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PP/滑石粉母粒(采用同向双螺杆挤出机挤出造粒)在改性塑料聚丙烯树脂等中的应用
发布:2022-8-25 11:10:33
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PP/滑石粉母粒(采用同向双螺杆挤出机挤出造粒)在改性塑料聚丙烯树脂等中的应用

  滑石粉在双螺杆造粒改性塑料行业中的应用滑石粉的加入可改变塑料的多种性能,如成型收缩率、表面硬度、弯曲模量、拉伸强度、冲击强度、热变型温度、成型工艺及产品尺寸稳定性等;超细目滑石粉添加到塑料里,可显着提高塑料制品的刚性和耐蠕变性、硬度和耐表面划伤性、耐热性和热变形温度;相当细度的滑石粉亦能提高塑料制品的冲击强度,并且添加后还具有润滑作用,能起流动促进作用,提高塑料的加工工艺性,它还有一个显著的特点,就是具有成核剂的作用。

1. 聚丙烯树脂(PP)
滑石粉常用于填充聚丙烯。滑石粉具有薄片构型的片状结构特征。因此粒度较细的滑石粉可用作聚丙烯的补强填充剂。在聚丙烯的改性体系中,加入超细滑石粉不但能够显着的提高聚丙烯制品的刚性、表面硬度、耐热蠕变性、电绝缘性、尺寸稳定性,还可以提高聚丙烯的冲击强度。在聚丙烯中添加少量的滑石粉还能起到成核剂的作用,提高聚丙烯的结晶性,从而使聚丙烯各项机械性能提高,又由于提高结晶性,细化晶粒,亦能提高聚丙烯的透明性。填充20%和40%超细目滑石粉的聚丙烯复合材料,不论是在室温和高温下,都能够显着提高聚丙烯的刚性和高温下的耐蠕变性能。
聚丙烯(PP)/滑石粉以其价廉、力学性能优异等优点在车用塑料中广泛应用。但该材料还存在一些不足之处,如密度大,这不利于汽车轻量化。微发泡PP/滑石粉材料不但具有复合材料的优异性能,而且密度下降,质量减轻。
PP/滑石粉母粒
采用同向双螺杆挤出机挤出造粒,工艺参数:螺杆转速140r/min,喂料速率1.2-1.5r/min,挤出加热区温度160-188℃。
微发泡PP/滑石粉复合材料
PP/滑石粉母粒、发泡剂母粒在注塑机中二次开模成型,制备符合测试标准的哑铃型样条。注射温度175℃,注射速率95%,注射压力500kPa。
微发泡复合材料的力学性能
滑石粉的质量分数对微发泡材料比强度的影响
比强度是衡量材料轻质、高强的重要指标。由上图可知:相比于纯PP材料,滑石粉的质量分数为5%的未发泡PP材料的比拉伸强度降低,比弯曲强度增加,比冲击强度基本不变;随着滑石粉的质量分数进一步增加,材料的比拉伸强度、比弯曲强度和比冲击强度均降低
相比于纯PP材料,滑石粉的质量分数为5%的PP材料发泡以后,比拉伸强度和比弯曲强度增加,比冲击强度略有降低;继续增加滑石粉的质量分数,发泡材料的比拉伸强度、比弯曲强度和比冲击强度均降低。对同一材料而言,发泡后材料的比强度均低于未发泡材料的。
通过上述材料比强度的分析,材料发泡后,滑石粉的质量分数为5%的PP材料的比强度,继续增加滑石粉的质量分数,反而降低材料的比强度。因此,少量的滑石粉填充有利于提高PP材料发泡后的力学性能。
微发泡复合材料的泡孔结构
3微发泡滑石粉填充PP复合材料的光学显微镜照片 滑石粉的质量分数:a 0%、b 5%、c 10%、d 20%
相比于纯PP材料,滑石粉的质量分数为5%的PP复合材料发泡后泡孔形状规则,均匀致密,无泡孔合并和塌陷等现象。质量分数为5%的滑石粉加入到PP基体中,起到热点成核作用。随着滑石粉的质量分数进一步增大,滑石粉之间发生团聚,异相成核作用减小,后者对发泡体系的影响比前者的大,因而泡孔塌陷现象严重,泡孔稀疏。
这主要是因为滑石粉的成核作用明显,泡孔数量增加,若相邻泡孔尺寸相近,在界面张力的作用下趋于合并;若尺寸相差较大,由于泡孔内气体压力的不同,泡孔间的熔体薄膜破裂,泡孔合并。
微发泡复合材料的泡孔直径和数量
微发泡复合材料的泡孔直径和数量的影响
由图可见:滑石粉的质量分数为5%的PP材料的泡孔平均直径小,为73μm,同时泡孔数量,达132个。相比于纯PP发泡材料,加入质量分数为5%的滑石粉后,泡孔平均直径减小2700,泡孔数量增加7800。这是因为在PP基体中加入滑石粉后,滑石粉粒子起到了热点成核作用,泡孔数量增加,泡孔直径减小。
随着滑石粉的质量分数进一步增大至10%,滑石粉之间发生团聚,成核点减少,异相成核作用减小,后者对发泡体系的影响比前者的大,因而泡孔的平均直径反而增大,泡孔数量降低;继续增加滑石粉的质量分数至20%时,泡孔直径有所降低,泡孔数量增加。虽然高达20%的滑石粉的质量分数会发生团聚,但是此时成核点数量也会增加,异相成核对该发泡体系的影响比较大,此时泡孔直径降低,泡孔数量增加。
小结
(1)滑石粉对PP材料的发泡具有异相成核作用,当滑石粉的质量分数为5%时,获得泡孔细小、均匀且致密的微发泡材料。随着滑石粉的质量分数增加,由于滑石粉在基体中的分散性较差,产生团聚,从而泡孔直径增大、数量降低。

