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作为填料时,这四种不同结构特性的粉体有着什么优势?

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发表时间:2019-05-25 15:35

  填料的种类很多,但不同的填料都有着自身独有的优势以及作用。比如说塑料、橡胶等填充用的球形氧化铝,具有α相氧化铝含量高、球形率高等优点。用于塑料的纤维粉体,具有长径比越高,填充量越大等优点等。下面我们来看看它们究竟是如何发挥效果的。


1. 无机纤维粉体

  颗粒状的填料,虽然在经过表面处理或偶联剂处理后,能够很好地分散在树脂连续相中起到良好的填充、增量的目的,但是也容易在树脂中截断树脂的线性链条或者增大树脂之间的界面,导致塑料制品强度下降。

  无机纤维粉体一般具有针状型、纤维结构,由于无机纤维粉体的线性特点与树脂线性特点近似与树脂共混后整个复合材料体系形成丝状相互牵缠在一起,因而当复合材料受冲击时不容易断裂,有效降低由于填料增多而导致的力学性能急剧下降。目前应用较多的纤维状填料主要有碳纳米管、碳纤维、碳化硅晶须、玻璃纤维、碳酸钙晶须、硅灰石、水镁石、叶腊石等。


纤维粉体.jpg


  在导热塑料中,当填料的长径比越高、填充量越大,则填料之间越容易相互接触而在基体中形成连续的导热通路,从而提高复合材料的热导率。而在导电塑料中,微量碳纳米管的加入可以降低体系的渗流阈值,并且在较低的银填充量的情况下就可获得高的电导率,因为碳纳米管可以在银颗粒之间形成导电桥接,从而提高了导电胶的导电性。

2. 球形粉体

  球形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,制品内部应力均匀,能明显改善塑料的加工性以及外观光泽,尤其可以提高冲击性能,主要原因是因于球形微粒裂纹扩展能增加,不易引起裂纹变化。譬如说玻化微珠填料,由于特殊的球状外观,填充能力较高,用它填充的塑料有优异流变加工性能,收缩均匀,抗冲击能力增加等优点。


球形氧化铝.jpg


  而在导热塑料的制备中,填料粉体的球形度越高,其表面能就越小,球的表面流动性就越好,越能确保其与有机物结合良好,有效减少对体系粘度的影响。而且球形粉体还能通过需要适当的大小颗粒混合比和粒度分布来实现更高的填充量。

  就像金戈新材由球形氧化铝制备而成的粉体,个性定制,提供相应的阻燃导热解决方案。

3. 层状粉体

  层状硅酸盐矿物经粉碎加工后,具有较大径厚比,有利于改善聚合物产品的刚性以及提高产品的弯曲强度。云母、高岭土、滑石等均是具有良好层状结构的无机粉体。滑石粉可以提高填充材料的刚度和高温下抗蠕变的性能。当滑石粉颗粒沿加工时物料流动方向排列时,按最小阻力的原理,其排列基本上都成片状,由小片连成大片,因而在特定方向上材料刚度的提高非常显著。


层状粉体.jpg


  在导热/导电材料中,片状填料也是常客。由于拥有较高的径厚比,有效搭接面积较大,有利于热量/电流的传导,因此片铝、片银、鳞片石墨、石墨烯,六方氮化硼(H-BN)、片状Al2O3、片状MgO等粉体都常见于此。

4.透明粉体

  透明粉是塑料涂料行业的一个俗名,因为这些填料具备优异的透明度及填充性能,所以为了突出它的特点取名“透明粉”。一般来说,当无机粉体的折射率与塑料折射率(1.5%)相近时,填料就会具有良好的透明效果。

  大多数矿物材料其晶体有两个或两个以上的折光指数,其平均折光指数并不能保证填充体系的透明性,特别是颗粒的厚度、晶轴方向和双折射现象使结晶物质产生干涉色。颗粒的无规则取向、颗粒粒径大小和团聚情况,以及晶体的偏振作用对人们感觉到的透射光组成有很大影响。因此,为了使矿物粉体在塑料中保持良好透光性,注意两个关键点:①基体塑料本身具有一定的透明度;②填充料尽可能为单一物质,复合物质折射率必须相近。

透明粉.jpg


  透明粉可以是单一的矿物,也可以是多种矿物材料的复合。透明粉填充料塑料时填料本身的颜色并不代表填料分散到基体塑料中的颜色。高度透明的填料在基体塑料中一般呈浅灰色。若填料仅有单一的折光指数且与基体塑料的折光指数相近,只要填料颗粒表面能被基体树脂完全润湿,则填充材料具有透明性。目前应用于塑料的透明粉主要成份是含镁、铝、钙的复合硅酸盐、硫酸盐。通常有透闪石、长石、霞石、二氧化硅、硫酸钡、滑石粉、硫酸钠等。

资料来源:

塑料填充技术研究现状及发展趋势,陈庆,曾军堂。

纳米填料导电胶研究进展,何鹏,王君,顾小龙,林铁松。

不同形态填料填充导热复合材料的研究进展,刘升华,朱金华,王紫潇,海军工程大学理学院。






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