Wprowadzenie kilku popularnych nieorganicznych wypełniaczy do tworzyw sztucznych

Włókno szklane

Producent maszyn ekstruzyjnych z Chin: Włókno szklane jest wypełniaczem powszechnie stosowanym w tworzywach inżynieryjnych. Jego głównymi składnikami są krzemionka oraz inne pochodne tlenków metali. Obecny międzynarodowy dominujący proces produkcji to metoda ciągnięcia w piecu; dzieli się je na włókno szklane bezalkaliczne, włókno szklane średnioalkaliczne i włókno szklane wysokooksyczone; włókna szklane powszechnie stosowane w tworzywach inżynieryjnych to głównie włókno szklane bezalkaliczne drobione oraz długie włókna szklane niewijane. Po dodaniu włókna szklanego tworzywa inżynieryjne zmieniają się następująco. .

Zaleta

1. Zwiększa sztywność i twardość – wzrost zawartości włókna szklanego poprawia wytrzymałość i sztywność tworzywa;

2. Poprawia odporność na ciepło i temperaturę odkształcenia termicznego. Biorąc jako przykład nylon, dodanie włókna szklanego powoduje, że temperatura odkształcenia termicznego wzrasta o co najmniej 30°C lub więcej, a odporność na temperaturę ogólnego nylonu wzmocnionego włóknem szklanym może osiągnąć ponad 220°C;

3. Poprawia stabilność wymiarową i redukuje skurcz;

4. Redukuje deformację warstwową;

5. Redukuje przemieszczanie się pod obciążeniem;

6. Redukuje higroskopijność.

Wady

Gdy moduł produktu wzrasta, jego trwałość spada; negatywnie wpływa to na właściwości antypłomienne, ponieważ efekt knotu świecy zakłóca system antypłomienny i wpływa na działanie przeciwogniowe; wystające włókna szklane zmniejszają połysk powierzchni produktu z tworzywa sztucznego.

Długość włókna szklanego bezpośrednio wpływa na kruchość materiału; jeśli włókno szklane nie jest dobrze obrabiane, krótkie włókna zmniejszą wytrzymałość udarową; jeśli długie włókna są dobrze obrabiane, wytrzymałość udarowa zostanie poprawiona. Aby kruchość materiału nie była znacznie zmniejszona, konieczne jest wybranie odpowiedniej długości włókna szklanego.

Zawartość włókna w produkcie jest również kluczowym zagadnieniem. Branża przyjmuje zwykle całkowitą zawartość taką jak 15%, 25%, 30%, 50% itp. Konkretna zawartość włókna szklanego musi być ustalona w zależności od zastosowania produktu.

Aby uzyskać dobre właściwości mechaniczne i efekty powierzchniowe, średnica i długość włókna szklanego, a także obróbka powierzchni i zawartość włókna szklanego podczas późniejszej modyfikacji są bardzo ważne!

Węglan wapnia

Produkty z węglanu wapnia producentów maszyn ekstruzyjnych z Chin dzielą się na węglan wapnia ciężki i lekki. Węglan wapnia ciężki zwany jest ciężkim wapniem, w języku angielskim skrótem GCC. Ponieważ objętość osadzenia węglanu wapnia ciężkiego jest mniejsza niż węglanu wapnia lekkiego, nazywany jest węglanem wapnia ciężkim. Obecnie istnieją dwa główne procesy przemysłowej produkcji węglanu wapnia ciężkiego: jeden to proces suchy, drugi to proces mokry. Proces suchy daje produkt tańszy i bardziej uniwersalny niż proces mokry.

Węglan wapnia lekki nazywany jest lekkim wapniem, znany również jako węglan wapnia wytrącony, w języku angielskim skrótem PCC. Głównymi składnikami wapna są wapień wypalony i inne surowce, które tworzą wapień. Następnie wprowadza się dwutlenek węgla, karbonizuje mleko wapienne, by powstało wytrącenie węglanu wapnia, a ostatecznie uzyskuje się go przez odwodnienie, suszenie i sproszkowanie. Można też najpierw użyć węglanu sodowego i chlorku wapnia do reakcji wymiany, by wytworzyć osad węglanu wapnia, a następnie go odwodnić, wysuszyć i sproszkować.

Węglan wapnia jest jednym z najwcześniejszych nieorganicznych wypełniaczy stosowanych do wypełniania i wzmacniania PP, a zastosowanie mikroskalowego węglanu wapnia zawsze zajmowało dominującą pozycję. Badania pokazują, że dodatek węglanu wapnia może zwiększyć wytrzymałość udarową PP, ale zmniejsza wytrzymałość rozciągania; dodatek węglanu wapnia lekkiego jednocześnie poprawia wytrzymałość udarową i granicę plastyczności, a PCC przetworzony kwasem stearynowym ma lepszy efekt. Węglan wapnia przetworzony czynnikiem sprzęgającym tytanowym może znacząco poprawić wytrzymałość udarową PP.

Wraz z pojawieniem się nanoskalowego węglanu wapnia producent maszyn ekstruzyjnych z Chin odkrył, że nanoskalowy węglan wapnia może jednocześnie wzmacniać i zwiększać trwałość, a efekt zwiększania trwałości jest lepszy niż u mikroskalowego węglanu wapnia. Badania wykazały, że morfologia nanowęglanu wapnia jest różna, a właściwości mechaniczne kompozytów również bardzo różne. Kubowy nanowęglan wapnia sprzyja poprawie właściwości udarowych kompozytów, natomiast włóknisty nanowęglan wapnia może znacząco poprawić właściwości rozciągowe materiału. Nanowęglan wapnia może znacząco uszlachetnić sferulity PP i wspomagać ich formowanie.