(2)PP材料发泡后各项力学性能均降低,但滑石粉的质量分数为5%时,PP材料微发泡后力学性能下降,其中比弯曲强度基本接近未发泡材料的。


2.聚乙烯树脂(PE)

滑石是天然硅酸镁,它独特的微鳞片状结构,具有一定的抗水性和高度的化学惰性,因此有良好的耐化学腐蚀性和滑动性。用它填充聚乙烯可作为工程塑料,有良好的耐化学腐蚀性和流动性。用它填充聚乙烯能够提高以下性能:提高韧度、挠曲模量和扭曲模量;提高挠曲强度;降低在常温和高温下下蠕变倾向;提高热变温度及尺寸稳定性;改善变形和翘曲,同时亦有较低的热膨胀系数;改进导热性;提高模塑件的表面硬度及光洁度;提高聚乙烯的机械强度。


3.ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)
ABS树脂是无定形聚合物,具有聚苯乙烯那样优良的成型加工性;它具有良好的抗冲击强度,耐低温性能好,拉伸强度高耐蠕变性能好。为了提升ABS现有的使用性能,人们对ABS改性的研究广泛的开展。比如ABS与PVC共混制造的汽车仪板吸塑片、ABS与PVC共混制造的仿皮箱包蒙面皮,不但强度高、韧性大而且能够保持表面花纹的耐久性。

这种共混材料加超细碳酸钙或超细滑石粉进行填充,能够显着的提高共混材料的缺口冲击强度和耐撕裂强度,比如:添加超细滑石粉或碳酸钙5-15%,缺口冲击强度可提高2-4倍。由于ABS是无定型聚合物具有容纳较多填料的功能。其中添加超细滑石粉既能显着地提高ABS原存的性能,又能降低成本。


4.聚苯乙烯树脂(PS)

未改性的通用级聚苯乙烯是无定形聚合物,它硬而脆,但它具有良好的电性能、耐老化性能和高的尺寸稳定性,缺点是脆性高,对环境应力开裂敏感。添加超细滑石粉能够提高冲击韧性,调节流变性,扰曲模量显着提高,抗张屈服强度也有提高。例如:添加40%超细滑石粉或滑石粉母料,扰曲模量从23800kg/cm2增加58800kg/cm2,抗张度从336kg/cm2提高到385kg/cm2。


5.尼龙树脂(PA)
对尼龙(聚酰胺),在工业上特别注意利用这种塑料的韧性和耐磨性。尼龙一般是硬的,类似角质,具有良好的耐磨性和高的尺寸稳定性。这些性能都可以通过填充剂或增强剂加以进一步提高。
PA66的硬度、劲度、耐磨性和热变形温度在尼龙里是高的;
PA6以其较高的韧性着称;
PA610吸水性较低,从而尺寸稳定性也较高;
PA11冲击强度在尼龙里高。
在各种填料中,层状结构的滑石粉能提高尼龙原有的好性能,改进耐磨性**为重要。与金属相比未填充改性尼龙弹性模量低,拉伸和蠕变强度低,力学性能与温度有明显的依赖关系,分子上含有吸水基因胺基,吸水率高,制品在使用时易吸水膨胀变形,加工成型时冷却快结晶不完全,在使用时还在结晶,这就导致制品变形,甚至开裂。

尼龙的上述缺点,添加超细滑石粉能够有很大的改善,滑石粉有成核剂的作用,添加后能够提高尼龙的结晶速率,增大结晶度。因此特别能够提高尼龙的韧度、机械强度、硬度、热稳定性、尺寸稳定性,改进制品表面质量和变形行为,对于吸潮性、电性能和化学性能也有好的影响。


6.聚氯乙烯树脂(PVC)
用普通粉体填充聚氯乙烯已经非常普遍地在使用,如制造硬聚氯乙烯管材,填充碳酸钙量可以达到40%,但是聚氯乙烯的抗张强度和冲击强度都要降低;如果添加平均颗粒在5微米即2000目的滑石粉,添加到40-45%体积份数时,可以发现材料的屈服强度甚至高于原来的断裂强度,对聚氯乙烯体系有明显的增强作用。对于冲击强度,添加超细滑石粉,无缺口冲击强度在15%重量份内基本上不降低,缺口冲击强度有所降低,对于扰曲模量,能够显着增加。超细粉体对于添加增韧性剂的聚氯乙烯体系,如PVC/CPE、PVC/ABS体系,则具有十分显着的补强作用。


7.其他树脂

在含氟聚合物中如聚四氟乙烯,添加滑石粉能够改进蠕变强度、耐磨性、韧度、导热性、压缩强度、硬度、蠕变倾向和在高温下的热变形性;
在聚甲醛中添加滑石粉填充剂,可以使其本身韧度进一步提高;
在聚碳酸酯中添加超细目滑石粉,可以提高韧度;

在聚苯硫醚中添加超细目滑石粉,可以获得较好的加工性,较低的收缩,脱模尺寸。


8.滑石粉对SEBS(弹性体)
滑石粉对SEBS为基材的TPE热塑性弹性体性能的影响有时候也不一定要用钙粉作为填料,滑石粉也可以作为TPE热塑性弹性体的基材之一;滑石粉与其它填料相比,它的主要特点是:白度好,能适当增加共混粒料的流动性。在确定某一粒料的基本配方的条件下,即SEBS YH-503 100份,粉料PP 40份,白油(26# @TPE白油-何 ) 200份,改变滑石粉的加入量,随着滑石粉加入量的增加,共混粒料的性能基本保持不变,变形逐渐变小,拉伸强度在滑石粉加入量增加到40份下降比较明显。