聚合物的填充与增强改性教案课件.pptx

1、会计学1聚合物的填充与增强改性聚合物的填充与增强改性第1页/共191页第2页/共191页第3页/共191页第4页/共191页第5页/共191页填料填料无机填料无机填料有机填料有机填料（碳酸钙，滑石粉、云母、高岭土、二氧化硅、炭黑等）（木粉、棉短绒、麦秆等）按照化学组成划分按照化学组成划分氧化物、盐、单质和有机物根据填料的几何形状根据填料的几何形状球形、无定形、片状、纤维状等。第6页/共191页形状分类形状分类矿物实例矿物实例颗粒几何尺寸对比颗粒几何尺寸对比长长宽宽高高球形球形珍珠岩珍珠岩111立方形立方形立方石，正方石立方石，正方石111块状或短块状或短柱状柱状方解石，长石，硅石，重晶石，霞石

2、方解石，长石，硅石，重晶石，霞石1411片状片状高岭土，云母，滑石，石墨高岭土，云母，滑石，石墨111/100纤维状纤维状硅灰石，透闪石，石棉，纤维海泡石硅灰石，透闪石，石棉，纤维海泡石11/101/10部分矿物颗粒的几何形状与尺寸对比特征部分矿物颗粒的几何形状与尺寸对比特征 第7页/共191页第8页/共191页第9页/共191页第10页/共191页第11页/共191页第12页/共191页第13页/共191页第14页/共191页第15页/共191页第16页/共191页第17页/共191页第18页/共191页第19页/共191页第20页/共191页第21页/共191页第22页/共191页第23页

3、/共191页第24页/共191页第25页/共191页第26页/共191页第27页/共191页第28页/共191页第29页/共191页第30页/共191页第31页/共191页是一种惰性有机填料。填加方法与其他填料相同。是一种惰性有机填料。填加方法与其他填料相同。第32页/共191页第33页/共191页第34页/共191页可燃性气体和氧气的反应：第35页/共191页阻燃剂首先分解为自由基，卤素自由基从基质RH夺取氢形成卤化氢。通过与高能自由基H和OH反应并以低能自由基X进行取代，即阻止了自由基链反应机理。第36页/共191页第37页/共191页第38页/共191页第39页/共191页第40页/共1

4、91页第41页/共191页第42页/共191页第43页/共191页第44页/共191页第45页/共191页第46页/共191页第47页/共191页第48页/共191页第49页/共191页第50页/共191页第51页/共191页第52页/共191页名称名称代号代号平均粒径平均粒径/比表面积比表面积/g 吸油值吸油值/mg/g挥发挥发分分/%特性特性导电槽黑导电槽黑CC17.52.51754201.151.65粒径细，分散困粒径细，分散困难难导电炉黑导电炉黑CF21291252001.31.52.0粒径细，表面孔粒径细，表面孔度高，结构高度高，结构高超导电炉黑超导电炉黑SCF16251752251

5、.31.60.05防静电，导电效防静电，导电效果好果好特导电炉黑特导电炉黑XCF162252852.600.03表面孔度高，结表面孔度高，结构高，导电性好构高，导电性好乙炔炭黑乙炔炭黑ACEF354556702.53.5粒径中等，结构粒径中等，结构高，导电性稳定高，导电性稳定第53页/共191页第54页/共191页第55页/共191页第56页/共191页第57页/共191页填料表面处理物理作用示意图填料表面处理化学作用示意图第58页/共191页第59页/共191页第60页/共191页第61页/共191页第62页/共191页第63页/共191页第64页/共191页第65页/共191页第66页/共

6、191页第67页/共191页第68页/共191页第69页/共191页第70页/共191页硅烷偶联剂偶联作用示意图第71页/共191页第72页/共191页功能部位：是易水解的短链烷氧基或对水有一定稳定性的螯合基，可与填料表面的单分子层结合水或羟基的质子(H+)作用而结合于无机填料表面。功能部位：是较长链的酰氧基或烷氧基，可与带羧基、酯基、羟基、醚基或环氧基的高分子发生化学反应而使填料与聚合物偶联。第73页/共191页第74页/共191页第75页/共191页第76页/共191页第77页/共191页铝酸酯偶联剂的分子空间结构示意图铝酸酯偶联剂的化学通式为：第78页/共191页第79页/共191页铝酸

