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            硅灰石在塑料pa6中的应用技术及优势

            硅灰石,塑料

            前言

            我国是当今世界上塑料制品生产大国、消费大国,也是无机粉体在塑料制品中应用大国。无机材料资源丰富、价格低廉、品种多、用途广,为塑料加工工业带来明显的经济效益,产生了有目共睹的生态效益和社会效益。

            无机材料扩大了塑料在工业、农业、军工、航空、航天、医疗等领域中的应用,PP、PE、PA、PVC、ABS、PS、PC等多种树脂添加无机材料,可有效降低产品生产成本的同时,在增强、阻燃、隔热、保温、降解等方面提供了其它材料难以替代的重要性能。

            呈纤维状结构的无机材料主要有硅灰石、石棉、晶须类和特种炉渣等材料,由于卫生安全及加工成本、原料来源等诸多因素,在高分子聚合物中硅灰石的矿产资源、价格成本、性能指标、应用工艺均有特殊的明显优势。

            硅灰石在PA、PP、PE、PVC、ABS、PS、PC等多种树脂生产的板材、片材、管材、中空制品、注塑制品及各种零部件中得到推广应用,可明显提高塑料制品的拉伸强度、弯曲强度和热变形温度,降低模塑收缩率和塑料制品翘曲变形,降低生产成本等,得到了业界的认可。

            硅灰石的物理性能

            硅灰石属天然的白色硅酸钙,化学式CaSiO3,比重2.9g/cm3,莫氏硬度4.5,折射率1.63,化学成分见表1。
            化学成分 含量(%) 化学成分 含量(%) 化学成分 含量(%)
            SiO2 50.9 Al2O3 0.25 TiO2 0.05
            CaO 46.9 MnO 0.1 LOIa 0.9
            FeO 0.55 MgO 0.1    
            硅灰石是天然的硅酸钙(CaSiO3),呈浅白色针状结构,是一种无毒、无味、耐高温、热膨胀系数小的惰性纤维状矿物材料,可用于塑料的增强改性。

            采用独特的加工工艺,使硅灰石保持较好的短纤维状结构,长径比可达15:1~20:1,被人们称为优良的天然矿物纤维,应用在某些领域可替代玻纤。
                      采用先进的生产设备加工硅灰石时,粒度分布窄,大颗粒及极易团聚的微小粒子较少,在高分子聚合物中分散性好。

              硅灰石在塑料制品中的应用特点

            们将硅灰石与PA6、PP等树脂在不同添加量时作了大量应用试验,有关数据见表2、表3。
            2  硅灰石在PA6中应用的检测指标典型值
                                                                                                                                                                               

            检测项目

            硅灰石含量

            树脂

            PA6

            10%

            20%

            30%

            拉伸强度  Mpa

            69.8

            73.2

            80.0

            65.4

            断裂伸长率 %

            14.2

            9.61

            5.62

            64.5

            弯曲强度  Mpa

            108

            113

            127

            90.2

            弯曲模量  Mpa

            2769

            3422

            4352

            2577

            悬缺冲击强度 kJ/m2

            6.2

            6.1

            6.9

            7.5

            密度      g/cm3

            1.2

            1.26

            1.34

            1.14

            模塑收缩率)%

            1.18

            1.10

            1.01

            1.33

            模塑收缩率)%

            0.89

            0.65

            0.62

            1.16

            热变形温度  ℃

            132

            138

            177

            105

            3  硅灰石在PP中应用的检测指标,(典型值


            检测项目  1250目硅灰石 800目硅灰石 纯树脂T30S
            10% 20% 30% 10% 20% 30% 40%
            拉伸强度     Mpa(5mm/min) 30.1 22.2 19.5 27.9 27.8 27.1 22.2 32.1
            断裂伸长率   %( 5mm/min ) 732 661 520 616 698 752 560 893
            弯曲强度    Mpa(2mm/min) 40.1 42.6 38.8 39.1 40.6 38.3 40.5 36.7
            弯曲模量   Mpa(2mm/min) 1333 1559 1842 1366 1596 1907 2045 929
            悬臂梁缺口冲击强度kJ/m(2.75J) 5.4 5.3 6.2 6.2 6.9 5.9 4.1 4.4
            密度             g/cm3 0.95 1.02 1.1 0.95 1.01 1.11 1.2 0.91
            模塑收缩率纵向      % 1.34 1.21 1.05 1.30 1.12 1.01 0.83 1.86
            模塑收缩率横向      % 1.20 1.07 0.90 1.11 0.97 0.79 0.61 1.72
            热变形温度  ℃(0.45MPa) 96.6 98.8 102 98.3 106 109 132 93

