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云母百科
云母粉在塑料中的应用特点


①可改善塑料的光学性能

云母晶片具有反射、辐射红外线和吸收、屏蔽紫外线等功能。如在农膜中加入优质的湿法云母粉,云母微晶片反射红外辐射,可使光能在穿过农膜后就难以因热辐射(即红外辐射)而逃逸,提高暖棚、地膜等的保温效果。在这一应用中,云母粉的纯度和片状结构特别重要。杂质会降低云母粉的增强效果,影响透明度,并使雾度大幅度上升,使得进入暖棚的光合作用减少。

云母的透光性好,对7~25μm的红外线阻隔作用也较其他无机填料好,填加到塑料薄膜中可大大提高散光率。在农用塑料薄膜中使用的云母粉,并不要求过高的径厚比。如果在填充塑料中仍能保持大的径厚比,其增强效果是十分突出的。在使用通常机械粉碎制得的云母颗粒径厚比很小,要想制得径厚比大的云母粉、需使用特殊的方法和设备。

药品、化妆品、食品等产品需要屏蔽光辐射,特别是紫外辐射,以改善产品的储存性能。它们的塑料包装材料中可加入片状结构完美的湿法云母粉,以屏蔽光辐射,特别是紫外辐射。大粒径云母粉填料能提高材料的光泽(珠光效应),细微的云母粉起消光作用。

②可改善塑料的气密性

湿法云母粉具有优异的薄片状晶形,径厚比高达80~120倍,有效阻隔面积很大。在加工中,通过材料的压延、拉伸等作用,云母晶片即在塑料内形成平行取向排列,其取向平行于塑料制品的表面,与气体、液体的渗透逃逸方向相垂直,从而在塑料等材料内形成层层阻隔,使气体和液体极难穿透。研究结果表明,加入云母粉后穿透材料的时间延长3倍左右。试验证明,要获取优异的阻隔作用,云母的片状的径厚比至少要达到50倍,最好在70倍以上。

在塑料中加入云母粉后,可以用来生产啤酒瓶、药物包装瓶、防潮防渗漏材料以及特种塑料包装材料。

③可改善塑料的物理力学性能

片状和纤维状填料可分散材料所受到的应力,其机理与混凝土中嵌入的钢筋相似。在塑料制品中加入大径厚比的云母粉后,塑料的拉伸强度、抗冲击强度、弹性模量、热稳定性、抗疲劳蠕变性和抗磨性能等都有明显改善。

塑料本身的硬度都有限。不少填料(如滑石粉)的机械强度也很低。相反,云母是花岗岩的成分之一,其硬度和机械强度较大。所以塑料中加入云母粉作填料,增强效果特别明显,高径厚比是高纯云母粉增强的关键。在PP中添加20%左右的湿法云母,刚性提高了近一倍,制品的热变形温度显著提升。在PVC中添加20%~30%云母粉后,热变形温度提高60%,各种机械性能下降不明显。在PA66、PBT、PET、ABS等工程塑料中,添加1250目的云母粉20%~30%时,对于复合材料的力学性能,尤其是拉伸强度和弯曲强度提高20%以上,具有明显的增强效果。还可显著提高制品的绝缘性能和成型尺寸稳定性。在塑料薄膜中,可提高薄膜的拉伸强度、直角撕裂强度等。

在PP中加入不同种类的填料,其拉伸强度、冲击强度等指标有明显差异。详见表2-1-2。

 

2-1-2  不同种类填料对复合材料性能的影响

项目

滑石粉

云母粉

滑石粉/云母(1:1)硅灰石

硅灰石

硅灰石/滑石粉(1:1)

MFR(g/10min)

5.47

5.06

4.83

5.13

4.84

拉伸强度(Mpa)

27.52

29.63

29.12

28.88

28.52

断裂伸长率(%)

450

350

405

254

324

弯曲模量(Mpa)

1098

1331

1358

1211

1242

冲击强度(kJ/m2

22.13

36.36

23.67

14.44

17.24

模塑收缩率(%)

1.23

1.12

1.27

1.26

1.29

 

从表2-1-2中可见,采用云母共混物拉伸强度、冲击强度最高、模塑收缩率最小,这与云母具有独特径厚比的片状结构有关。

云母粉的表面改性处理对于应用性能有极大的作用,它可大幅度提高材料在化学意义上的整体性,从而使材料的性能得以极大地提高。正确的偶联处理也是云母粉增强的关键。实践表明:经活化处理的矿物填充剂不仅流动性好,而且矿物与聚合物的键连接更加紧密,即相容性增强。例如,采用钛酸酯偶联剂分别处理滑石粉和云母,再与PP/PE/POE共混,基本配方为:PP 67.5份,HDPE 15份,POE 5份,填料12.5份。性能测试结果见表2-3。

 

2-1-3  填料种类与表面处理对共混物性能的影响

 

测试性能

滑石粉

处理滑石粉

云母

处理云母

处理滑石粉/处理云母

处理云母/乙二酸

MFR(g/10min)

8.1

8.7

8.7

9.2

7.7

7.4

拉伸强度(Mpa)

