第二章 聚合物的填充改性

二、硅酸盐
1、滑石粉 （含水硅酸镁） 稍带层片状结构
对提高刚性，HDT较有效 尤适用于PP
2、云母粉（主要成分：硅铝酸钾） 径厚比大
增强效果优异 对提高刚性，HDT 较大大优于滑石粉 抗翹曲变形形好
3、硅灰石粉（硅酸钙组成） 典型的针状结构
4、玻璃微珠
空心玻璃微珠（漂珠）
三、硫酸盐 1、硫酸钡（对X射线有很高的反射率） 2、硫酸钙 四、氧化物与氢氧化物 1、二氧化硅（白炭黑）（橡胶补强性填料、涂料） 2、氢氧化铝（阻燃填料）(trihydroxide, hydrated alumina, aluminium hydroxide 3、氢氧化镁（阻燃填料） Non-toxic & Non-Halogen Flame Retardants
填充改性的基本原理 填料的种类与特性 填料的表面处理 填充聚合物的改性效果 填充聚合物的制备与加工
第一节 填充改性的基本原理
一、填料的作用
1、增量 2、增强 3、赋予功能（P37表2－1）
导电塑料---过电流保护元件
蓄冷器
二、填料的性质
1、填料的几何形态特征 2、粒径 3、表面形态与性质 4、物理性质 （1）密度；（2）吸油值；（3）硬度； （4）颜色与光学特性；（5）热性能； （6）电性能；（7）磁性能 5、热化学效应
导电机理 （1）导电通道(conductive path)； （2）隧道效应(tunnel-effection) ； （3）场致发射(field-emission)
六、有机物 1、木粉 (wood-plastics composite) 缩写为“WPC”
2、淀粉
生物降解农用地膜





炭黑(carbon black)－－其体积电阻率 (volume resistivity)为10-1～103Ω〃ｃ ｍ 炭黑的元素组成及晶体结构类似于石墨 (graphite) 炭黑颗粒具有高结构性－枝状结构 经混炼、加工成型后，炭黑以粒子形式分 散于塑料中，随着炭黑添加量的增加，粒 子间距降低，当接近或呈接触状态后，形 成大量导电网络通道，使得材料的体积电 阻和表面电阻降低，导电性能提高。 导电机理
2、拉伸强度



同一种矿物填料，粒径越小,比表面积越高拉伸强度越 高; 高纵横比的片状或纤维状填料能促进拉伸强度的提高； 良好的表面处理，能提高拉伸强度。
3、断裂伸长率 填料的存在，使断裂伸长率有所下降；填料越多，断 裂伸长率越低； 较小的填料粒径，其断裂伸长率较高； 良好的表面处理，提高断裂伸长率。 4、冲击强度 填料的加入通常使抗冲击性能下降； 纤维状填料对抗冲击性能的减弱作用较小； 填料表面与基体之间有适当的粘合可减小冲击强度降 低的幅度； 高堆砌系数的填料对冲击性能降低的影响要小一些； 采用小粒径、并能与聚合物粘合良好的填料，就有可 能在应力作用下吸收形变能，促进基体的脆－韧转变。
1、线膨胀系数 填料量增大，线膨胀系数减小； 由于流动取向作用，纤维状填料易造成线膨胀系数 的各向异性：取向方向上，线膨胀系数较小，与取 向垂直的方向上，线膨胀系数较大。 2、耐热温度（热变形温度与维卡软化温度） 填料通常使耐热温度有明显提高； 对结晶聚合物，填料的加入对提高耐热温度更加有 效； 高纵横比（径厚比）、高长径比的填料，对提高耐 热温度更加有效；
三、填充聚合物的界面
1、填充聚合物的构成 （1）聚合物基体（综合性能、粘接性、工艺性） （有效办法：考虑复合聚合物基体） （2）填料（堆砌系数很重要）
最大密 堆积 最小密 堆积
（3）偶联剂或表面处理剂
（4）其它助剂 增塑剂；增韧剂；稳定剂；分散剂；润滑 剂；抗氧剂；光稳定剂；着色剂等。
2、填充聚合物的形态 （1）按相的连续性特征划分
问题1：高聚物的燃烧机理？ 问题2：氢氧化镁、氢氧化铝的阻燃机理？ 联系问题1：归纳一下高聚物的燃烧的 三要素是什么？（氧、热、可燃性物质） 问题3：氢氧化镁、氢氧化铝在应用于阻燃时 有何异同？
五、单质 1、石墨（生产导电、抗静电制品、导热材料） 2、金属粉（生产导电、导热、电磁屏蔽制品） 3、炭黑（生产导电、抗静电制品）
降解薄膜制品
生物降解片材
农用可降解育秧钵
生物降解 淀粉基系 列产品
七、晶须 1、氧化锌晶须（Tetra pod shape Zinc Oxide Whiskers)(Single Crystal)
characteristics Low-shrinkage and high-fluidity of this material enables superior precision molding Holds stable and high-level antistatic capacity and conductivity High dimensional stability and accuracy is provided by the anisotropy-damping effect of moldings /ww/i_ e/29865/amtec_e/amtec_e.html
目数，就是孔数，就是每英寸 长度上孔的数目。目数越大， 孔径越小。 微米，作为估算，目数×孔径 （微米数）≈15000。比如， 400目的筛网的孔径为38微 米左右；500目的筛网的孔 径是30微米左右。
孔径
指相邻的两根平行的丝内侧之 间的距离，计算公式如下： 孔径（mm）=25.4（mm） ÷目数-丝径（mm）
2、光学性能
本身的色泽直接影响填充聚合物的外观颜色； 通常使填充制品的表面光泽度下降，其降幅次序大致 为： 金属粉＜CaCO3＜滑石粉＜云母 球状＜不规则粒状＜针状＜片状； 与基体聚合物的折射率相近、且能与聚合物基体结合 良好的填料，对透明性影响较小；而与基体聚合物的 折射率差异大的填料，具有更高的遮光效果； 某些无机填料（如云母粉、高岭土、滑石粉等）具有 阻隔红外线透过的作用
5、耐腐蚀性


