填料的表面处理方法-讲义
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填料的表面处理方法
04
应用实例
在塑料工业中的应用
01
02
03
塑料增强
表面处理后的填料可以增 强塑料的力学性能，如拉 伸强度、弯曲强度和冲击 强度。
降低成本
通过添加表面处理的填料， 可以减少塑料中树脂的用 量，从而降低生产成本。
改善加工性能
表面处理的填料可以改善 塑料的加工性能，如流动 性、收缩率和热稳定性。
在橡胶工业中的应用
表面润湿性测试
表面润湿性测试是评估表面处理效果的重要参数之一。通过测量填料表面的接触角、表面张力等参数，可以评估填料表面的 润湿性能。
良好的润湿性能可以提高填料在液相介质中的分散性和稳定性，改善填料在复合材料中的界面相容性，从而提高复合材料的 性能。因此，表面润湿性测试是评估表面处理效果的重要手段之一。
橡胶补强
表面处理的填料可以提高 橡胶的力学性能，如拉伸 强度、撕裂强度和耐磨性。
降低成本
通过添加表面处理的填料， 可以减少橡胶中炭黑或白 炭黑的用量，从而降低生 产成本。
改善加工性能
表面处理的填料可以改善 橡胶的加工性能，如混炼、 压延和硫化。
在涂料工业中的应用
提高涂层性能
改善涂层外观
表面处理的填料可以提高涂层的力学 性能，如硬度、耐磨性和耐候性。
物理处理法
喷涂处理
通过喷涂技术将涂料或树脂等材料均匀地涂覆在填料表面，以提高填料的装饰性 和保护性。
离子注入
利用离子注入技术将具有特定性质的离子注入填料表面，改变填料表面的物理和 化学性质，提高其耐磨性、耐腐蚀性和抗老化性。
机械处理法
研磨处理
通过研磨设备对填料表面进行研磨， 去除表面的粗糙部分，使其变得平滑， 提高填料的外观和配合性能。
填料的表面处理方法
近10年发展迅速
可编辑ppt
12
铝酸酯偶联剂问世
1984年我国福建师范大学高分子系章文贡 等首创铝酸酯偶联剂，50多个品种。
合成工艺简单、产率高、无腐蚀、无污染、 色浅、无毒
热稳定性好 适用面宽 偶联效果好
可编辑ppt
13
发展动向
问世50多年后，仍处于迅速发展状态 寻找更高效、更廉价的新型偶联剂 向多功能发展，逐渐形成专用化、系列化
9
过氧化硅烷 阳离子硅烷 叠氮硅烷
适用于聚烯烃
可编辑ppt
10
硅烷偶联剂适合处理
二氧化硅 云母 三水合氧化铝 硅灰石 玻璃纤维 高岭土
对碳酸盐、硫酸盐处理效果不佳
可编辑ppt
11
钛酸酯偶联剂
1972年美国肯尼迪公司（Kenrich Inc.） 研制出TTC（三异硬酯酰基钛酸异丙酯）。
填料的表面处理方法
——偶联剂法
可编辑ppt
1
4.5.1 概述
天然或人工合成无机填料——极性的，水 不溶性物质
有机高分子——极性极小
二者相容性不好——加工性能及使用性能 下降
必须对填料表面进行处理，使填料表面的 极性接近所要填充的高分子树脂，改善相 容性。
可编辑ppt
2
所选用的表面处理剂
表面活性剂 偶联剂 有机高分子 无机物
可编辑ppt
21
钛酸酯偶联剂
结构：
亲无机端 ——中心原子—— 亲有机端
(RO)4－n－Ti－(O－X－R’－Y)n 1.(RO)4－n：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作用而结合 于无机填料表面。
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22
2.(O－X－R’－Y)n ：是亲有机 基团。
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12
铝酸酯偶联剂问世
1984年我国福建师范大学高分子系章文贡 等首创铝酸酯偶联剂，50多个品种。
合成工艺简单、产率高、无腐蚀、无污染、 色浅、无毒
热稳定性好 适用面宽 偶联效果好
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13
发展动向
问世50多年后，仍处于迅速发展状态 寻找更高效、更廉价的新型偶联剂 向多功能发展，逐渐形成专用化、系列化
9
过氧化硅烷 阳离子硅烷 叠氮硅烷
适用于聚烯烃
