1、第9章 聚合物的填充改性第9章 聚合物的填充改性填充改性：就是在聚合物基體中加入與基體組成和結構不同的固體添加物，以降低成本，或使塑料制品的性能有明顯改變。增強改性往往是通過使用玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維以及云母、硅灰石等具有特大長徑比或徑厚比的填料，這些填料加入到塑料中后對材料的力學性能和耐熱性能有顯著貢獻。填充改性：就是在聚合物基體中加入與基體組成和結構不同的固體添9.1 聚合物填充改性體系的組成 聚合物填充改性體系的組成有：基體樹脂、填料、輔助材料（助劑）1. 聚合物（基體樹脂）：應滿足以下條件 （1）良好的綜合性能 （2）對填料有較強粘結力 （3）具有良好的加工性能9.1 聚合物填充改

2、性體系的組成 聚合物填充改2. 填料填料：填充改性中的固體添加物稱為填料,也稱為填充劑（1）填料的作用 a.增量：將其添加入聚合物中可增加體積、降低成本 b.增強：改善聚合物某些方面性能如拉伸強度、剛度、沖 擊強度、硬度等。 C.賦予功能：一些功能性填料還可賦予高分子材料特殊的電、 磁、阻燃、耐磨、耐輻射等性能，拓寬其應用領域，填料已被認為是一種功能性添加劑。填料分為：增量型填料（降低成本）和增強型填料（提高材料力學強度）2. 填料填料：填充改性中的固體添加物稱為填料,也稱為填充劑（2）填料的性質顆粒的形態：指填料的幾何形態粒徑：使用填料的粗細、大小應根據實際而定吸油值：把100克填料吸附液體

3、助劑的最大量定義為該填 料的吸油值硬度：硬度高的填料可以提高塑料的耐磨性顏色及光學特性化學組成電性能、.磁性能（2）填料的性質顆粒的形態：指填料的幾何形態3. 偶聯劑及表面處理劑 為提高填料與聚合物之間的親和能力，常加入偶聯劑及表面處理劑4.其他助劑增塑劑、增韌劑、穩定劑、潤滑劑、分散劑等3. 偶聯劑及表面處理劑 為提高填料與聚 填充劑的種類繁多，可按多種方法進行分類。按化學成分，可分為無機填充劑和有機天然材料填充劑兩大類。 將無機填充劑進一步劃分，可分為:碳酸鹽類、硫酸鹽類、金屬氧化物等、金屬分類、金屬氫氧化物類、含硅化合物類、碳素類等。 填充劑按形狀劃分，有粉狀、粒狀、片狀、纖維狀等。9.

4、2 常用填料品種及特性9.2 常用填料品種及特性9.2.1 碳酸鹽碳酸鹽類型的填料是塑料填料中最重要的一類。它以碳酸鈣為主，分子式為CaCO3。碳酸鈣分為天然礦石磨碎而成的重質碳酸鈣和用化學法生產的沉淀碳酸鈣又稱輕質碳酸鈣。兩種天然碳酸鈣礦石來源于石灰巖。重質碳酸鈣密度為2.62.94gcm3，輕質碳酸鈣密度為2.42.6gcm3。 9.2.1 碳酸鹽優 點 1) 價格低廉，普通重質碳酸鈣每噸100300元，普通輕質碳酸鈣數百元/噸。 2) 無毒、無刺激性、無味。 3) 色澤好、白，對其它顏色的干擾小，易著色。 4) 硬度低，對加工設備的磨損輕。 5) 化學穩定，屬惰性填料，熱分解溫度為800

5、以上。 6) 易干燥，水分易除去，無結晶水。優 點 1) 價格低廉，普通重質碳酸鈣每噸10用 途1) 增量，降低成本。 2) 提高制品的耐熱性，例如在聚丙烯中添加40的CaCO3，其熱變形溫度可提高20左右。3) 改進塑料的散光性，起到遮光或消光的作用。4) 改善塑料制品的電鍍性能或印刷性能。5) 減少制品尺寸收縮率，提高尺寸穩定性。6) 碳酸鈣還可作為聚氯乙烯糊及不飽和聚酯 的黏度調節劑。但是由于碳酸鈣易被酸分解，故不宜用于耐酸制品中。用 途1) 增量，降低成本。 但是由于碳酸鈣 在塑料制品中采用碳酸鈣作為填充劑，不僅可以降低產品成本，還可改善性能。 例如，在硬質PVC中添加510份的超細碳

