《填充與纖維增強》PPT課件

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1、4.2填料的性質(zhì)1、填料的形狀部分礦物顆粒的幾何形狀與尺寸對比特征形狀分類礦物實例顆粒幾何尺寸對比長寬高球形珍珠巖111立方形方解石、正長石111塊狀或短柱性方解石、正長石、硅石、重晶石1~411片狀高嶺土、云母、滑石、石墨1<11/4~1/100纖維狀硅灰石、透閃石、石棉、纖維海泡石1<1/10<1/10對于片狀填料，表征其幾何形態(tài)的重要參數(shù)是徑厚比，即片狀顆粒的平均直徑與厚度之比。對于纖維狀填料，往往采用長徑比的概念，即纖維狀顆粒的長度與平均直徑之比。2、填料的粒徑也稱細(xì)度，是表征填料顆粒粗細(xì)程度的主要參數(shù)。一般來說填料的顆粒粒徑越小，假

2、如它能分散均勻，則填充材料的力學(xué)性能越好；但同時顆粒的粒徑越小，要實現(xiàn)其均勻分散就越困難，需要更多的助劑和更好的加工設(shè)備；而且顆粒越細(xì)所需要的加工費用越高，因此要根據(jù)使用需要選擇適當(dāng)粒徑的填料。3、填料的表面性質(zhì)表面粗糙程度填料顆粒表面粗糙程度不同，即同樣體積的顆粒，其表面積不僅與顆粒的幾何形狀有關(guān)(球形表面積最小)，也與其表面的粗糙程度有關(guān)。比表面積比表面積即單位質(zhì)量填料的表面積，它的大小對填料與樹脂之間的親合性、填料表面活化處理的難易與成本都有直接關(guān)系。通常比表面積大小可通過氮氣等溫吸附方法進行測定。表面自由能填料顆粒表面自由能大小關(guān)系到

3、填料在基體樹脂中分散的難易，當(dāng)比表面積一定時，表面自由能越大，顆粒相互之間越容易凝聚，越不易分散。在填料表面處理時，降低其表面自由能是主要目標(biāo)之一。4、填料的物理化學(xué)性質(zhì)密度吸油值硬度顏色及光學(xué)特性熱性能電性能磁性能阻燃性能4.3填料對填充體系性能的影響1、力學(xué)性能2、熱學(xué)性能3、成型加工性能4、其他性能5、無機剛性粒子對聚合物的增韌1、力學(xué)性能彈性模量填料的加入總是使填充聚合物的彈性模量增大，這首先要歸結(jié)于填料的模量比聚合物的模量大很多倍。一般說來窄分布的大顆粒填料，填充體系的彈性模量增大較少；當(dāng)填粒顆粒的縱橫尺寸比較大時，填充體系的彈性模

4、量顯著增大，如片狀和纖維狀填料。1、力學(xué)性能拉伸強度填充聚合物中，受力截面上基體樹脂的面積必然小于純樹脂構(gòu)成的材料。在外力作用下基體樹脂從填料顆粒表面被拉開，因承受外力的總面積減小，所以填充聚合物的拉伸強度較未填充體系有所下降。如果通過表面處理，填料與基體樹脂的界面粘合得好，在拉伸應(yīng)力作用下填料顆粒有可能與基體樹脂一起移動變形，承受外界負(fù)荷的有效截面增加，填充體系的拉伸強度是可能高于基體的拉伸強度的。1、力學(xué)性能在拉伸作用時基體可隨之形變而取向的非極性結(jié)合，基體可在被拉伸時沿填料顆粒周圍被拉伸取向從而有利于拉伸屈服強度提高。高縱橫比、高表面積

5、的片狀或纖維狀填料都能促進這種效應(yīng)。對于增強型塑料，如纖維的取向和受力方向一致，且纖維表面與基體樹脂又有很好的粘合，則會使填充體系的拉伸強度有顯著提高。1、力學(xué)性能斷裂伸長率填充體系因填料的存在在受到拉伸應(yīng)力時其斷裂伸長率均有所下降，其主要原因可歸結(jié)為絕大多數(shù)填料特別是無機礦物填料本身是剛性的，沒有在外力作用下變形的可能。填料的粒徑越小，對于同樣填充量的填充體系來說，其斷裂伸長率越有可能獲得較好的數(shù)值。1、力學(xué)性能沖擊強度填料的加入往往使填充塑料抗沖擊性能下降，這也是填充改性以獲取多種利益的同時帶來的材料性能劣化的重要方面。作為分散相的填料顆

6、粒在基體中起到應(yīng)力集中劑的作用，一般來說這些填料的顆粒是剛性的，不能在受力時變形，也不能終止裂紋或產(chǎn)生銀紋吸收沖擊能，因此會使填充聚合物的脆性增加。1、力學(xué)性能由于纖維狀填料能在與沖擊應(yīng)力垂直的更大面積上分布沖擊應(yīng)力，故可以提高纖維增強聚合物的沖擊強度。如果填料表面與基體之間有適當(dāng)?shù)恼澈?，可減小因填料加入帶來的沖擊強度降低的幅度。近年來發(fā)展起來的剛性粒子增韌理論認(rèn)為，使用非彈性體粒子在不犧牲材料的模量情況下仍然可達(dá)到使材料沖擊強度提高的目的。1、力學(xué)性能彎曲強度填充聚合物的彎曲強度對在大多數(shù)填料來說都會隨填料的加入和份數(shù)的增加而下降，其下降程

7、度與基體樹脂是否為韌性聚合物以及填料的幾何形狀有關(guān)，還與填料在基體中的分散情況及加工時的取向有關(guān)?？v橫比大的填料（片狀）或用偶聯(lián)劑表面處理過的填料可使韌性聚合物的彎曲強度提高。1、力學(xué)性能蠕變塑料材料的蠕變是指在一定應(yīng)力作用下材料除產(chǎn)生可以完全恢復(fù)的彈性形變外還同時發(fā)生永久性形變。由于永久性形變的不可逆轉(zhuǎn)性，給某些塑料制品的尺了穩(wěn)定性帶來不利影響。對于容易產(chǎn)生蠕變的熱塑性塑料，填料的存在可使填充聚合物的蠕變程度減小，即降低形變值。2、熱學(xué)性能導(dǎo)熱系數(shù)由于通常的填料有著比高分子聚合物都大得多的導(dǎo)熱系數(shù)，填充聚合物的導(dǎo)熱系數(shù)要大大高于相應(yīng)的純聚合

8、物的導(dǎo)熱系數(shù)。大多數(shù)聚合物的熱膨脹系數(shù)比填料的要大10多倍，所以填充聚合物的熱膨脹系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相應(yīng)的純聚合物。2、熱學(xué)性能填充聚合物的耐熱性能主要取決于基體樹脂本