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湿法云母粉在塑料改性中的应用

浏览次数: 日期:2008年10月17日 15:36

    高性能塑料复合材料产业是一个新兴的高新产业,具有非常广阔的发展前景。随着高性能塑料复合材料应用领域的日益扩大,单一功能的塑料原材料制品因功能不全而满足不了现代高科技对材料性能的要求,传统填料如碳酸钙、滑石已达不到对塑料特种性能的增强目的,因此,云母、绢云母、玻纤、碳黑等新型功能性填料应运而生。绢云母是兼备各种功能的优秀填料,以其独特的理化性质及良好的性价比而正被广泛应用于聚乙烯,聚丙烯、尼龙、聚酯、ABS等热塑塑料,以及酚醛树脂、环氧树脂等热固性塑料。

    湿法云母产品晶形完美,表面光滑,粒径分布集中。晶片极薄,径厚比高,比表面积大,纯度高(95~98%),具有许多优异性能,所以在塑料中应用很广。

    1 改善塑料的物理机械性能

    片状和纤维状填料可分散材料所受到的应力,其机制与混凝土中的钢筋相似。众多增强材料(塑料、橡胶、树脂等)使用各向异性材料,其原理是相同的。最典型的应用就是碳纤维,但是碳纤维十分昂贵,加上色泽限制,应用有困难。石棉致癌,其应用被严格限制。超细玻纤(如直径1微米,或纳米级)的制造有许多困难,价格也颇高。颗粒状填料包括在干法云母粉中大量存在的石英微粉、高岭土微粉等,如同混凝土中沙石,没有这种作用。只有在加入大径厚比填料(如湿法云母粉)以后,塑料和树脂的拉伸强度、抗冲击强度、弹性模量、其它机械性能、形态稳定性(如抗热扭变性和抗疲劳蠕变性)和抗磨性能等都有明显改善。材料学上对此研究颇多,其关键之一是填料的外形比(径厚比)。树脂(如塑料)本身的硬度都有限。不少填料(如滑石粉)的机械强度也很低。相反,云母是花岗岩的成分之一,其硬度和机械强度很大。所以塑料中加入云母粉作填料,增强效果特别明显。配合使用滑石粉等会削弱增强作用,也许与材料内“弱点”的形成有关。这是高纯云母粉增强的关键之二。 在工程塑料PVC填加325-1250目云母粉后,热变形温度几乎提高了尼龙66中加20%云母粉,除机械性能略有降低外,显著改变了制品外观,增强了抗曲翘性能。在橡胶垫板中,可显著提高制品的绝缘性能。在一倍,各种机械性能没有显著下降,冲击强度略有提高,由于PVC价格很高,而云母粉的价格远低于PVC,所以在PVC中填加云母粉具有显著的经济效益。在塑料薄膜中,可提高薄膜的抗涨度、伸长率、直角撕裂强度等,指标达到并超过标准。

    使用优质云母粉在经济上也有重要意义。使用填料可以降低生产成本。而且,由于增强作用,制品可以制作得更加轻薄。这一技术在塑料工业上可有非常广泛的应用,如制造高强度制品,包括机械和车辆的塑料零件、土工材料、家电外壳、包装材料、生活用塑料制品、薄膜、裂丝和绳索等等。

    2 改善塑料的气密性

    湿法云母粉具有优异的薄片状晶形,微晶厚度以纳米计,径厚比高达80~120倍,有效阻隔面积很大。在加工中,通过材料的压延、拉伸等等作用,云母晶片即在塑料内形成平行取向排列,其取向平行于塑料制品的表面,与气体、液体的渗透逃逸方向相垂直,从而在塑料等材料内形成层层阻隔,使气体和液体极难穿透。气体和液体穿透塑料时,必须不断绕过并逾越云母晶片,穿透途径极其曲折迂回(屏蔽效应和迷宫效应),据国外的研究结果,穿透材料的时间延长3倍左右。

    国内外的大量研究表明,要获取优异的阻隔作用,片状填料的径厚比至少要达到50倍,最好在70倍以上。干法云母粉径厚比通常也只有10倍左右,有工业实用价值是湿法云母粉,径厚比高达80~120倍。在塑料内加入湿法高纯优质云母粉以后,气密性将大幅度提高。这样的塑料,据专利文献称,可以用来制造可乐瓶、啤酒瓶、药物包装瓶、防潮包装材料以及许多类似的特种塑料包装材料。

    3 改变塑料的耐老化性

    药品、化妆品、食品等产品需要屏蔽光辐射,特别是紫外辐射,以改善产品的储存性能。它们的塑料包装材料中可加入片状结构完美的湿法云母粉,以屏蔽光辐射,特别是紫外辐射。

    4 改善塑料制品的绝缘性能

    云母具有极高的电阻,本身是高性能绝缘材料。用云母粉来提高材料的绝缘性能是广为人知的技术。如需制造高绝缘性塑料制品,可考虑加入功能性填料湿法云母粉。如上所述,含铁量高的云母的绝缘性能较低,应避免使用。干法云母粉没有洗矿,含铁量一般都较高,不宜使用这类云母粉。

    湿法云母粉在塑料中的应用远不止于此。充分利用湿法云母粉的独特性能,可开发出许多很有价值的新型塑料制品来,形成许多有价值的应用技术。例如在塑料中加入云母粉可提高印刷性能和复合粘结性能。

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