6、酸鈣，可提高沖擊強度。碳酸鈣廣泛應用于PVC中，可制造管材、板材、人造革、地板革等， 也可用于PP、PE等塑料中，在橡膠制品中也有廣泛的應用。 在塑料制品中采用碳酸鈣作為填充劑，不僅可以降（1）重質碳酸鈣：可由天然碳酸鈣礦物如方解石、大理石、白堊磨碎而成，粉碎方法有干法和濕法兩種。現在使用的重質碳酸鈣多用方解石為原料制備得到。它不象輕質碳酸鈣那樣，經過化學反應制得。重質碳酸鈣也叫三飛粉，是無味、無嗅的白色粉末，幾乎不溶于水。（2）輕質碳酸鈣:這是用化學方法制造的碳酸鈣，學名叫沉降性碳酸鈣。輕質碳酸鈣的粒度也可以做成多種，通常把0.11m顆 粒粒徑的輕鈣稱之為微細，把0.020.1m范圍內的稱之

7、為超細，把粒徑O.02um 的稱之為超微細。碳酸鈣分類（1）重質碳酸鈣：可由天然碳酸鈣礦物如方解石、大理石、白堊磨一般，輕質碳酸鈣比重質碳酸鈣的純度高，含無機雜質少，在同樣用量下，填充輕質碳酸鈣制品的表面劃傷性和折彎白化性比填充重質碳酸鈣小。輕質碳酸鈣的最大特點是有補強作用，可提高制品的沖擊強度。為了減少碳酸鈣顆粒的凝聚作用，降低顆粒表面能，住往需要對填料表面進行改性處理。我們通常把經過表面處理的碳酸鈣稱為活性碳酸鈣、活性鈣、活化鈣等，0.1m以下的極細碳酸鈣經表面處理后，在橡膠和塑料中的分散性良好，制得的制品表面光澤。活性鈣的補強作用比輕質碳酸鈣更強，在硬聚氯乙烯中的用量可達2030份。一般

8、，輕質碳酸鈣比重質碳酸鈣的純度高，含無機雜質少，在同樣硅酸鹽類巖石在地球上分布極廣，種類繁多，是礦物填料的主要來源之一。以硅酸鹽礦物為主要原料制成的聚合物填充用填料有滑石粉、陶土、云母粉、硅灰石粉等。9.2.2 硅酸鹽9.2.2 硅酸鹽 滑石是一種含水、層狀結構的硅酸鹽礦物。化學式：Mg3(Si4O10)(OH)2。其化學組成為：MgO為31.8%,SiO2為63.37%，H2O為47%，常含少量的Fe、Al等元素。 滑石的密度為2.72.8g/cm3，硬度是礦物填料中最小的一種，莫氏硬度為1，有柔軟滑膩感。其顏色有白、灰綠、奶白、淡紅、淺灰等，具有珍珠光澤。 在380500時可失去締合水，8

9、00以上時則失去結晶水。滑石在水中略顯堿性，pH值為9.09.5。 滑石具有層狀結構，相鄰的兩層靠微弱的范德華力結合。 在外力作用時，相鄰兩層之間極易產生滑移或相互脫離，滑石顆粒結構基本形狀是片狀或鱗片狀。（1）滑石粉 滑石是一種含水、層狀結構的硅酸鹽礦物。化學式：M 首先滑石粉常被看成是增強性填料。滑石粉可以提高填 充材料的剛度和硬度，改善尺寸穩定性和在高溫下抗蠕 變的性 能。 其次滑石粉可以顯著提高填充材料耐熱性。 另外滑石粉具有潤滑性，可減少對成型機械和模具的磨 損，但用量多時不利于塑料的焊接。作用 首先滑石粉常被看成是增強性填料。滑石粉可以提高填作滑石粉適用于PVC、PP、PA、ABS

10、樹脂等塑料的填充改性，多用于耐酸、耐堿、耐熱及電絕緣制品中。因其折射率（1.57）與聚氯乙烯相近，故可用于半透明PVC塑料制品的生產。此外，滑石粉無毒，可用于與食品接觸的制品。滑石粉可作為聚丙烯的結晶成核劑，使聚丙烯的球晶微細化、提高結晶度，并能增加剛性。細滑石粉對三元乙丙橡膠有補強作用，能提高拉伸強度和硬度。滑石粉做塑料薄膜光學性能調整的添加劑，滑石粉效果雖不是最佳的但價格卻是最低的。 用途滑石粉適用于PVC、PP、PA、ABS樹脂等塑料的填充改性，（2）高嶺土 高嶺土是粘土中的一種，是一種水合硅酸鋁礦物質，其分子式可表達為A12O32SiO22H2O。一般高嶺土中含有SiO2 4050，A

