁。用作橡胶填充剂、增容剂、隔离剂及表面处理剂。


蒙脱土


纳米蒙脱土系蒙皂石粘土(包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土)经剥片分散、提纯改性、超细分级、特殊有机复合而成,平均晶片厚度小于25纳米,蒙脱石含量大于95%。具有良好的分散性能,可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂,提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等。从而起到增强聚合物综合物理性能的作用,同时改善物料加工性能。


硅灰石粉


硅灰石粉是由天然硅灰石经选矿、粉碎制得,粒径为3.5~75μm。其化学成分为偏硅酸钙。用作橡胶填充剂和白色颜料。


氢氧化铝


氢氧化铝是用量最大和应用最广的复合材料填料,在化学上惰性、无毒,在聚氨酯制品中添加氢氧化铝可提高聚氨酯制品的力学性能,起到增强的作用。


空心玻璃微珠


空心玻璃微珠 (HGM) 是一种微米级新型轻质材料,其主要成分是硼硅酸盐,一般粒度为 10~250 μm,壁厚为 1~2 μm,该产品具有质轻、强度高、导热系数和热收缩系数小等特点,经过特殊处理具有亲油、憎水性能,非常容易分散于树脂等有机材料中。可直接填充于绝大部分热固性、热塑性树脂产品中,起到减轻产品质量、降低成本的效果,同时可消除产品内应力,确保尺寸稳定性,赋予材料隔音、隔热、绝缘等性能 。


高岭土


高岭土含有结合水,在高温下方可除去,但在空气中极易吸附水,所以要特别注意水分影响。在PVC中加入10%煅烧高岭土,可提高电绝缘性5~10倍。高岭土同滑石粉、云母一样对波长为7~25μm的红外线有阻隔作用,可用于农用大棚膜保温瓶剂。此外,还可作为PP的成核剂。


硫酸钡


硫酸钡的表面光泽高于其他填充材料。一为利用其密度高,制造高密度塑料制品;二为利用其可吸收X射线和Y射线;三为用之余吸音和导热填充材料。


此外,氢氧化镁、硅藻土、炭黑、二氧化硅等也用于各种制品中作填料。


无机填料的选择


无机填料的选择应该综合考虑制品的性能、成型工艺和成本等几方面的因素。主要可以从无机填料的吸油值、颗粒度大小和分布、填充量、相对密度、触变性、填料价格等都会影响到填料的选择。


吸油值


吸油值也称树脂吸附量,表示填充剂对树脂吸收量的一种指数。在实际应用中,大多数填料用吸油值这个指标来大致预測填料对树脂的需求量。颗粒相同的填料,带空隙的比不带空隙的填料颗粒吸油值要髙,所以油吸附量小的填料在树脂中的用量就可增加。


吸油值对选择填料具有一定的指导意义,它直接影响到模塑料的成本和加工性能。填料吸油值大,有可能会"吃掉"几倍甚至几十倍于自身价格的树脂,这无形中提髙了物料的成本。吸油值上升,树脂的黏度随即上升,这会严重影响其对钎维的浸渍,甚至会改变模塑料的流变性能,使其成型工艺性能变差。所以,为提高填料在模塑料中的含量。所选择的填料以较低的吸油值为好。


颗粒度大小和分布


颗粒是填料的基本单元。填料的颗粒度一般用其通过某号筛网所给定的百分数来分级。如99. 8%的颗粒通过127.95网孔数 (325目)的网筛,此填料的细度称为325目。与网筛目相对应的也有用微米表示填料细度的,如果构成网筛金属细丝间距离为44um,那么通网筛的填料也可称为直径为44um的填料。直径比44um大的粒子不能在网筛中通过,但比44um小的粒子却能通过网筛并混在一起,因此,实际上所使用的填料的粒径大小是不等的。


对于填料颗粒度的要求有两项:一是平均颗粒度;二是颗粒度分布。—般平均颗粒度以5um左右为好,最大颗粒度不宜超20um,颗粒表面应光滑。超过20um的颗粒会给制品性能造成不良影响。填料的颗粒大小与吸油值有一定的关系。颗粒较大、平均颗粒为8um填料的总表面就较小,吸油值亦较低,易被树脂所浸润,可以有很高的加入量,如碳酸钙、二氧化硅和粗的滑石粉等。


填充量


填料是很便宜的原料,它可以大幅度降低模塑料及其制品的成本,因此人们常希望尽可能向模塑料中多加填料,使填料的填充率高些。但填料的不同类型、颗粒度及其分散性等都将影响树脂混合料的流动性,因而影响到各种填料的加入。实际上,填充率与吸油值有着直接的关系,在黏度一定的条件下,值愈小,填充率就愈髙。当然,实际的填充率是有限度的,要达到最大的填充率是不可能的。


触变性


触变是一种种物理现象,即当物料受到振荡时,其黏度显著下降,而当振荡停止时,物料又恢复到原来的黏度。触变性敏感的物料,在模塑压力的作用下会造成物料黏度过低,物料流失大,甚至使树脂与增强材料分离。在填料含量髙时,应产生中等程度的触变性。


特殊性能


有些填料的加入可以改善模塑料的物理性能。如水合氧化铝可以赋予模塑料自熄性和抗漏电件;硫酸钡可以改善模塑料的耐腐蚀性;滑石粉能提高模塑料的耐电弧性等。


填料的搭配


在使用过程中还可以将两种或多种填料相混合,取长补短,以获得比较理想的效果。这种搭配可以是不同品种填料的搭配,也可以是以不同品种、细度上的搭配或者不同吸油化值的搭配等。


参考资料:

曹翔宇等.聚氨酯/无机填料复合材料制备及性能

百度文库.无机填料品种简介

百度文库.常见无机粉体填料特性及用途

影响填料在塑料中的应用效果的6大因素,你一定要知道!


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