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高性能矿物填料对聚酰胺性能的影响 |
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作者：Quarzwerke公司 来源：雅式工业专网 |
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适于聚酰胺改性的高性能矿物填料
聚酰胺6和聚酰胺66是全球应用最广泛的工程塑料。它们用于对热性能和机械性能要求较高的场合。聚酰胺的特点是耐热变形性能及耐冲击性好，是电气工程和汽车工程用部件的极好基础材料。视具体要求，需要采用适当的补强材料对聚合物改性。
聚酰胺配混料的机械性能，尤其是刚性，在大多数情况下都用玻璃纤维来改善。由于在熔融混合过程中纤维会取向，玻璃纤维增强模塑配混料具有各向异性，所以并非适用于所有部件，尤其对于大型部件，各向异性的收缩行为会产生严重的问题。这种情况下，采用矿物填料就具有多方面的改性潜力，因为矿物填料具有不同的特点，如形态、硬度或表面条件。
多年来，基于针形钙硅石、片状白云母和金云母，以及片状高岭土的高质量功能填料在这方面起着重要的作用。这些高性能填料对于改善配混料的机械性能和热性能起着决定性的作用。30多年前，Quarzwerke公司就开始为聚酰胺配混料开发矿物补强填料。其高性能填料，尤其是源于以下原料的填料，适用于聚酰胺配混料：
钙硅石
钙硅石粉TREMIN 283，短针形，氨基硅烷包覆，作为功能填料在要求变形自由度大，耐冲击强度高的聚酰胺中成功应用了许多年。使用长针形TREMIN 939可达到较高的刚性度。但是，TREMIN 939由于其形态的原因会产生一定程度的各向异性。
这些填料在配混料中的用量介于20%-40%（质量）之间。补强聚酰胺可用于制造变形小、刚性高的模塑件，用于车轮毂帽、发动机罩、空气滤清器主体及电器部件等。
云母
片状云母材料系列填料有几种类型，这类矿物填料中有两种具代表性的填料作为聚酰胺配混料的补强材料在当今工业应用中具有重要地位。它们是白云母和金云母。白云母的特点是自身颜色很浅，所以应用广泛。金云母呈棕色，只能在某些条件下用于浅色制品。金云母填充聚酰胺模塑配混料具有较高的刚性，可用于多种应用场合。这两种矿物填料应用于类似场合。它们主要用于轿车发动机罩下的大型、耐温塑料件。使用片状白云母和金云母可大幅提高聚酰胺配混料的热性能和机械性能。
高岭土
高岭土是层状硅酸盐，视其矿物成因，或多或少地呈片状。选取正确的矿物原料，并适当地进行加工，可获取具特定优良性能的填料。
表面处理提高性能
Quarzwerke的高性能填料经过表面改性。用各种硅烷或硅烷类化合物对矿物填料进行表面处理可显著提高聚合物基质与填料界面处的相容性。
硅烷是双官能团化合物，含有稳定的有机官能团和可水解的反应性端基。可水解的端基与填料表面结合，而有机官能团与聚合物亲合性较高。氨基硅烷在聚酰胺用矿物填料表面处理方面已经过多年的实际验证。
与未包覆填料相比，包覆填料易混入聚合物中。采用与聚合物体系匹配的包覆剂可使聚合物与高性能填料之间达到最佳效果。表1填料说明
 测试实验与结果
使用高性能填料，Quarzwerke公司进行了大量聚酰胺的改性试验，试验结构随配方和分析方法而变化，其中一些数据有较大的差别。将成熟的填料与新开发的填料进行比较总是存在一些不确定性。为此，Quarzwerke对含有其高性能填料的配混料的性能进行了系统测试，同时也为用户提供一种合理预选适用填料的工具。
表2所列结果都由20%填料填充的PA 6 (粘度值为150 ml/g)测试。配混料在Coperion ZSK 18挤出机（10区，L/D 为40/1）上于260℃下制备，挤出机配有常压排气（4区和7区）和真空排气（9区）装置。配混过程中填料都采用侧供料机计量送入熔融配混料中（4区）。用新挤出的试样进行测试。试验结果证明，Quarzwerke的高性能填料为设计聚酰胺配混料的性能开辟了更大的空间。表2 试验结果
 TREMIN补强的配混料具有以下特点：优异的刚性、耐热变形和耐温性能好、由于采用了TREMIN 283而具有优异的尺寸稳定性、韧性高、优异的涂料粘附性能。
云母补强聚酰胺配混料有以下特点：改善各向同性收缩性能；显著降低收缩率；降低变形敏感性；提高拉伸强度和弹性模量；提高了刚度，而韧性没有明显变化。
使用片状高岭土填充聚酰胺配混料：拉伸强度和弹性模量增大；提高了刚度，而韧性无明显变化。大多情况下采用可以改善填料性能的体系，尤其是采用硅烷化填料可改善韧性。
高性能填料的配混建议
只有在加工过程中可保持钙硅石的针形及高岭土和云母的片状，针形钙硅石及片状高岭土和云母产品在机械性能方面的优点才可充分实现。
所有用于配混玻璃纤维的生产线都适合加工TREMIN 939。应首先选用同向双螺杆挤出机。用于配混一些硬度较低的填料的生产线，在采取防磨损措施后也可用于配混TREMIN。
为尽可能保持针形钙硅石长度，应当在熔融聚合物的下游加入。与玻纤不同，TREMIN 939不需破碎。适度的剪切力足以使填料分散。视设备条件，20~30%（质量）的TREMIN 939能以“自由下落”方式加入。填充程度较高的情况下需要使用填压机构强制供料。采用搅拌器可防止在常用的圆形供料料斗中形成料桥。
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(10/20/2011) |
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