11、12O3 3040，Fe2O3 1.22.0，燒失量為1112，此外還含有微量Ti、Ca、Mg、K、Na等金屬元素的氧化物。 它的單晶是一種雙層水合硅酸鋁，一層是二氧化硅，一層是水合氧化鋁，通過化學結合而成，具有六角形片狀構型。在水中pH值略呈酸性，但其耐酸堿性在大多數情況下仍然很好。（2）高嶺土 高嶺土是粘土中的一種，是一種水合硅酸鋁礦物高嶺土在塑料中使用時，在不顯著降低延伸率和沖擊強度的情況下，可提高玻璃化溫度較低的熱塑性塑料的拉伸強度和模量。可用于聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、尼龍和酚醛樹脂等塑料的填充改性中。通常使用高嶺土作為塑料填料，主要是為了提高塑料的絕緣強度，可用于制造各種電線電纜包皮

12、。在橡膠工業中，高嶺土作為半補強填充劑，含高嶺土的膠料加工容易，壓出物表面光滑，多用于工業橡膠制品，特別是耐油、耐酸堿、耐熱制品，也可用于膠鞋、膠帶、膠管、膠墊等制品。高嶺土對紫外線的阻隔作用顯著。這一特性除用于軍事目的外，在農用薄膜中也得到應用，它可以提高塑料大棚的保溫作用。用途高嶺土在塑料中使用時，在不顯著降低延伸率和沖擊強度的情況下，（3）云母粉 云母的主要成分是硅酸鉀鋁，按來源和種類不同也可含有不同比例的鎂、鐵、鋰或氟，因此各類云母的化學組成有很大差別。 ，主要品種有白云母和金云母。云母為鱗片狀結構，具有玻璃般光澤。云母經加工成粉末，可用作聚合物填充劑。云母粉易于與塑料樹脂混合，加工性

13、能良好。 工業上使用云母往往留下許多碎片可用作填料，但云母的粉碎細化比較困難，一般采用濕法粉碎，因此用于聚合物填充之前，需將水分烘除。 可采用氣流粉碎方法制得細度達幾千目的云母粉，但耗電多，價格較高。（3）云母粉 云母的主要成分是硅酸鉀鋁，按來源和種類 云母粉可用于填充PE、PP、PVC、PA、PET、ABS等多種塑料，可提高塑料基體的拉伸強度、模量，還可提高耐熱性，降低成型收縮率，防止制品翹曲。云母粉還具有良好的電絕緣性能。 云母粉呈鱗片狀形態，在其長度與厚度之比為100以上時，具有較好的改善塑料力學性能的作用。在PET中添加30的云母粉，拉伸強度可由5 5MPa提高到76MPa，熱變形溫度

14、也有大幅度提高。 云母粉在橡膠制品中應用，主要用于制造耐熱、耐酸堿及電絕緣制品。 填加云母的薄膜在透光率降低微小的情況下可大大提高散光率，同時對725m波長的紅外線的阻隔作用也是最好應用應用（4）玻璃微珠 玻璃微珠是一種表面光滑的微小玻璃球，可由粉煤灰中提取，也可直接以玻璃制造。人工方法制作的玻璃微珠價格較高。 玻璃微珠分為漂珠和沉珠兩種。漂珠屬于一種中空玻璃微珠,沉珠是實心的. 玻璃微珠的化學組成為： SiO272% , Na2O(或K2O)14% , CaO8% , MgO4%, Al2 O31% , Fe2O30.1% , 其他0.9% ，如TiO20.8%，SO2 0.5% , P 0

15、.02%等。（4）玻璃微珠 玻璃微珠是一種表面光滑的微小玻璃球，可由 實心玻璃微珠具有光滑的球形外表，各向同性，且 無尖銳邊角，因此沒有應力高度集中的現象。此外，玻璃微珠還具有滾珠軸承效應，有利于填充體系的加工流動性。玻璃微珠的膨脹系數小，且分散性好，可有效地防止塑料制品的成型收縮及翹曲變形。 實心玻璃微珠主要應用于尼龍，可改善加工流動性及尺寸穩定性。此外，也可應用于PS、ABS、PP、PE、PVC以及環氧樹脂中。 玻璃微珠一般應進行表面處理以改善與聚合物的界面結合。性能及用途 實心玻璃微珠具有光滑的球形外表，各向同性，且 無尖銳邊 中空玻璃微珠除具有普通實心微珠的一些特性外，還 具有密度低、