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10
硅烷偶联剂适合处理
二氧化硅 云母 三水合氧化铝 硅灰石 玻璃纤维 高岭土
对碳酸盐、硫酸盐处理效果不佳
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11
钛酸酯偶联剂
1972年美国肯尼迪公司（Kenrich Inc.） 研制出TTC（三异硬酯酰基钛酸异丙酯）。
填料的表面处理方法
——偶联剂法
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1
4.5.1 概述
天然或人工合成无机填料——极性的，水 不溶性物质
有机高分子——极性极小
二者相容性不好——加工性能及使用性能 下降
必须对填料表面进行处理，使填料表面的 极性接近所要填充的高分子树脂，改善相 容性。
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2
所选用的表面处理剂
表面活性剂 偶联剂 有机高分子 无机物
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21
钛酸酯偶联剂
结构：
亲无机端 ——中心原子—— 亲有机端
(RO)4－n－Ti－(O－X－R’－Y)n 1.(RO)4－n：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作用而结合 于无机填料表面。
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22
2.(O－X－R’－Y)n ：是亲有机 基团。
表面处理的基本知识PPT幻灯片课件
2.6.8 桔 皮 2.6.9 海绵状镀层 2.6.10 烧焦镀层 2.6.11 麻点 2.6.12 粗糙 2.6.13 镀层钎焊性
37
2.6.1 不连续水膜
通常用于表面被污染所引起的不均匀润 湿性，使表面上的水膜变的不连续。
38
2.6.2 孔 隙 率
单位面积上针孔的个数。
3.3.1 基体材料表示符号
材料名称 铁、钢 铜及铜合金 铝及铝合金
塑料 硅酸盐材料（陶瓷、玻璃等）
其他非金属
55
符号 Fe Cu Al PL CE NM
3.3.2 镀覆方法、处理方法表示符号
方法名称
英文
电镀 Electroplating
符号 Ep
化学镀 Autocatalytic plating
特征名称
英文
符号 特征名称
英文
符号
光亮
Bright
b
半光亮
Semi-bright
s
暗
Matte
m
缎面
Satin
st
双层
Double layer
d
三层
d
普通
Regular
r
微孔
Micro-porous mp
微裂纹
Micro-crack
mc
无裂纹
Crack-free
cf
60
松孔 花纹 黑色 乳色 密封 复合 硬质 瓷质 导电 绝缘
5
1.4 常用金属材料的表面处理
钢铁材料
（防腐蚀）镀锌、镀镉、镀镍、氧化、磷化； （耐磨）镀硬铬、化学镀镍； （导电及便于钎焊）镀铜、镀银、镀锡。
铜及铜合金
（防腐蚀）镀锌、镀镉、镀镍、钝化； （耐磨）镀硬铬、化学镀镍； （导电及便于钎焊）镀金、镀银、镀锡。
导热填料氧化铝的表面处理研究
导热填料氧化铝的表面处理研究是一个涉及材料科学和化学领域的重要课题。
氧化铝是一种常见的导热填料，可广泛应用于电子、电力、航空、汽车等领域。
其表面处理能够改善其导热性能、耐腐蚀性和机械性能，提高其使用寿命和性能稳定性。
目前常见的氧化铝表面处理方法包括化学法、物理法和化学物理法等。
其中，化学法是最常用的方法之一，可以通过溶液反应、表面修饰、电化学氧化等方法改变氧化铝表面的性质。
例如，可以将表面修饰为亲水性，提高其润湿性和流动性，使得氧化铝更容易与其他材料接触并导热。
物理法包括热处理、机械处理等方法。
例如，在氧化铝表面进行热处理，可以改变其晶体结构和晶粒尺寸，从而提高其导热性能。
机械处理则可以通过研磨、喷砂等方式，去除表面氧化物和微小颗粒，从而使其表面更加平整和清洁。
化学物理法则是将化学法和物理法相结合的方法，如等离子体处理、化学气相沉积等。
