前言：填料對物料性能的影響相當復雜，一般來說它有下列一些用途和性能：作為增量劑，降低產品成本；調節成型加工體系的粘度和流動性；改進制品的物理力學性能，如提高力學性能和耐熱性能，降低熱膨脹率和成型收縮率，改善耐磨性等；賦予材料新的性能，如導電、磁性、壓電、隔聲、減震、屏蔽、吸濕等性能；改進基體樹脂的耐候、耐環境、阻燃、耐腐蝕等方面的性能。

 

       1、硬度

 

       通常測量塑料材料的硬度有球壓痕硬度試驗和邵氏硬度試驗兩種方法。球壓痕硬度是在規定負荷下，把鋼球壓入塑料試樣，用單位壓痕面積上所承受的壓力平均值來表示。邵氏硬度是將規定形狀的壓針在標準的彈簧壓力下壓入試樣，將壓針壓入試樣的深度轉換為硬度值。

 

       塑料的硬度和金屬、填料本身的硬度不同，就其本質而言它是塑料彈性模量的一種量度，因此填料能使填充塑料的模量提高，同樣也能使硬度增加。由于邵氏硬度試驗是將尖銳的針頭（直徑 1.25 mm，銳角 30°—D 型）壓入塑料材料內，針尖接觸的部位是填料還是塑料基材將影響壓入深度，因此球壓痕硬度更能準確地反映填充塑料的硬度。

 

       2、摩擦性能

 

       塑料材料用于動態密封或要求耐磨性較高的場合時，通常希望填充塑料具有較低的摩擦因數和較高的抗磨耗能力。

 

       在其他條件一定，只考慮填料因素時，粒度粗且填料量小時，制品表面極不規則，摩擦因數增大；若粒度細且填充量大時，則可控制聚合物的收縮，制品表面光滑且摩擦因數小。作為特殊填料，如聚四氟乙烯粉末、二硫化鉬、石墨等自身摩擦因數小的填料，可使材料表面光滑，摩擦因數小。

 

       硬度大的填料，在成型加工過程中容易造成對加工設備與物料接觸的部分（如螺桿、機內表面）以及模具型腔或流道表面的磨損，但可提高填充塑料的耐磨性。例如，半硬質聚氯乙烯地板中使用具有高硬度的石英砂做填料，比使用重質碳酸鈣其耐磨性顯著提高；作為超耐磨塑料的超高相對分子質量聚乙烯板材，如果在其中加入玻璃微珠，其磨耗值可進一步下降，耐磨性可提高 30 % 以上。

 

 

 

       3、熱性能

 

       填充塑料的耐熱性能取決基體樹脂，非結晶的聚合物，耐熱性能取決玻璃化轉變溫度；高度結晶的聚合物，耐熱性能取決聚合物的熔點。

 

       A、熱變形溫度 熱變形溫度是指將試樣浸在一等速升溫的適當液體中，在靜彎曲載荷作用下，試樣彎曲變形達到規定值時的溫度。由于填料可使體系的彈性模量和黏度增加，故填充塑料的熱變形溫度都較相應的純聚合物材料的熱變形溫度有明顯提高。例如，滑石粉或玻璃纖維填充聚丙烯，當填料的質量分數達到 20 % 時，聚丙烯熱變形溫度可達到 130 ℃ 以上。

 

       B、熱膨脹系數  由于填料與基體的熱膨脹系數不同，而且基體的熱膨脹系數比填料大很多，所以填充塑料的熱膨脹系數比純聚合物的熱膨脹系數小，使得成型時收縮率降低，從而提高了制品尺寸精度。但另一方面，填充塑料在成型后冷卻時，由于填料與基體的熱膨脹系數不同，所以兩者收縮不一致，使填料周圍存在很高的殘余應力，在使用過程中易發生破壞。有時還會因這種不均勻收縮使制品出現扭曲或翹曲，尺寸穩定性變差。

 

       改性填料在基體中分散均勻，可提高填料與樹脂界面的黏合力，改善填充塑料的成型加工性和使用穩定性。

 

       C、比熱容和熱導率 填充塑料在混煉、熱成型、冷卻過程中，與填料的比熱容和熱導率有密切關系。比熱容定義為單位質量的物質每升高一度所需的熱量 [J/(kg·K)] 。一般填料的熱導率比純樹脂的熱導率大，所以填充塑料的熱導率比純樹脂大。利用填充塑料這一特點，可以縮短成型加工周期，提高工作效率。

 

       4、光學性能

 