26.8

27.5

30.9

30.5

29.1

32.2

断裂伸长率(%)

375

410

235

350

400

210

弯曲模量(Mpa)

1975

1928

2028

2071

2074

2125

冲击强度(kJ/m2

6.3

7.4

9.5

10.0

9.5

10.1

模塑收缩率(%)

1.12

1.15

1.00

1.05

1.15

0.99

 

注:处理滑石粉/处理云母粉的质量比为1:1,乙二酸质量分数为2%。

从表2-1-3中可见,采用云母粉共混物的性能明显优于滑石粉的共混物。采用经过偶联剂处理填料的共混物的冲击性能优于采用未处理填料的共混物,但处理的填料模塑收缩率有所增加。加入乙二酸提高了拉伸强度和弯曲模量,降低收缩率和MFR,冲击强度也有显著改善。

④可改善塑料制品的绝缘性能

云母本身是高性能绝缘材料,具有极高的电阻性能。云母粉电性能优异,击穿电压高,介电常数大,损耗因子小,耐电弧性好,同时,云母吸湿性低,云母作填充剂时热变形温度高,对在潮湿环境和较高温度中保持电性能是有益的。如需制造高绝缘性塑料制品,可适当加入云母粉。在PP中添加质量为50%的云母,击穿电压增加一倍以上。而含铁量高的云母的绝缘性能较低,应避免使用。

⑤可改善塑料制品的热稳定性和阻燃性

由于云母粉粒子本身具有良好的热稳定性,从而提高了复合材料的热稳定性。如采用十二烷基三苯基磷酸盐对云母粉进行表面处理后,添加3%到PBT树脂中,PBT的初始分解温度由366℃增加到375℃,提高了9℃。当1500目的云母粉含量为30%时,PA6中加入云母粉在30%时,它的热变形温度可以达到161.6℃。

随着对高性能、高效能、环保型阻燃聚合物要求不断的提高,传统的阻燃材料受到严重的挑战;而聚合物/云母复合材料恰好具备了这些新型阻燃的基本特点,具有传统阻燃体系无法比拟的优点,展现出广阔的发展前景。聚合物/云母复合材料具有阻燃性的原因在于云母在燃烧过程中吸收热能量逸出结晶水,形成层状硅酸盐,这种多层的硅酸盐结构作为隔热和物质传递障碍降低了可挥发性的产物的向外扩散过程,因此起到了阻燃作用;研究发现5%的云母使PA6复合材料的热释放速率的峰值下降63%,添加1%的云母就能使PS的热释放速率下降64%,聚合物/云母复合材料的阻燃性能不仅仅是由云母的阻隔作用引起的,而且还由于云母层中铁离子或者像铁离子一样具有顺磁性的物质起到了自由基捕获剂的作用。

⑥可改善塑料制品的尺寸稳定性和外观

一般说来,云母增强塑料的物理性质界于用玻璃纤维及矿物填料(如滑石)增强塑料之间。与玻璃纤维增强塑料相比,云母增强材料的优点是具有较高的模量和较低的翘曲度。已经广泛商业化的玻璃纤维增强阻燃PBT材质中,如日本宝丽公司的PBT-3316和PBT-7030,日本三菱的PBT-5010,广州金发的PBT-RG301,长春塑料的PBT-4130等牌号,都添加了5%左右的云母粉与玻璃纤维协同改性PBT树脂,从而达到具有良好流动性和低翘曲的效果。

ABS塑料的成型加工尺寸收缩率为0.5%,而纯PP的加工成型收缩率为1.5%~2.0%,无机材料改性PP的成型收缩率也大于ABS塑料,采用云母粉或云母粉加适量玻璃纤维为改性剂加工的PP制品,不仅各项力学性能得到改善,而且其加工成型尺寸收缩率较低,可达到0.75%以下,此值与ABS的0.5%接近。当云母粉:玻璃纤维为1:3添加到PET/PBT复合材料中,材料的横纵收缩率比值由原来的2.2降低为1.3,有效的改善了其翘曲的缺陷.

据悉,吴唯等制备研究了80目、400目、1250目三种不同粒径云母粉与PP共混制成的复合材料,其结果表明:云母粉可普遍提高PP的强度、模量和室湿韧性,其中弯曲性能增幅尤为显著,但复合材料的断裂伸长率有所下降。减小云母粒径,复合材料韧性上升而刚性下降。然而PP-g-MAH可强化PP与云母两相界面的结合,使界面过渡层变厚,从而普遍提高各项性能。孟明锐等采用庚二酸对于云母粉进行表面处理后再与PP共混,制备的复合材料其测试结果表明:复合材料的拉强度和弯曲模量均随云母质量份数的增加而增加,特别是冲击强度得到了明显提高。当充填庚二酸改性过的云母粉含量为5%(质量份数)时,复合材料的缺口冲击强度达到了32.43KJ/mm2,是纯PP的5.96倍。广角X射线衍射仪、差示扫描管热仪和偏光显微镜的分析结果都证明了庚二酸表面处理的云母可诱导复合材料产生大量β晶,至使复合材料冲击强度得到提高。

 

 

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