纳米碳粉研究样本Word文档格式.docx

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（1）降低成本。

由于石油资源的紧缺,导致树脂和石化原料价格上涨,矿物粉体售价低于合成树脂10~15倍,适量填充可使塑料成本有所降低。

例如,在聚氯乙烯和聚丙烯中加入大量的碳酸钙;

（2）补强作用。

某些填料作为补强剂可提高塑料制品的硬度、弹性模量、尺寸稳定性和热稳定性等物理机械性能。

例如,加入滑石粉可提高低压聚乙烯的弯曲弹性模量;

（3）功能作用。

添加大多数填料后塑料产品具有原先不曾有的特殊功能,如:

光降解性能、渗透性、耐水性、耐候性、防火阻燃性、耐油性、电磁功能等。

例如,添加石墨可增加塑料的导电性、耐磨性。

1.3填料的要求

用作塑料填充材料的填料有以下一些要求:

（l）化学稳定性高,耐热性好,在加工温度不分解,不影响塑料树脂原有的物理机械性能。

例如添加后引起塑料制品因弯曲、拉伸而产生的泛白

现象要小;

（2）与其它加工助剂成惰性,共混后不发生化学反应;

（3）在塑料树脂中分散混合性好,不影响加工性能,对设备磨损小;

（4）吸油量和吸收塑料树脂量小;

（5）不含促进树脂加速分

解的杂质;

（6）不溶于水、油脂等一切溶剂,不吸潮、不含结晶水（阻燃剂除外）、耐酸耐碱;

（7）填料粉体外观色泽均匀、粒径粗细一致;

（8）价廉而且来源丰富,每批量填料之间的质量波动要

小。

1.4填料的改性

当前,对非金属矿物填料表面改性主要有6种方法:

（1）对无机粉体包覆;

（2）沉淀反应;

（3）表面化学改性;

（4）机械力学改性;

（5）辐射高能处理;

（6）微胶裹化。

2混合方法

填料添加在塑料中改性,一般有以下2种方式:

（1）粉体直接混入法。

此法又分2种方法:

Ⅰ直接法是将填料粉体和塑料树脂共混搅拌均匀后,直接送入塑料成型机械加工成产品。

Ⅱ造粒法是将填料粉体、塑料树脂和加工助剂共混搅拌

均匀后,先送至造粒流水线造出改性塑料树脂后,再送入塑料成型机械加工成产品。

优点是操作简便,成本低;

缺点是粉尘飞扬,易污染环境。

（2）母料法。

按照规定配方将填料粉体、加工助剂、载体共混搅拌均匀后,再送入母料造粒流水线,造出母料粒子,再将母料粒子按需要配比计量均匀混入塑料树脂后,送入塑料成型机械

加工成产品。

优点是使用方便,无环境污染之虑;

缺点是成本高于直接混入法。

3填充改性在塑料中的应用

3.1碳酸钙

碳酸钙（CaCO3）其原料易得、价格低廉、毒性低、污染小、色泽白,并易着色、化学性能稳定、填充量大及混炼加工好等优点,己成为塑料加工中用量最大的浅色填料之一,广泛用于所有的热塑性和热固性塑料。

应用于塑料中填料的碳酸钙有重质（简称重钙）和轻质（简称轻钙）两种。

现在塑料中使用的重质碳酸钙多用方解石作为原料,可增加塑料产品体积,降低成本,提高硬度和刚度,减小塑料制品的收缩率,提高尺寸稳定性;

改进塑料的加工性能、提高其耐热性、改进塑料的散光性、抗擦伤性、平滑度;

同时对缺口抗冲击强度的增韧效果及混炼过程中的粘流性等方面都具有明显的效果。

当前使用CaCO3为填料的主要塑料品种有8大类。

一般,为使碳酸钙能均匀分散在塑料中,必须对碳酸钙进行表面活化处理。

根据最终塑料制品的成型工艺和使用性能要求,选取一定粒径的碳酸钙,用偶联剂、分散剂、润滑剂等助剂先活化处理,再加入一定量的载体树脂混合均匀后,用双螺杆挤出机挤出造粒,即得碳酸钙膜母粒。