16、熱導率低等優點，電絕緣、隔音性能也 良好。但是，中空玻璃微珠殼體很薄，不耐剪切力， 不適用于注射或擠出成型工藝。 目前，中空玻璃微珠主要應用于熱固性樹脂為基體的 復合材料，采用浸漬、注模、壓塑等方法成型。 中空玻璃微珠與不飽和聚酯復合可制成“合成木材”具有質量輕、保溫、隔音等特點。 中空玻璃微珠除具有普通實心微珠的一些特性例如在聚對苯二甲酸丁二酯中添加質量分數為30%的玻璃微珠，熱變形溫度由55提高到85，彎曲強度由92MPa提高到105MPa。在塑料鞋跟等材料中可添加5%40%的玻璃微珠，在塑料板材中可添加20%40%的玻璃微珠。漂珠添加到樹脂中后，在混合混煉中，應采用低速、低剪切力，否則漂

17、珠易被碰碎壓壞。沉珠添加到樹脂中，一般采用普通填料的成型工藝條件即可。由于玻璃微珠是球體，故在塑煉時流動性能比普通粉狀填料的流動性能好些，因此在配方中可適當減少一些潤滑劑的用量。例如在聚對苯二甲酸丁二酯中添加質量分數為30%的玻璃微珠，熱9.2.3 氧化物與氫氧化物二氧化硅在地殼中分布最多，占地殼氧化物的60%左右、大部分形成硅酸鹽礦物巖石。如砂子、石英、石英巖、和硅藻土是天然產的硅砂。但在粒度、結晶度和硬度上有所區別。由于石英的硬度高，在填充塑料加工時會對與物料接觸的機筒、螺桿、模具造成嚴重磨損，故一般不用于熱塑性塑料的填料使用。也正是由于石英的硬度高，在要求提高材料耐磨性的塑料材料中使用石

18、英可得到理想的效果，此時需對成型加工設備及模具與物料接觸的表面采取特殊處理，以提高其硬度，才能保證正常生產。（1）二氧化硅9.2.3 氧化物與氫氧化物二氧化硅在地殼中分布最多，硅土的主要化學成分為二氧化硅，占68%81% ，其次為三氧化二鋁，占11%23%，此外還有少量鈦、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等的氧化物。硅土的顆粒以粒狀和片狀兩種形態同時存在，較之單獨使用片狀的滑石或纖狀硅灰石，硅土的填充效果無論是對拉伸強度還是對沖擊強度的影響都比較均衡。填充改性講義課件 合成二氧化硅也稱之為白炭黑，白炭黑的二氧化硅含量在99%以上，呈白色無定形微細粉狀，多孔、比表面積大。由于其價格較高，不能作為一般填料使用。

19、 在熱固性塑料成型加工時有時做觸變劑使用，以調節物料黏度和流動性，而在熱塑性塑料中主要是用于消光，使塑料制品表面具有亞光效果。在PP中，白炭黑可用作結晶成核劑，縮小球晶結構，增加微晶數量。 在橡膠工業中，白炭黑是優良的補強劑，其補強效果超過任何一種其他白色補強劑，用于白色或彩色橡膠制品。對NBR和氯丁膠的補強作用尤佳。 合成二氧化硅也稱之為白炭黑，白炭黑的二氧化硅含量在99% 二氧化鈦俗稱鈦白粉，在高分子材料中用作白色顏料，也可兼作填充劑。 鈦白粉不僅可以使制品達到相當高的白度，而且可使制品對日光的反射率增大，保護高分子材料，減少紫外線的破壞作用。添加鈦白粉還可以提高制品的剛性、硬度和耐磨性。