Koraliki szklane

Koraliki szklane to nowy rodzaj materiału silikatowego, obejmujący ciała stałe i puste. Zwykle koraliki szklane o wielkości ziarna 0,5–5 mm nazywa się drobnymi koralikami, a te o wielkości poniżej 0,4 mm – mikrokoralikami; istnieje wiele rodzajów mikrokoralików w zależności od źródła; koraliki szklane z popiołu lotnego są wydobywane z popiołu lotnego – to lekki materiał mikrosferyczny, którego głównym składnikiem jest krzemionka, a także zawiera różne tlenki metali. Koraliki szklane z popiołu lotnego mają zalety wysokiej temperatury wytrzymałości i niskiej przewodności cieplnej. Posiadają odporność na zużycie, ściskanie, właściwości antypłomienne i inne, a ich specjalna powierzchnia sferyczna może również poprawić płynność obróbki materiału; dodatkowo ich powierzchnia jest dobrze połyskująca, co zwiększa połysk powierzchni produktu i zmniejsza adsorpcję zabrudzeń na powierzchni.

Koraliki szklane są szeroko stosowane do wzmacniania i zwiększenia trwałości PP. Badania pokazują, że wraz ze wzrostem zawartości mikrosfer szklanych, moduł rozciągania, wytrzymałość na zginanie oraz moduł kompozytów PP/mikrosfery szklane wyprodukowanych na jedno- i dwuosobowych ekstruderach wszystkie wzrastają liniowo, podczas gdy granica plastyczności nieznacznie spada; odkształcenie przy zerwaniu rośnie przy niskiej zawartości, a następnie szybko spada, a wytrzymałość udarowa materiałów wyprodukowanych na jedno- i dwuosobowych ekstruderach wzrasta i rośnie wraz z wzrostem dawkowania koralików szklanych w pewnym przedziale, przy czym materiał wyprodukowany na jednoosobowym ekstruderze ma nieznacznie wyższą wytrzymałość udarową niż ten wyprodukowany na dwuosobowym ekstruderze, a wielkość ziarna koralików szklanych ma duży wpływ na trwałość kompozytu PP/koraliki szklane.

Minerały silikatowe

Obecnie najpowszechniej stosowanymi i badanymi minerałami silikatowymi są talk, montmorillonit, wollastonit itp. Wśród nich większą uwagę zwraca również attapulgit i zeolit.

Zarówno talk, jak i montmorillonit (MMT) są warstwowymi minerałami silikatowymi. Talk jest minerałem silikatowym magnezowym o strukturze łuskowatej. Zazwyczaj im mniejsza wielkość ziarna, tym lepszy efekt dyspersji, co może poprawić temperaturę odkształcenia termicznego i wykończenie powierzchni materiału; odstęp między warstwami MMT jest duży, więc często stosuje się metodę interkalacji do przygotowania kompozytów PP. MMT może tworzyć dobrą strukturę interkalacyjną w matrycy PP, dzięki czemu poprawia odporność na uderzenia i stabilność wymiarową PP.

Attapulgit (ATP) jest warstwowym minerałem silikatowym w postaci łańcucha. ATP jest naturalnym jednowymiarowym nanomateriałem silikatowym. Jego podstawową jednostką strukturalną jest monokryształ w kształcie igły lub krótkiego włókna. ATP można komponować z polipropylenem na dwóch poziomach: mikro-wypełniania i nano-wzmocnienia, aby poprawić właściwości mechaniczne materiału. Ten nowy rodzaj krótkich włókien glinowych przewyższa wady tradycyjnych żywic wzmocnionych włóknem szklanym, takie jak słaba płynność, szorstki wygląd i silne zużycie urządzeń obróbczych, dlatego ma wysoki potencjał rozwojowy.

Maszyna wytłaczająca do tworzyw sztucznych z Chin Wollastonit jest minerałem krzemianowym o jednołańcuchowej strukturze, występującym zwykle w postaci płatków, agregatów radialnych lub włóknistych. Badania wykazały, że tworzywa sztuczne wypełnione wollastonitem nie tylko mogą poprawić swoje właściwości mechaniczne, ale także mogą być stosowane zamiast włókien szklanych w celu obniżenia kosztów.

Zeolity są minerałami krzemianowymi o strukturze porystowej. Posiadają bogatą strukturę porów i mogą być wykorzystywane do przygotowywania kompozytów polipropylenowych o wysokiej funkcjonalności poprzez adsorpcję lub nanoszenie cząstek funkcyjnych, co podwyższa wartość dodaną produktów. Dlatego też rozwój kompozytów funkcyjnych PP/zeolit ma ogromny potencjał i stał się gorącym tematem bieżących badań i zainteresowań.

Dwutlenek tytanu

Skład chemiczny dwutlenku tytanu to dwutlenek tytanu. W zależności od różnych form krystalicznych wyróżnia się typ rutylowy i typ anatazy. Typ rutylowy jest najbardziej stabilną formą krystaliczną, charakteryzuje się zwartą strukturą; jego twardość, odporność na warunki atmosferyczne oraz odporność na pylenie są lepsze niż u typu anatazy. Jest stabilny wobec różnych substancji chemicznych w atmosferze, nierozpuszczalny w wodzie i posiada dobrą odporność na ciepło. Po dodaniu dwutlenku tytanu nie tylko poprawia biel produktu, ale także redukuje szkodliwe działanie promieni ultrafioletowych, polepsza wytrzymałość na starzenie światła polipropylenu oraz poprawia sztywność, twardość i odporność na zużycie produktu; jednak różni się od materiałów krystalicznych takich jak PP, PA i innych, które mają słabe kompatybilności, dlatego konieczne jest ich kompatybilizowanie i modyfikowanie.