7、酯偶联剂处理填料作用机理(示意)第80页/共191页第81页/共191页第82页/共191页第83页/共191页第84页/共191页第85页/共191页第86页/共191页第87页/共191页第88页/共191页第89页/共191页第90页/共191页第91页/共191页第92页/共191页第93页/共191页第94页/共191页第95页/共191页填充塑料的宏观结构形态填充塑料的宏观结构形态(a)网状结构网状结构 (b)层状结构层状结构 (c)纤维状及简状结构纤维状及简状结构 (d)分散结构分散结构 (e)镶嵌结构镶嵌结构 第96页/共191页加压下，填充塑料不产生大流动场合下，填料的取向（

8、第一类取向）加压下，填充塑料产生大流动场合下，填料的取向（第二类取向）第97页/共191页第98页/共191页(1)填料与树脂界面的形成填料与树脂界面的形成 两个阶段两个阶段：1、树脂与填料的接触及浸润、树脂与填料的接触及浸润 无机填料多为高能表面物质，而有机聚合物树脂则为低能表面物质，前者所含各种基团将优先吸附那些能最大限度降低填料表面能的物质。只有充分地吸附，填料才能被树脂良好地浸润。第99页/共191页第100页/共191页填充聚合物的界面模型填充聚合物的界面模型 第101页/共191页第102页/共191页第103页/共191页第104页/共191页第105页/共191页9090当 9

9、0，为可浸润，越小，则浸润效果越好。至0时，则完全浸润；90为浸润不良，当180则为完全不浸润。接触角法接触角法第106页/共191页cosSASLSA杨氏（Young）方程:第107页/共191页第108页/共191页第109页/共191页第110页/共191页第111页/共191页第112页/共191页第113页/共191页填充塑料的流变行为填充塑料的流变行为粘度增加粘度增加 )K1(2g1式中式中1为无填料时的粘度，为无填料时的粘度，2为填料浓度，对于硬球和正常流体为填料浓度，对于硬球和正常流体Kg为为 2.5；对于纤维填料；对于纤维填料Kg值随长径比增大而增加；对于单轴取向值随长径比增

10、大而增加；对于单轴取向填料填料Kg值为长径的值为长径的2倍。对于浓度较高的分散粒子体系，可以用下倍。对于浓度较高的分散粒子体系，可以用下式修正：式修正：)41.1K1(222g1第114页/共191页第115页/共191页第116页/共191页第117页/共191页第118页/共191页填料种类填料种类几何形状几何形状填充份数填充份数01020304050透闪石透闪石纵横比纵横比24：128.128.529.730.430.028.2大理石大理石比表面积稍大，比表面积稍大，块状块状28.128.328.529.229.730.3方解石重钙方解石重钙块状块状28.128.328.226.424.

11、120.4粉煤灰粉煤灰光滑球体光滑球体28.123.821.119.017.616.3第119页/共191页碳酸钙粒径碳酸钙粒径拉伸强度（纵拉伸强度（纵/横）横）/MPa断裂伸长率（纵断裂伸长率（纵/横）横）/%过过400目目22.6/20.7309/286过过1250目目28.2/27.3342/347过过2500目目32.3/31.7350/410纯纯PPPP+40%CaCO3PP+40%滑石粉滑石粉PP+30%玻纤玻纤PP+40%云母，未经云母，未经表面处理表面处理PP+40%云母，已经云母，已经表面处理表面处理40.019.029.443.727.942.7不同填料填充不同填料填充PP

12、的拉伸强度，的拉伸强度，MPa碳酸钙粒径大小对填充碳酸钙粒径大小对填充HDPE薄膜力学性能的影响，薄膜力学性能的影响，重钙含量：重钙含量：30第120页/共191页第121页/共191页第122页/共191页第123页/共191页第124页/共191页第125页/共191页第126页/共191页第127页/共191页第128页/共191页第129页/共191页第130页/共191页第131页/共191页A single-transition master curve for HDPE/CaCO3 blends(a)(dn=6.66m);(b)(dn=7.44m);(c)(dn=15.9m).第

13、132页/共191页第133页/共191页第134页/共191页第135页/共191页第136页/共191页无碱玻璃纤维短切丝无碱玻璃纤维短切丝长玻璃纤维长玻璃纤维短切碳纤维短切碳纤维 第137页/共191页第138页/共191页第139页/共191页第140页/共191页第141页/共191页（1）玻璃的物态-无定型非晶态固体 玻璃没有固定的熔点，随温度升高，逐渐由固态变为液态，玻璃变为液态是在一个比较宽的软化温度范围内进行；玻璃是各向同性的均质材料，晶体却不同，多数晶体是各向异性的。（2）玻璃纤维的结构-玻璃纤维的内部结构与玻璃相同第142页/共191页第143页/共191页第144页/共