20、鈦白粉在塑料和橡膠中都有廣泛應用。(2) 二氧化鈦(鈦白粉)(2) 二氧化鈦(鈦白粉)氫氧化鋁添加到塑料中可兼具填充、阻燃、消煙三種作用。氫氧化鋁也稱三水合氧化鋁，氫氧化鋁受熱失水成為氧化鋁，大約在220600 之間，所失的水可占其總量的34.6%（為失水反應理論值），而且在失水時吸熱，這是它作為高聚物阻燃劑的主要原因。近年來氫氧化鋁在熱塑性塑料中應用最成功的是聚氯乙烯制品，如煤礦井下使用的傳送帶從橡膠改為聚氯乙烯，因增塑劑加入氧指數下降，其阻燃性主要依靠磷酸酚類增塑劑和氫氧化鋁配合使用來保證。（3）氫氧化鋁（3）氫氧化鋁氫氧化鎂的分子式為Mg(OH)2，相對分子質量為58.23 。作為阻燃劑

21、，氫氧化鎂與氫氧化鋁是極其類似的，但氫氧化鎂的熱分解溫度比氫氧化鋁高60（達340以上），吸熱量高17 %，抑煙能力也較優。對于加工溫度較高的高聚物，以氫氧化鎂為阻燃劑比氫氧化鋁更為適宜。氫氧化鎂和氫氧化鋁的加人都會使填充體系的力學性能顯著下降。（4）氫氧化鎂（4）氫氧化鎂 （1）炭黑 炭黑是一種以碳元素為主體的極細的黑色粉末。炭黑因生產方法不同，分為爐法炭黑、槽法炭黑、熱裂法炭黑和乙炔炭黑。 在橡膠工業中，炭黑是用量最大的填充劑和補強劑。炭黑對橡膠制品具有良好的補強作用，且可改善加工工藝性能，兼作黑色著色劑之用。 在塑料制品中，炭黑的增強作用不大，可發揮紫外線遮蔽劑的作用，提高制品的耐光老化

22、性能。此外，在PVc等塑料制品中添加乙炔炭黑或導電爐黑，可降低制品的表面電阻，起抗靜電作用。炭黑也是塑料的黑色著色劑。9.2.4 單質 （1）炭黑9.2.4 單質 石墨的化學成分為碳，屬六方晶系的層狀結構晶體物質，為灰黑色粉末，有脂肪質感覺；電阻率為2.64 10-3cm，具有金屬般的導電性。用作聚合物填料的石墨粉可由天然鱗片狀石墨經過化學提純處理，再經分離、干燥、粉碎而成。（2）石墨粉 金屬粉末包括銅粉、鋁粉等，可用于制備抗靜電或導電高分子材料。(3)金屬粉末 石墨的化學成分為碳，屬六方晶系的層狀結構晶體物質，為灰黑色（1）木粉木粉最早用于熱固性塑料（如酚醛樹脂），后來在熱塑性塑料中也得到應

23、用。通過粉碎和研磨可從鋸末、碎木片和刨花制得木粉，粒度可達數十目或更細。木粉在180 開始炭化，作為擠出加工木粉要在基料熔融后再投放，以盡量減少在高溫下的停留時間。木粉最大的特點是質輕，它可使填充塑料的密度與純樹脂加工而成的所差無幾，其次用木粉填充的塑料表面裝飾性好，可以涂飾油漆。 9.2.5 有機物（2）淀粉（1）木粉9.2.5 有機物（2）淀粉9.3 填料的表面處理為什么要對填料的表面處理？在填充改性聚合物中所使用的填料大部分是天然的或人工合成的無機填料。這些無機填料都屬于極性的、親水性物質，當它們分散于極性極小的有機高分子樹脂中時，因極性的差別，造成二者相容性不好，從而對填充塑料的加工性

24、能和制品的使用性能帶來不良影響。因此對無機填料表面進行適當處理，通過化學反應或物理方法使其表面極性接近所填充的高分子樹脂，改善其相容性是十分必要的。9.3 填料的表面處理為什么要對填料的表面處理？表面處理劑及作用機理填料表面處理的作用機理基本上有兩種類型：一是表面物理作用，包括表面涂覆（或稱為包覆）和表面吸附；二是表面化學作用，包括表面取代、水解、聚合和接枝等。 填料表面處理物理作用示意圖填料表面處理化學作用示意圖表面處理劑及作用機理填料表面處理的作用機理基本上有兩種類型：填料表面處理劑分類表面活性劑偶聯劑有機高分子無機物填料表面處理劑分類表面活性劑9.3.1 表面活性劑在界面上的作用 表面活

