2014复合材料及 成型加工（第四章）.ppt

1、第四章第四章 填料填料 填料是用以改善复合材料性能，并能降低填料是用以改善复合材料性能，并能降低成本的固体添加剂成本的固体添加剂。4 41 1 填料的作用填料的作用 填料的作用有许多方面，主要作用如下：填料的作用有许多方面，主要作用如下： 降低成型制件的收缩率，提高制品的尺降低成型制件的收缩率，提高制品的尺寸稳定性；提高制品的光洁度、平滑性。寸稳定性；提高制品的光洁度、平滑性。 合成二氧化硅、高岭土及膨润合成二氧化硅、高岭土及膨润土这一类填料对树脂有触变性，在垂土这一类填料对树脂有触变性，在垂直面施工时，可避免发生树脂的流挂直面施工时，可避免发生树脂的流挂现象。现象。 触变现象触变现象：加有触

2、变剂的树脂：加有触变剂的树脂胶液，在静态时不易流动，受到外力胶液，在静态时不易流动，受到外力时就易流动，除去外力后，又变为不时就易流动，除去外力后，又变为不易流动的现象。易流动的现象。 触变剂触变剂：指加入树脂中，能使：指加入树脂中，能使树脂胶液在静置时有较大的粘度，在树脂胶液在静置时有较大的粘度，在外力作用下又变成低粘度流体的物质。外力作用下又变成低粘度流体的物质。 填料是树脂粘度有效的调节剂填料是树脂粘度有效的调节剂气相二氧化硅网络气相二氧化硅网络触变性结构示意图触变性结构示意图 可满足不同性能要求可满足不同性能要求 如石英粉、铸石粉等能提高制件表面硬度；如石英粉、铸石粉等能提高制件表面硬

3、度；高岭土、硫化钼等能提高耐磨性；金属粉末可高岭土、硫化钼等能提高耐磨性；金属粉末可改善导电性及导热性等。改性填料还能改善材改善导电性及导热性等。改性填料还能改善材料力学性能（如表料力学性能（如表4-14-1所示）。所示）。表表4-1 4-1 填料对天然硫化胶物理机械性能的影响填料对天然硫化胶物理机械性能的影响 配合填料配合量/份邵尔A型硬度伸长率/%扯断强度/MPa撕裂强度/KN/m无030.00-18.76碳酸钙5044.00733.3317.5323.70改性碳酸钙5050.00706.0024.1431.15 H3/NR硫化胶切面 碳酸钙碳酸钙/ /天然硫化胶天然硫化胶SEMSEM照片

4、照片改性碳酸钙改性碳酸钙/ /天然硫化胶天然硫化胶SEMSEM照片照片可提高颜料的着色效果可提高颜料的着色效果 如在醇酸清漆或丙烯酸漆中加入如在醇酸清漆或丙烯酸漆中加入0.5%0.5%5%5%气相二氧化硅时，能保持颜料具有悬浮性及组气相二氧化硅时，能保持颜料具有悬浮性及组成的流变性。成的流变性。 某些填料有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性。某些填料有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性。 如加入树脂重量如加入树脂重量2%2%3%3%的炭黑可阻止阳光，对紫的炭黑可阻止阳光，对紫外线照射具有稳定性能，防止聚合物的降解。沉淀二外线照射具有稳定性能，防止聚合物的降解。沉淀二氧化硅则赋予聚合物的耐候性能。并使聚合物

5、具有很氧化硅则赋予聚合物的耐候性能。并使聚合物具有很好的韧性。长石和霞石则具有优良的耐化学腐蚀性。好的韧性。长石和霞石则具有优良的耐化学腐蚀性。 有增容作用，可降低成本，提高产品在市场上有增容作用，可降低成本，提高产品在市场上的竞争能力。的竞争能力。 功功 能能典典 型型 填填 料料着色性着色性二氧化钛、碳酸钙、滑石粉、炭黑、高岭土、二氧化钛、碳酸钙、滑石粉、炭黑、高岭土、石棉、碳酸美、硫酸钙、氧化铅、氧化铁、氧石棉、碳酸美、硫酸钙、氧化铅、氧化铁、氧化锌、群青、氧化铬绿、铬绿、铬橙、铬黄化锌、群青、氧化铬绿、铬绿、铬橙、铬黄尺寸稳定性尺寸稳定性氧化铝、高岭土、石墨、硅酸铝、硫酸钙、氧化铝、高