       光學功能性填料主要使用可使光漫反射的玻璃珠。最近還使用新開發的高折射率玻璃珠。添加光學功能性填料的塑料主要用于陸路和水路交通標志等與夜間交通有關的方面。另外，光學功能性填料還用于制造汽車涂料、塔尖、按鈕等，也是利用其光的反射、散射效應。例如，在高分子基體中填充經特殊處理氧化鈦、微粒狀云母、鋁箔等，制作由瑞利散射效應或干擾效應產生色彩效果的裝飾品。

 

       另外，以遠紅外輻射為目的的高分子薄膜和片材等，近年在促進植物生長、熟成果實和酒類、促進發酵、人體保暖等方面也得到廣泛的應用。這些材料使用的功能性填料有氧化鋯、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鎂和二氧化硅類無機物，且具有吸收 1000 cm^-1 的強紅外線輻射的效果。此外，MnO₂ 60%·Fe₂0₃ 20%·CuO 10%·CoO 10% 的燒結體作為遠紅外輻射材料可以說非常優異。利用遠紅外輻射效應的主要產品是農用薄膜，使用的填充劑一般多為鎂化合物以及二氧化硅。

 

       5、電性能

 

       填充改性是改善塑料抗靜電性的有效途徑。在許多場合下靜電的產生和釋放是造成嚴重事故和影響計算機正常工作的主要因素，因此對塑料材料的防靜電性能提出了嚴格的要求。例如，煤礦井下使用的各種塑料制品和材料，要求表面電阻必須小于 3×10⁸ Ω。加入有機抗靜電劑可以使塑料材料的體積電阻率大大降低，但由于有機抗靜電劑的遷移性，其抗靜電效果不能持久；而在塑料中添加導電性填料，可以得到永久性抗靜電塑料。

 

       金屬粉末是制作導電塑料的主要導電填料。但要達到好的導電效果，金屬粉末的體積分數必須達到一定值。以銀粉填充酚醛塑料為例，當銀粉含量低時，銀粒子被基體隔開，體系的電阻值無變化;銀粉含量增加到 30 % 時，粒子相互接觸，形成“粒子接觸鏈”，體系的電阻值開始下降;當銀粉體積分數達到 40 % 時，幾乎所有的銀粉顆粒都加入到“無限長粒子接觸鏈”中，填充體系的體積電阻降到最小值。

 

       石墨、炭黑也是消除塑料靜電的最常用填料。當炭黑的質量分數達 20 % 以上時，分散在塑料基體中的炭黑粒子，彼此之間的距離接近時，形成電子流動的網狀通道，具有導電效果。

 

       少量的炭黑，還可起著色、吸收紫外線、提高塑料耐老化性、控制熱固性模塑料反應等作用。

 

 

 

       6、磁性能

 

       具有磁性的塑料易加工成型、生產效率高，可制作形狀復雜、尺寸精細的制品。磁性塑料分為結構型和復合型。結構型磁性塑料是指高分子聚合物本身就具有磁性，如聚雙 2，6-吡啶基辛二腈（PPH）；復合型磁性塑料是目前已實現商品化生產的、用磁粉填充塑料而制成的。

 

       復合型磁性塑料所用的磁粉材料有鐵氧體類和稀土類兩種。鐵氧體類磁粉如 BaO·6Fe₂O₃、SrO·6Fe₂O₃ 等，可以制作各向同性磁性塑料，也可制作各向異性磁性塑料。鐵氧體類磁粉填充塑料與燒結磁鐵相比，具有質輕、柔韌、成型后尺寸收縮小、可制成薄壁或形狀復雜的制品等優點，可連續成型，可加入嵌件，化學穩定性好。稀土類磁粉如 SmCo₅ 類和 Sm₂（Co、Fe、Cu、M）₁₇ 類等，只能生產各向異性磁性塑料。稀土類磁性塑料與燒結稀土類鈷磁鐵相比，磁性和耐熱性較差，但成型加工性和力學性能是燒結型磁鐵無法與之相比的。

 

 

 

       磁性塑料的磁力強度取決于磁性填料量，填料越多越好，一般為 30—90 %。另外填料的結晶形態和取向性能對磁力也有很大的影響。填料晶體形狀均勻，且取向性好時，磁場強度也好。稀土類磁性塑料的磁性、力學強度、耐熱性能等優于鐵氧體類磁性塑料，更適應電子工業對電子電氣元件小型化、輕量化、高精密度的要求。

 

       轉自——鏈塑網公眾號

 

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