            3.2  从上表中和国内外客户应用中得知,硅灰石具有以下优异性能和特点。

            3.2.1  显著提高高分子聚合物的弯曲强度和弯曲模量   
                   在PA6中加入矿纤后,会明显的提高弯曲强度。 这就体现出来矿纤的针状结构和刚性特点,在片材、板材、薄膜、大型管材、中空制品、滚塑制品等产品中会有明显的产品技术优势。
                   从应用数据中看出,加入矿纤后,弯曲模量会有大幅度的提高,当在PA6和PP中加入40%矿纤时,弯曲模量提高约一倍。
            3.2.2 提高拉伸强度
              在PA6中随着加入量的增加,拉伸强度在增加,在加入20%~30%时,会保持在一个高的水平线上,目数越细,拉伸强度越好。
               在PP中加入1250目的硅灰石10%时,拉伸强度与纯树脂接近,随着添加量提高,拉伸强度呈下降趋势。在PP中矿纤粒度的变化对拉伸强度也有不规则的变化,粒度过小,长径比也相应小,纤维作用减弱,会对拉伸强度产生影响,这有待进一步试验验证。
            3.2.3  提高热变形温度
            塑料制品的耐热性差是制约塑料应用的重要原因。在工程塑料、通用塑料、特种塑料中可适当添加矿纤提高塑料的耐热温度。在不同的塑料制品中,如各类灯具、耐热零部件、电线、电缆、片材、薄膜、管材等,随着矿纤的加入量增加,耐热性提高,当加入40%以上时,耐热温度可提高近一倍。
            3.2.4  改善耐刮擦性和耐摩擦性
            矿纤的硬度明显高于塑料,耐热性又是矿纤的优势,在高分子聚合物中加入适量的矿纤,可提高塑料制品的耐刮擦性和耐摩擦性,应用在流动物体的输送管道、器皿和物体之间互相摩擦的零部件方面,具有较好的耐刮擦性和耐摩擦性。
            3.2  从上表中和国内外客户应用中得知,硅灰石具有以下优异性能和特点。
            3.2.1  显著提高高分子聚合物的弯曲强度和弯曲模量   
                   在PA6中加入矿纤后,会明显的提高弯曲强度。 这就体现出来矿纤的针状结构和刚性特点,在片材、板材、薄膜、大型管材、中空制品、滚塑制品等产品中会有明显的产品技术优势。
                   从应用数据中看出,加入矿纤后,弯曲模量会有大幅度的提高,当在PA6和PP中加入40%矿纤时,弯曲模量提高约一倍。
            3.2.2 提高拉伸强度
              在PA6中随着加入量的增加,拉伸强度在增加,在加入20%~30%时,会保持在一个高的水平线上,目数越细,拉伸强度越好。
               在PP中加入1250目的硅灰石10%时,拉伸强度与纯树脂接近,随着添加量提高,拉伸强度呈下降趋势。在PP中矿纤粒度的变化对拉伸强度也有不规则的变化,粒度过小,长径比也相应小,纤维作用减弱,会对拉伸强度产生影响,这有待进一步试验验证。
            3.2.3  提高热变形温度
            塑料制品的耐热性差是制约塑料应用的重要原因。在工程塑料、通用塑料、特种塑料中可适当添加矿纤提高塑料的耐热温度。在不同的塑料制品中,如各类灯具、耐热零部件、电线、电缆、片材、薄膜、管材等,随着矿纤的加入量增加,耐热性提高,当加入40%以上时,耐热温度可提高近一倍。
            3.2.4  改善耐刮擦性和耐摩擦性
            矿纤的硬度明显高于塑料,耐热性又是矿纤的优势,在高分子聚合物中加入适量的矿纤,可提高塑料制品的耐刮擦性和耐摩擦性,应用在流动物体的输送管道、器皿和物体之间互相摩擦的零部件方面,具有较好的耐刮擦性和耐摩擦性。
            3.2.5  提高尺寸稳定性,有效地减少材料的收缩率及制品翘曲变形
            塑料制品的收缩率是影响塑料精密件的重要加工因素,如PA、PP的收缩率在1~2%左右,而加入矿纤后,可明显降低收缩率,提高生产效率,在精密注塑零部件和大型塑料制品制造加工过程中加入适量的矿纤,可有效地保持塑料制品的尺寸稳定性,还可缩短加工冷却周期,会有特殊的应用效果和意义。
            3.2.6  优异的加工稳定性和生产成型性能
            无机材料粘度低,加工稳定性好,在高分子聚合物中加入一定量的无机材料,可有效降低加工粘度,改善生产工艺的稳定性,并且有益制品的成型性。
            3.2.7  改善塑料制品的外观,无表面浮纤现象,使制品富于自然光泽
            塑料制品在高温、高压、高剪切等条件下加工生产,当物料脱离模具、模腔后,温度会大幅下降,制品应力难以在短时间内释放。特别是在板材、片材和大型塑料制品生产时,会出现明显的凸凹收缩缺陷,还会产生翘曲、弯曲等现象,而在加入矿纤后,可有效地解决这些问题。
            3.2.8  改善吸水性能  在PA中加入矿纤后可避免因制品吸水而导致弯曲强度及弯曲模量下降的缺点
            由于硅灰石的性能稳定,吸水率低,在易吸水而影响产品质量的树脂中添加适量的矿纤后,可缩短树脂的干燥时间,还能有效地改善塑料因吸水率过高致使产品的物理性能下降、外观表面粗糙等现象。
            3.2.9  降低塑料制品生产成本
            矿物纤维(硅灰石)来源丰富,价格优势明显,硅灰石在改善塑料制品性能的同时,可有效地降低生产成本,为生产企业带来明显的经济效益。

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