14、191页第145页/共191页第146页/共191页 玻璃纤维的抗拉强度比普通玻璃高几十倍，而且直径越小，抗拉强度越高。表：不同材料的拉伸强度表：不同材料的拉伸强度第147页/共191页第148页/共191页第149页/共191页第150页/共191页第151页/共191页第152页/共191页第153页/共191页第154页/共191页后处理法后处理法 此法过程是首先除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂，然后经处理剂此法过程是首先除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂，然后经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺，使玻璃纤维表面被覆上一层处理溶液浸渍、水洗、烘干等工艺，使玻璃纤维表面被覆上一层处理剂。剂。前处理

15、法前处理法 这种方法是采用增强型浸润剂，使玻璃纤维既能满足拉丝、并股、这种方法是采用增强型浸润剂，使玻璃纤维既能满足拉丝、并股、纺织各道工序的要求，又能满足制作复合材料时粘结的要求。纺织各道工序的要求，又能满足制作复合材料时粘结的要求。迁移法迁移法 迁移法是将化学处理剂直接加入到树脂胶液中进行整体渗合，在浸迁移法是将化学处理剂直接加入到树脂胶液中进行整体渗合，在浸胶的同时将处理剂施于玻璃纤维上，借助处理剂从树脂胶液至纤胶的同时将处理剂施于玻璃纤维上，借助处理剂从树脂胶液至纤维表面的维表面的“迁移迁移”作用而与纤维表面发生作用，从而在树脂固化作用而与纤维表面发生作用，从而在树脂固化过程中产生偶联

16、作用。过程中产生偶联作用。第155页/共191页第156页/共191页第157页/共191页1.力学性能 2.碳纤维的物理性能 3.化学性能 第158页/共191页第159页/共191页第160页/共191页第161页/共191页1.表面清洁法 2.气相氧化法 3.液相氧化法 4.电解氧化法 5.表面涂层法 第162页/共191页第163页/共191页第164页/共191页第165页/共191页优点：可以利用连续纤维生产中的边角余料优点：可以利用连续纤维生产中的边角余料。第166页/共191页第167页/共191页短纤维增强热塑性复合材料的包复型增强法第168页/共191页第169页/共191

17、页双螺杆剪切混炼法制备短纤维增强聚合物复合材料工艺流程 第170页/共191页纤维的加入部位纤维的加入部位 短纤用计量螺杆侧向加料，其加料位置可在混合段中间；采用长纤维增强时，可从熔融区与混合区之间位置加入。纤维加入口处的螺杆构型 应保证聚合物基料达到充分熔融状态。在纤维加入时，为使纤维迅速地导人螺杆内，应采用大导程正向螺纹元件，随后应进入高剪切(即应设置捏合块)。第171页/共191页第172页/共191页12(1)fffcumuVV o其中，1为短纤维的取向系数；2是与短纤维长度、长度分布及纤维与基体间界面作用力有关的函数。如果短纤维在复合材料中单向取向，则1=1，2 1。如果纤维长度一致

18、，均为L，则:21()2ccLLLL 2()2ccLLLL第173页/共191页第174页/共191页o连续纤维增强热塑性塑料(Continuous Fibre Reinforced Thermoplastic Plastics，简称CFRTP)是聚合物基复合材料中新发展起来的一类重要品种。oCFRTP较之已广泛应用的热固性复合材料具有以下几方面突出优点：(1)预浸料可长期保存；(2)具有优良的综合性能，特别是在高温、高湿度下仍能保持良好的力学性能；(3)成型方法多、生产效率高；(4)制品可重复加工、再生利用。oCFRTP自70年代初开发以来，越来越受到各国重视，研究应用十分活跃，在航天、航空、汽车、化工、电子/电器等领域均得到应用，发展速度很快。近10年来，每年均以25%的速度增长，发展速度比热固性复合材料高数倍。第175页/共191页第176页/共191页第177页/共191页第178页/共191页第179页/共191页第180页/共191页第181页/共191页碳纤维毡玻璃纤维布第182页/共191页第183页/共191页第184页/共191页第185页/共191页第186页/共191页第187页/共191页第188页/共191页第189页/共191页第190页/共191页感谢您的观看。感谢您的观看。第191页/共191页