6、岭土、石墨、硅酸铝、硫酸钙、碳酸钙、滑石、氢氧化铝、玻璃微珠、聚合微碳酸钙、滑石、氢氧化铝、玻璃微珠、聚合微珠、硅石、白云石、硅酸锆珠、硅石、白云石、硅酸锆导电性导电性炭黑、石墨、铝粉、铁粉、银粉、铜粉、氢炭黑、石墨、铝粉、铁粉、银粉、铜粉、氢氧化镁、氢氧化铝氧化镁、氢氧化铝电绝缘性电绝缘性氧化铝、钛酸钡、硅酸钙、碳化硅、云母、氧化铝、钛酸钡、硅酸钙、碳化硅、云母、水合氧化铝水合氧化铝导热性导热性金属粉、炭黑、石墨、氢氧化铝、氢氧化镁金属粉、炭黑、石墨、氢氧化铝、氢氧化镁耐磨性耐磨性石墨、二硫化钼、陶土、硫酸钡、铸石、硅石墨、二硫化钼、陶土、硫酸钡、铸石、硅石、碳化硅石、碳化硅难燃性难燃性三氧

7、化二锑、氢氧化铝、氯化石蜡、石英三氧化二锑、氢氧化铝、氯化石蜡、石英耐腐蚀性耐腐蚀性粘土、滑石粉、二氧化硅、氧化铝、硫酸钡、粘土、滑石粉、二氧化硅、氧化铝、硫酸钡、玻璃微珠玻璃微珠光稳定性光稳定性炭黑炭黑填填料料赋赋予予制制品品的的性性能能u 填料的作用机理填料的作用机理 由于填料的存在，基体材料的分子链就不由于填料的存在，基体材料的分子链就不能再占据原来的全部空间，使得相连的链段在能再占据原来的全部空间，使得相连的链段在某种程度上被固定化，并可能引起基体聚合物某种程度上被固定化，并可能引起基体聚合物的取向。由于填料粒子的尺寸稳定性，在填充的取向。由于填料粒子的尺寸稳定性，在填充的聚合物中，聚

8、合物界面区域的分子链运动受的聚合物中，聚合物界面区域的分子链运动受到限制，而使玻璃化温度上升，热变形温度提到限制，而使玻璃化温度上升，热变形温度提高，收缩率降低，弹性模量、硬度、刚度、冲高，收缩率降低，弹性模量、硬度、刚度、冲击强度提高。击强度提高。 4.2 4.2 填料的种类填料的种类 4.2.1 4.2.1 无机填料和有机填料无机填料和有机填料 按成分分按成分分（1 1）无机类填料）无机类填料 主要以天然矿物为原料，经过开采、加工制主要以天然矿物为原料，经过开采、加工制成的颗粒状填料。成的颗粒状填料。氧化硅及硅酸盐。包括有石英、石棉、高岭土、氧化硅及硅酸盐。包括有石英、石棉、高岭土、硅酸铝

9、（富铝红柱石）、硅酸钙、硅藻土、硅酸硅酸铝（富铝红柱石）、硅酸钙、硅藻土、硅酸镁（滑石）、硅酸锆、玻璃微珠、气相二氧化硅、镁（滑石）、硅酸锆、玻璃微珠、气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、火山灰、云母等。沉淀二氧化硅、火山灰、云母等。碳酸盐及碳化物。包括碳酸钙、碳酸镁、碳化碳酸盐及碳化物。包括碳酸钙、碳酸镁、碳化硅。硅。硫酸盐及硫化物。包括硫酸钡、硫酸钙、二硫硫酸盐及硫化物。包括硫酸钡、硫酸钙、二硫化钼等。化钼等。 钛酸盐。如钛酸钡等。钛酸盐。如钛酸钡等。氧化物及氢氧化物。包括氧化钙、氧化镁、氧化物及氢氧化物。包括氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化铁、氧化铅、氧化锌、二氧化钛、氧化铝、氧化铁、氧化铅、氧化锌