董建萍等将碳酸钙粉体经过活化、造粒处理填充到聚乙烯薄膜,可使填充制品成本降低。

随着填料的增加,其加工性能逐渐变差,单位质量塑料产品体积减小。

经测算,使用填充剂后成本的降低足以弥补因体积减小产生的损失。

对于薄膜制品而言,填充量小于10%效益增加不明显;

超过30%,则不容易稳定成膜,影响成品质量。

解磊等研究表明,含4份CaCO3的PP/POE/纳米CaCO3复合体系,达到脆-韧转变所需的弹性体POE量最少。

纳米CaCO3的添加还能够提高复合材料的弯曲模量,在增韧的同时提高材料的刚性。

徐伟平等研究了纳米CaCO3填充HDPE复合材料的力学性能和流变性能,认为纳米CaCO3即使不经表面活化处理,对HDPE也有一定的增韧作用。

经过适当的表面处理可使复合材料的冲击强度、断裂伸长率显著提高。

随着纳米CaCO3的质量分数的增加,复合材料的冲击强度先提高后降低。

在其质量分数为25%时,冲击强度达到最大值。

其中钛酸酯偶联剂NDZ-101处理体系的增韧效果较为明显,最大冲击强度比纯HDPE的高出70%。

陆宏志研究了纳米CaCO3对PVC的增韧改性。

采用钛酸酯偶联剂对其表面进行改性,获得钛酸酯偶联剂湿法改性纳米CaCO3的最佳条件,改性后的纳米CaCO3吸油值显著下降。

对PVC/CaCO3复合材料的力学性能测试表明:

改性后的纳米CaCO3,能使复合材料的冲击强度达19.3kJ/m2,增韧增强效果显著。

3.2金属纤维

导电塑料广泛用于半导体材料、防静电材料、导电性材料等领域。

导电塑料一般可分为结构型和填充型。

填充型导电塑料是由电绝缘性能较好的合成树脂和具有优良导电性能的填料及其它添加剂经过混炼造粒,并采用注射、挤压或压塑等成型方法制得。

国内碳系填充型导电塑料已形成工业化生产,但在品种、质量稳定性等方面与国外有较大差距。

特别是与集成电路相关的导电塑料的工业化生产基本空白,当前使用的产品大部分依赖进口。

欧洲商业通讯公司最新研究报告显示,受电子工业新应用领域（如平板显示器、太阳能电池和有机发光二极管等）的影响,全球导电塑料消费量比增长10%,增至77.5kt。

随着金属纤维填充热塑性导电塑料的快速发展,国外许多公司,如美国GE公司、Wilson微纤国际公司,日本大赛珞公司,荷兰DSM公司等都已有多种类型和不同用途的产品生产与应用。

国内外对金属纤维填充型导电塑料的研究大多采用铜纤维（Cu）或不锈钢纤维（SSF）作导电填料。

SSF是80年代才得到开发与应用的一种新型导电纤维材料,具有优良的导电性和加工性能,最突出的性能是不易产生表面氧化,因而无需进行繁杂的去氧化层和表面防护处理。

用拉拔技术生产的SSF直径小,对塑料基体性能如收缩率、拉伸强度、弯曲模量等影响较小。

另外SSF的填充加入对合成树脂的外观颜色、机械性能、加工性能等影响最为轻微,且达到相同电磁屏蔽效率时所需的添加量为最少。

当前,在电磁（波）屏蔽（EMI/RFI）防护方面广泛应用的导电纤维主要有3种:

导电碳纤维（CC）、镀镍石墨纤维（NC）及SSF,其中SSF填充导电塑料约占60%的市场份额,主要应用在消费电子产品、电器、通讯器材、安全防爆产品、信息传递与安全、抗静电、石油化工等领域;

镀镍石墨纤维增强导电塑料约占30%的市场份额,主要应用于便携式电子产品、通讯、医疗器械、军工、航天航空等领域;

其它品种约占不到10%的市场份额。

3.3碳系填充剂

碳系导电塑料是全球市场占统治地位的导电塑料,常见的碳系填料能够分为炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管等。

