塑料的填充機(jī)理
塑料的填充就是在聚合物熔體中加人填料起到填充空間,增量以降低單耗成本,并進(jìn)而改進(jìn)某些性能。針對(duì)填充后制品的綜合性能價(jià)格比,相應(yīng)地可分為兩類填充機(jī)理。
(1)填料對(duì)塑料的補(bǔ)強(qiáng)作用 填料對(duì)塑料的補(bǔ)強(qiáng)作用有正補(bǔ)強(qiáng)和負(fù)補(bǔ)強(qiáng)兩種。正補(bǔ)強(qiáng)作用往往是活性填料,即填料填充到聚合物中不僅僅是單純的混合,而且彼此間存在著化學(xué)和次價(jià)力的作用,次價(jià)力雖小但有加和性,尤其是聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量較大,填料又很細(xì)時(shí)作用較強(qiáng),其總力顯得較大,從而可能改變聚合物分子構(gòu)象平衡和松弛時(shí)間。當(dāng)外力作用在填充塑料上時(shí),填料吸收能量,對(duì)其內(nèi)部裂紋的發(fā)展起到阻礙作用,延緩裂紋的擴(kuò)展,從而提離強(qiáng)度。若填料分子的基團(tuán)與樹脂分子的基團(tuán)在高溫熔融時(shí)發(fā)生化學(xué)作用時(shí),補(bǔ)強(qiáng)效果就更加明顯。另外,當(dāng)填料與樹脂的親和性越好,其補(bǔ)強(qiáng)效果必然加強(qiáng)。
填料對(duì)塑料的負(fù)補(bǔ)強(qiáng)作用,即填料的加入,降低了制品的強(qiáng)度。這可能是填料與聚合物的分子鏈幾乎沒有作用,當(dāng)外力作用于制件時(shí),它不能將負(fù)荷傳遞給相鄰的分子。相反,填料的存在成為應(yīng)力集中源,撕裂紋在此先行產(chǎn)生,成為破壞源。
填充母科的設(shè)計(jì)即應(yīng)重視正補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng),它涉及聚合物極性、基本物性、活性基團(tuán)、填料形狀、粒度、粒度分布、在聚合物中分散狀態(tài),比表面積大小、表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、界面作用、填充量大小及對(duì)結(jié)晶、取向誘導(dǎo)行為等復(fù)雜因素。
(2)填料的堆砌理論 填料的堆砌理論是針對(duì)填料在塑料中的最佳用用量提出來的,因而實(shí)用較廣。填料的堆砌密度對(duì)填充材料影響很大,不同用途的填充材料對(duì)其堆砌密度要求也不同。如通常所說的鈣塑材料,它是以大幅增量而降低單耗為目的,故希望填充料堆砌達(dá)到最大密度堆砌;然而對(duì)于大多致的填科來說,最大密度堆砌不一定合適,其原因是:①可能不能保證強(qiáng)度,②給加工帶來困難;③達(dá)到理論最大密度堆砌,填料要求太離,相應(yīng)價(jià)格也高,仍會(huì)形響成本,因此,生產(chǎn)中希望以小的加人量而獲得級(jí)大填充效果。
所謂最大密度堆砌是指最大的顆粒的堆砌決定了該體系的宏觀體積,但體系中顆粒間還有大量間隙,它可為小顆粒填充,總體積不變,而小顆粒間的間隙又可為更細(xì)小顆粒充填,顆粒越來越細(xì),用空隙越來越小,直至體系的總體積等于填料的真實(shí)體積。即利用特定粒徑分布,可以獲得最大密度堆砌體系,此時(shí),基體聚合物用量最少。反之,采用單一分布粒徑時(shí),則得到最小密度堆砌,這樣填料間堆砌最疏松,填料含量最少,基體聚合物用量大。生產(chǎn)上為達(dá)此目的,選用縱/橫比較大的顆粒,如纖維狀、針狀等填料,這樣可占據(jù)較大體積,降低填充物的粘度。
最大密度堆砌的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生“濃縮”作用,當(dāng)填充物體積相同時(shí),用小球取代大球,相對(duì)體積減少,而體系密度增大。應(yīng)用這一理論的目的,是為了保證在不降低被填充物性能的前提下,盡量便填充材料不留空隙,從而加大填充量,陣低成本。