10、、二氧化钛、氧化铬绿、氧化锆、三氧化二锑、氧化钡、氢氧化铬绿、氧化锆、三氧化二锑、氧化钡、氢氧化钙等。氧化钙等。金属类。包括铝粉、铁粉、铜粉、锌粉、镍金属类。包括铝粉、铁粉、铜粉、锌粉、镍粉、铅粉、钨粉、钢粉、银粉、金粉等。粉、铅粉、钨粉、钢粉、银粉、金粉等。 （2 2）有机类填料）有机类填料 有机类填料是由天然的动植物及人工合成有机类填料是由天然的动植物及人工合成的有机材料制成的。的有机材料制成的。动植物类动植物类a.a.植物类。包括木粉、壳纤维、棉纤维、纤维植物类。包括木粉、壳纤维、棉纤维、纤维素纤维、植物纤维。素纤维、植物纤维。b.b.动物类。鸡毛、猪鬓、畜蹄等。动物类。鸡毛、猪鬓、畜蹄

11、等。 合成材料合成材料a a再生纤维素。包括粘胶丝织物、玻璃纸、聚再生纤维素。包括粘胶丝织物、玻璃纸、聚丙烯腈纤维、脂肪族聚酰胺纤维（尼龙）、芳丙烯腈纤维、脂肪族聚酰胺纤维（尼龙）、芳香族聚酰胺纤维（芳纶）、聚酯纤维、聚四氟香族聚酰胺纤维（芳纶）、聚酯纤维、聚四氟乙烯纤维、聚乙烯醇细屑、硬橡胶屑、硫化橡乙烯纤维、聚乙烯醇细屑、硬橡胶屑、硫化橡胶屑等。胶屑等。b b合成树脂。聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、合成树脂。聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醛、乙烯基类树脂、聚聚甲基丙烯酸甲酯、聚醛、乙烯基类树脂、聚偏二氯乙烯和聚酯共聚物制成的聚合微珠等。偏二氯乙烯和聚酯共聚物制成的聚合微珠等

12、。 4.2.2 4.2.2 惰性填料及活性填料惰性填料及活性填料（1 1）惰性填料）惰性填料 是将天然矿石粉碎加工后直接使用。是将天然矿石粉碎加工后直接使用。（2 2）活性填料）活性填料 经过表面改性或煅烧处理的填料。经过表面改性或煅烧处理的填料。 如煅烧的高岭土比天然的硬度高，如用硅如煅烧的高岭土比天然的硬度高，如用硅烷处理后可促进其在树脂中的分散性，提高填烷处理后可促进其在树脂中的分散性，提高填料与其它材料的粘结强度，同时可增加填充量。料与其它材料的粘结强度，同时可增加填充量。 4.2.3 4.2.3 复合型填料复合型填料 利用不同填料的特性，通过特殊处理方法利用不同填料的特性，通过特殊处

13、理方法将两种或两种以上的填料组合、改性后制成。将两种或两种以上的填料组合、改性后制成。复合阻燃剂如复合阻燃剂如SbSb2 2O O3 3/SiO/SiO2 2、SbSb2 2O O3 3/ /溴二苯醚等复溴二苯醚等复合，可以提高阻燃效果。合，可以提高阻燃效果。 u选择填料原则选择填料原则 综合考虑综合考虑产品性能及产品使用部位、成型产品性能及产品使用部位、成型工艺是否方便工艺是否方便及及节约成本节约成本三大要素。三大要素。 思考题思考题1.1.填料的概念。填料的概念。2.2.填料的分类。填料的分类。3. 3. 填料的作用主要有哪些方面？填料的作用填料的作用主要有哪些方面？填料的作用机理。机理。