25、性劑分子的兩親結構，分子結構包含兩個組成部分，其分子的一端為羧基等極性基團，可以與無機填充劑粒子表面發生吸附或化學反應；分子的另一端為長鏈烷基，結構與聚合物分子相似。 在聚合物/無機填料體系中加入一定量的表面活性劑，可以降低聚合物與填料間的界面張力，明顯改善聚合物/填料界面間的結合狀況，有利于制備高性能的填充復合材料。9.3.1 表面活性劑在界面上的作用 表面活性劑分子的9.3.2 偶聯劑 偶聯劑也稱表面處理劑，其分子結構特點是含有兩類性 質不同的化學基團，一是親無機基團，另一是親有機基 團。 其分子結構可用下式表示： (RO)x一MAy RO代表易進行水解或交換反應的短鏈烷氧基。 M代表中心

26、原子，可以是硅、鈦、鋁、硼等。 A代表與中心原子結合穩定的較長鏈親有機基團，如酯酰基、長鏈烷氧基(RO-)、磷酸酯酰基等。9.3.2 偶聯劑 偶聯劑也稱表面處理劑，其分子結偶聯劑作用機理偶聯劑：是一類具有兩性基團結構的物質，分別通過化學反應或物理化學作用，一端與填料表面結合，另一端與高分子樹脂纏結或反應，藉此使表面性質懸殊的無機填料與高分子兩相牢固的結合起來。改善無機填料在聚合物基體中的分散狀態，提高填充聚合物的力學性能和使用性能 偶聯劑作用機理偶聯劑：是一類具有兩性基團結構的物質，分別通過(1) 有機硅烷偶聯劑硅烷偶聯劑的一般通式為：YRSiX3通式中的X基團為與無機增強材料表面偶聯的基團。

27、Y基團為與樹脂偶聯的基團。當X基團為可水解基團如-OR，Cl，乙氧基等時，則為水解型硅烷。在水解型硅烷中，如果R基團中帶有芳香環(主要是苯環)，則為耐溫型硅烷。如果X基團為過氧化基團，則為過氧化型硅烷。(1) 有機硅烷偶聯劑硅烷偶聯劑的一般通式為：YRSiX水解型有機硅烷偶聯劑作用機理當應用于填料表面處理時，硅烷偶聯劑分子中X部分首先在水中水解形成反應性活潑的多羥基硅醇，然后與填料表面的羥基縮合而牢固結合，而偶聯劑的另一端，即Y基團，或與樹脂高分子長鏈纏結，或發生化學反應。其偶聯過程可用圖11-1示意。水解型有機硅烷偶聯劑作用機理當應用于填料表面處理時，硅烷偶聯硅烷偶聯劑偶聯作用示意圖硅烷偶聯

28、劑偶聯作用示意圖與樹脂的偶聯作用通式中的Y基團為與樹脂起偶聯作用的活性基團，針對不同類型的樹脂，Y基團各不相同。Y基團一般有：-CH=CH2，胺基(-NH2、-NR2)，環氧基、-CN、-SH、-OH、-Cl、(或-I、-Br) 、甲基丙烯酰基、烷基、疊氮基(-SO2N3)等。Y基團對熱固性樹脂一般是參與固化反應，成為固化樹脂結構的一部分。對熱塑性樹脂，則是利用其結構相同或相似，相容性好的特性，實現與熱塑性樹脂長鏈分子的連結，或通過添加交聯劑實現分子交聯。與樹脂的偶聯作用通式中的Y基團為與樹脂起偶聯作用的活性基團，硅烷偶聯劑可用于許多無機填料，其中在含硅酸成分多的玻璃纖維、石英粉及白碳黑中效果

29、最好，在陶土和水合氧化鋁中次之，對不含游離水的碳酸鈣效果欠佳。硅烷偶聯劑的有機基對聚合物的反應有選擇性，例如氨基可與環氧樹脂、酚醛樹脂、尼龍、乙烯基聚合物或一些熱固性彈性體反應，但一般硅烷偶聯劑上的有機基與聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS樹脂等聚合物缺乏足夠的反應性，在這些體系中偶聯效果差。硅烷偶聯劑可用于許多無機填料，其中在含硅酸成分多的玻璃纖維、(2)鈦酸酯偶聯劑基本結構與功能肽酸酯偶聯劑種類：單烷氧基型、單烷氧基焦磷酸酯型、 鰲合型、配位型(2)鈦酸酯偶聯劑基本結構與功能肽酸酯偶聯劑種類：單烷氧基型應 用鈦酸酯偶聯劑可用來處理各種無機填料，如碳酸鈣、滑石粉、硫酸鋇及三水合氧化鋁等。經過處