填料的耐化学腐蚀性一般比聚合物要差，但填料 的组成不同，耐化学腐蚀性有显著的差异； 碳酸钙不耐酸，能被酸溶解。 具有多层结构的表面处理型填料，可使耐化学腐 蚀性有所改善。
二、填料表面处理剂
1、表面活性剂

分子由非极性的亲油(疏水)基 与极性的亲水(疏油) 基组成，故既具有亲油性又同时具有亲水性，形 成所谓的“双亲结构”。对某一体系有效的表面 活性剂，其亲油亲水强度匹配必须适度，即应有 一适宜的“亲水亲油”平衡值。

表面活性剂的类型
表面活性剂的作用机理 （1）离子交换吸附
第四节
聚合物填充改性效果
一、聚合物填充改性的经济效果 1、重量成本 P=P1w1+P2w2 2、体积成本 V=mw1/ρ1+mw2/ρ2 3、其它影响 二、填充聚合物的力学性能 1．弹性模量
窄分布的大颗粒填料，填充体系的弹性模量增大较少； 填料颗粒的纵横尺寸比较大时，填充体系的弹性模量显 著增大，如片状和纤维状填料；

带有极性接枝链或嵌段链的高分子增容剂， 如马来酸酐（MA）接枝改性的各种聚合物， PE-g-MA，PP-g-MA，SBS-g-MA， EVA-g-MA，EPDM-g-MA等。
三、填料表面处理方法
1、干法
（1）表面涂敷处理 （2）表面反应处理 （3）表面聚合处理
2、湿法 3、气相表面处理法 （1）以具有反应活性的处理剂的蒸汽与填料 粉体的表面发生化学反应实现填料的表面处 理。 （2）等离子体气相表面处理 4、加工现场处理法 （1）捏合法 （2）研磨处理法 （3）反应挤出处理法
四、填充聚合物的其它性能
1、电学性能 一般无机填料都可以提高填充聚合物的介电强 度；而有机填料和水分使填充聚合物的介电强 度下降； 填充聚合物的介电常数和损耗因子也与填料的 关系不大，主要影响来自填料所带进的水分或 特殊的杂质； 导电性填料则可以得到永久性的导电或抗静电 聚合物； 填充聚合物的导电性的相关因素：填料本身的 导电性、添加量、颗粒形态、成型加工条件、 其它添加剂的使用以及温度等。
第三节 填充剂的表面处理
一、填料表面处理的作用机理 1、表面物理作用（填料表面与处理剂的结合是分子间作用力 ）
（1）表面涂覆（也称包覆和涂层） 利用无机物或有机 物（主要是表面活性剂，水溶性或油溶性高分子化合物及 脂肪酸皂等）对填料表面进行包覆以达到改性的方法。 （2）表面吸附 使填料表面以物理力形式结合上一层表 面处理剂，但两者之间有较强的物理吸附作用。 2、表面化学作用（填料表面是通过产生化学反应而与处理剂相 结合 ） 通过表面改性剂与颗粒表面进行化学反应或化学吸附（包 括表面取代、水解、聚合和接枝等）的方式完成。
（2）填料流动取向对填充聚合物宏观结构形 态的影响
3、填料－聚合物界面的形成 两个阶段：
（1）接触及浸润阶段； （2）聚合物的固化过程。 结果：由于填料及聚合物的表面组成总是 与其本体有所不同； 在填料与聚合物之间必然要形成一个 新的界面区。
第二节ห้องสมุดไป่ตู้填料的种类与特性
一、碳酸盐 1、重质碳酸钙（重钙） 2、轻质碳酸钙（轻钙）
4、阻燃性


许多情况下使用无机填料都会使填充聚合物较基体的 可燃性下降，含有硅元素的矿物填料的作用更加明显； 氢氧化铝和氢氧化镁是有效的阻燃填料（具有填充、 阻燃、抑止烟雾三种功能），使用中要注意： 分解失水温度（氢氧化铝在200℃以上即明显分解脱 水，氢氧化镁的热分解温度为340℃）； 单独使用时，用量需达到50％（质量分数）以上，才 会有显著的阻燃效果； 为维持较好的力学性能，需尽可能减少填充量，为此 需添加其它阻燃协效剂（如有机硅酮、磷系阻燃剂、 纳米蒙脱土等）。

（2）离子对吸附
（3）π电子极化吸附（即表面极性剂分子含富电子 的芳香环时，易于与固体表面强正电性位置相互 吸引而吸附。 （4）氢键吸附