石磊等对膨胀石墨（EG）填充硬质聚氨酯泡沫塑料（RPUF）泡孔结构和填料分散情况进行了分析。

研究表明,EG使RPUF泡孔平均直径减小,泡孔尺寸分布减小,EG在反应体系中充当泡孔成核剂,石墨片层间距离小,并未形成插层复合结构。

随EG用量的增加,RPUF的压缩强度和压缩模量轻微下降。

不同膨胀倍率的EG对其压缩强度和压缩模量没有影响。

EG填充RPUF的体积电阻没有变化,对其导电性能没有影响。

陆长征等将乙炔炭黑、国内的超导炭黑及进口超导炭黑对比,从炭黑的性价比考虑,选择了结构高、比表面积大及灰分少的超导炭黑为主要导电填料,采用共混方法制备导电塑料。

超导炭黑的使用较大地提高了导电塑料的性能,而采用共混的方法则可在提高制品电性能的同时保证了复合材料的机械性能。

采用金属包覆PAN基碳纤维,与环氧树脂、ABS、聚烯烃等基体复合后制得的导电塑料,在频率10~800MHz下测得其屏蔽效能平均为50dB,最高可达60dB。

3.4硅灰石

自然界产出的硅灰石一般呈纤维状、针状或放射集合体。

硅灰石具有高电阻和低介电常数等优良特性。

纤维状硅灰石经粉碎后,仍保持针状晶形和具有一定长径比,其长径比L/D一般为1∶5,经特殊粉碎后,L/D可达15∶1~20∶1。

改性硅灰石作为塑料填料,主要用来提高拉伸强度和挠曲强度,降低成本。

尼龙是硅灰石最大的应用市场,用硅烷偶联剂改性处理的硅灰石增强尼龙66,能够降低成本,改进弯曲强度及拉伸强度,降低吸湿率,提高尺寸稳定性。

填充50%硅灰石的复合材料,其冲击强度由原来的11.97kJ/m2提高到247.8kJ/m2。

Misra等使用325目的改性硅灰石填充在聚丙烯中,产品性能优良。

若使用硅灰石和玻纤复合材料填充聚丙烯,则可获得成本低、加工流动性和物理力学性能等综合性能优异的复合填充改性材料。

将不同组成的硅灰石、玻纤、聚丙烯注射成标准样条,组成为硅灰石/玻纤/聚丙烯（Si/G/PP）复合材料,其综合性能最佳。

这是由于硅灰石、玻纤对PP结晶过程起成核剂作用,且球晶变小,数量增多所致。

牛艳萍研究硅酸盐矿物填充ABS性能,降低原料成本,还能够使弯曲弹性模量、巴氏硬度增大,即材料的刚性、耐磨性提高;

能满足很多应用领域对其力学指标的使用要求,从而降低原料成本,提高经济效益。

另外,硅灰石还广泛应用于聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氨醋、酚醛树脂等塑料中,作为无毒填充剂用于制造密封材料和绝缘材料。

3.5二氧化硅

常规二氧化硅（SiO2）作为补强添加剂加到塑料中,利用它的透光性、粒度小,能够使塑料变得更加致密。

纳米SiO2的作用不但仅是补强,它还具有许多新的特性,如半透明性的塑料薄膜,添加纳米SiO2不但提高了薄膜的透明度、强度、韧性,更重要的是防水性能大大提高。

王军等制得了一种纳米SiO2增强硬质PU泡沫塑料。

研究表明,SiO2添加量较低时,压缩强度和冲击强度有一定提高,但会引起黏度迅速增加,导致发泡困难,纳米SiO2质量分数为7%时,压缩强度和冲击强度开始下降。

谢海安等制备的PU/SiO2硬质泡沫塑料的TEM显示,SiO2在PU/SiO2中呈球状,径分布在50~70nm。

随SiO2含量增加,PU/SiO2硬质泡沫塑料的吸水率先升后降,拉伸强度显著提高,冲击强度缓慢增大,而压缩强度先缓慢降低,到SiO2质量分数为0.9%时才急剧增大。

3.6空心玻璃微珠

空心玻璃微珠填充到泡沫塑料中,不但引入了相当的孔隙,降低