30、理的填料主要用于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等熱塑性塑料。較之不經表面處理直接使用這些無機填料，有改善填充體系加工流動性和提高物理力學性能的效果。由于使用填料的化學成分不同，基體樹脂種類不同，必須選用適當的鈦酸酯偶聯劑才能得到最佳效果。應 用鈦酸酯偶聯劑可用來處理各種無機填料，如碳酸鈣、滑(3)鋁酸酯偶聯劑鋁酸酯偶聯劑的化學通式為：鋁酸酯偶聯劑的分子空間結構示意圖(3)鋁酸酯偶聯劑鋁酸酯偶聯劑的化學通式為：鋁酸酯偶聯劑的分應 用各種無機填料、無機顏料和無機阻燃劑，如沉淀碳酸鈣、鈦白粉、氧化鋅、氧化鋁、白炭黑、云母粉、高嶺土、玻璃粉、玻纖粉、氫氧化鋁、氫氧化鎂等的表面處理。添加上述填科(或

31、顏料)的聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚、聚酰胺及ABS等各類硬軟塑料制品，此外還有橡膠、涂料、玻璃鋼、粘結劑、等復合制品的加工生產。應 用各種無機填料、無機顏料和無機阻燃劑，如沉淀碳酸鈣(4)鋯類偶聯劑鋯類偶聯劑對于碳酸鈣、二氧化硅、氧化鋁、氧化鈦及陶土等填充體系有良好的改性效果。主要適用于聚烯烴、聚酯、環氧樹脂、尼龍、聚氨酯、合成橡膠等不同的聚合物填充體系。(4)鋯類偶聯劑鋯類偶聯劑對于碳酸鈣、二氧化硅、氧化鋁、9.3.3 有機高分子表面改性劑采用有機高分子表面改性劑，可在無機填充劑的表面形成高分子包覆層，改變無機填充劑的表面性質。種類：高分子表面活性劑、高

32、分子溶液或乳液、低熔點的或熔體黏度很低的聚合物。在聚合物填充體系中使用的大分子相容劑（馬來酸酐接枝PP、馬來酸酐接枝EVA）具有改善填充劑與聚合物界面結合的作用，也可視為有機高分子表面改性劑。9.3.3 有機高分子表面改性劑采用有機高分子表面改性劑，9.4 填充改性聚合物的制備（1） 原輔材料的預處理：對于不同的產品種類和不同的原材料特點，預處理的方式也有所區別，主要包括表面處理、烘干與稀釋等過程。在生產粉體增強熱塑性聚合物復合材料之前，必須對無機填料進行適當的表面偶聯化處理。例如：CaCO3作填充劑時，在配料前應進行活化處理，以改善其與基體聚合物之間的黏結性能。對有些含水量較高的填料或基體聚

33、合物材料，還要進行適當的烘干處理。9.4 填充改性聚合物的制備（1） 原輔材料的預處理：對于（2）計量：是生產過程中十分重要的工序，所有的物料均應按配方規定嚴格計算，特別是對于一些微量組分的計量必須準確，否則，將影響產品質量和性能。（3）混合：是將不同組分的原料通過攪拌達到一定程度的相互分散的過程。目前使用的主要設備為高速混合機。混合效果的好壞直接影響到物料能否均勻地進入雙螺桿擠出機，保證產品的均勻性的一個重要過程。特別是對于密度差別較大、各組分的形狀不同的共混體系，保證物料均勻混合顯得尤為重要。（2）計量：是生產過程中十分重要的工序，所有的物料均應按配方（4）熔融共混擠出：是生產粉體增強熱塑

34、性復合 材料的主要工序。目前使用的主要設備是雙螺桿擠出機。經混合后的物料，通過雙螺桿擠出熔融、混煉使各組分間實現良好的分散狀態，從而得到性能優良的產品。（5）冷卻切粒：是產品的成型工序（6）混合與包裝：切粒后的改性材料要進行適當的烘干處 理，然后進行混合，以保證產品質量的均勻性，最后進 行包裝，得到改性材料的成品。（4）熔融共混擠出：是生產粉體增強熱塑性復合（5）冷卻切粒：第10章 熱塑性聚合物的增強改性10.1 增強材料的種類用于纖維增強復合材料的纖維品種很多，主要品種有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維，此外還有尼龍、聚酯纖維以及硼纖維。晶須也可用于增強復合材料的制備。10.1.1 玻璃纖維玻璃纖

35、維增強塑料是已獲得頗為廣泛應用的纖維增強復合材料。玻璃纖維按化學組成可分為無堿鋁硼硅酸鹽(簡稱無堿纖維)和有堿無硼硅酸鹽(簡稱中堿纖維)。第10章 熱塑性聚合物的增強改性10.1 增強材料的種類 A 玻璃 屬高堿玻璃。這是最基本的類型，其化學組成類似窗玻璃 C 玻璃 屬中堿玻璃，也叫耐化學玻璃 D 玻璃 也叫介電玻璃。此種組成的玻璃 纖維具有非常好的介電性能，其介電常數與介電損耗都比較小，主要用于電子工業。 E 玻璃 屬無堿玻璃，也叫電氣玻璃。它有良好的拉伸、 壓縮強度與剛性，良好的電氣性能與熱性能，較好的防水性與抗堿性玻璃纖維的種類 A 玻璃 屬高堿玻璃。這是最基本的類型，其化學組成類似玻璃

36、纖維的直徑粗細 可分為初級玻璃纖維，單絲直徑在20m以上者；中級 玻璃纖維，單絲直徑在1020m之間者；高級玻璃纖維，單絲直徑39m之間者；超級玻璃纖維，單絲直 徑在3m以下者。 玻璃纖維的直徑越細則強度越高，扭曲性越好。主要原因是纖維直徑越細，其表面裂紋較少而且小，因此抗拉強度隨纖維直徑的減小而大幅度上升。玻璃纖維的直徑粗細 玻璃纖維可用于增強PP、PET、PA等熱塑性塑料，也廣泛應用于熱固性塑料。 玻璃纖維增強塑料具有比強度高、耐腐蝕、隔熱、介電、容易成型等優點。玻璃纖維與基體塑料的界面結合情況對復合材料的力學性能影響很大，一般應用偶聯劑處理。用途 玻璃纖維可用于增強PP、PET、PA等熱

37、10.1.2 碳纖維碳纖維是纖維狀的炭材料，其化學組成中碳元素占總質量的90 %以上, 碳原子間的結合方式為石墨狀，形成石墨晶格結構。碳纖維是由聚丙烯腈纖維、黏膠或瀝青原絲經碳化而制成的。由于原料不同和制造方法不同，碳纖維的強度和模量也不相同。10.1.2 碳纖維碳纖維是纖維狀的炭材料，其化學組成中碳與玻璃纖維比較，碳纖維具有高的強度與彈性模量、更低的密度、優異的導熱與導電性、較低的蠕變性和熱膨脹系數，在濕態條件下的力學性能保持率好。此外，碳纖維還具有良好的耐化學腐蝕性、自潤滑性與耐磨性。利用碳纖維所具有的各種特性，可將其廣泛用于從高技術領域到文體娛樂等各種工業和民用物品。 碳纖維的性能與玻璃

38、纖維比較，碳纖維具有高的強度與彈性模量、更低的密度、優 由于碳纖維增強聚合物復合材料的比強度、比模量明顯地高于其他纖維復合材料，加之其耐熱、耐低溫及尺寸穩定，使其成為理想的航天航空材料，在人造衛星的主結構、天線、太陽能電池帆板、航天飛機、導彈、火箭等方面得到應用。 碳纖維增強聚合物復合材料還被應用于高速車輛（如鐵道機車）、賽車（汽車、摩托車、自行車）、賽艇、纖維機械（織梭、橫向導紗器）、體育用品（高爾夫球桿、網球拍、羽毛球拍、弓箭、滑雪板）、釣魚竿、登山用具、武器等。 由于碳纖維具有高導電性，所以特別適用于電磁屏蔽材料與電磁屏蔽設備的制造。 由于碳纖維增強聚合物復合材料的比強度、比模量明顯地高(3) 芳綸纖維 芳香族聚酰胺纖維，簡稱芳綸纖維，是一種高強度、高模量且質輕的新型合成纖維。其代表性品種是美國Du Pont公司開發的Kevlar纖維，化學組成為聚對苯二甲酰對苯二胺。Kevlar纖維的比強度為鋼絲的5倍，相對密度僅為1.431.45，且具有良好的耐熱性。(4) 其它纖維