等离子体处理可以在氧化铝表面形成化学键，增强其表面化学反应能力，从而改善其导热性能和耐腐蚀性能。
化学气相沉积可以通过化学反应在氧化铝表面沉积一层特定材料，从而改善其导热性能和耐磨性能。
综上所述，导热填料氧化铝的表面处理是一个复杂而重要的课题，需要综合考虑材料的特性和应用要求，选择合适的表面处理方法。
填料的表面处理
表面改性设备
1、高速混合（捏和）机 2、 HYB高速气流冲击式粉体表面处理机 、 3、球磨机、砂磨机 、 4、液相表面处理 、
5、喷雾表面处理 、
表面处理机理
塑料填料表面处理方法， 塑料填料表面处理方法，主要包括表面的物理改 性和化学改性两大类。 性和化学改性两大类。 物理改性，如机械研磨或化学腐蚀等， 物理改性，如机械研磨或化学腐蚀等，主要用 来改善填料表面的物理结构， 来改善填料表面的物理结构，增加表面的凹凸度 和表面积， 和表面积，填料表面与处理剂以分子间作用力结 合包括涂覆和吸附。 合包括涂覆和吸附。 化学改性是通过化学反应与处理剂结合的方法， 化学改性是通过化学反应与处理剂结合的方法， 特别是纳米技术的应用更为前沿， 特别是纳米技术的应用更为前沿，通过在填料表 面架接各种官能团，是表面具有活化性能， 面架接各种官能团，是表面具有活化性能，因此 这种方法得到广泛的应用。 这种方法得到广泛的应用。
表面活性剂
概念： 概念：
表面活性剂是指极少量即能明显改变物 表面活性剂是指极少量即能明显改变物 质表面或界面性质的物质
作用机理
பைடு நூலகம்
分子一端为长链烷基，另一端为羧基、 分子一端为长链烷基，另一端为羧基、醚 一端为长链烷基 或金属盐等极性基团， 基、或金属盐等极性基团，可与无机填料 或物理吸附， 表面发生化学作用 或物理吸附，从而有 效覆盖填料表面。 效覆盖填料表面。此外表面 活性剂本身 有一定的润滑作用， 有一定的润滑作用，可以降低熔体粘 度 而改善填充复合体系的流动性。 而改善填充复合体系的流动性。
试剂： 试剂：
如：高级脂肪酸及其脂类、醇类、酰胺类 高级脂肪酸及其脂类、醇类、 和金属盐类
有机聚合物处理剂
概念： 概念：
填料的表面处理方法
使得表面性质悬殊的无机填料与聚合物两相 较好地相容
无机填料（填料一般为无机物，大多是极 性的、水不溶性的物质）与有机基体（极 性小的有机高分子树脂）相容性很差。直 接加入后在成型加工过程中，由于基体的 冷却收缩率大多比无机填料的要大。这样 在界面发生脱离，形成环隙或缝隙，从而 基体与无机填料脱离。不但起不到补强效 果，反而由于材料内部形成微孔而使其力 学性能下降。
2.(O－X－R’－Y)n ：是亲有机 基团。
◎ － O －酰氧基或烷氧基 ◎－X－是功能部位如X是OR－P=O,此时由于P原
子改性后填料具有阻燃性… ◎－R’－是长链烃基，碳原子数11～17，与聚合物
分子发生缠结，借分子间范德华力结合。 ◎—Y是末端部分，为氢原子、双键、氨基、环氧
基等。它们与聚合物大分子反应形成化学偶联。 ◎n值的改变，可调节偶联剂与填料或高分子的反
适用于聚烯烃
硅烷偶联剂适合处理
二氧化硅 云母 三水合氧化铝 硅灰石 玻璃纤维 高岭土
对碳酸盐、硫酸盐处理效果不佳
钛酸酯偶联剂
1972年美国肯尼迪公司（Kenrich Inc.） 研制出TTC（三异硬酯酰基钛酸异丙酯）。
近10年发展迅速
铝酸酯偶联剂问世
1984年我国福建师范大学高分子系章文贡 等首创铝酸酯偶联剂，50多个品种。
能化材料
应用实例2
例：用KR－12和KR－28分别处理CaCO3 ， 再填充到PVC中，PVC：CaCO3为60：40， 经偶联剂处理的CaCO3填充体系比未处理的 体系冲击强度分别提高3倍、8倍（用量0.4％ 时）和6倍、9倍（用量为1.2％时）
铝酸酯偶联剂
(RO)x：是水解或交换反应的短 链烷氧基，是亲无机基团。
无机填料（填料一般为无机物，大多是极 性的、水不溶性的物质）与有机基体（极 性小的有机高分子树脂）相容性很差。直 接加入后在成型加工过程中，由于基体的 冷却收缩率大多比无机填料的要大。这样 在界面发生脱离，形成环隙或缝隙，从而 基体与无机填料脱离。不但起不到补强效 果，反而由于材料内部形成微孔而使其力 学性能下降。
2.(O－X－R’－Y)n ：是亲有机 基团。
◎ － O －酰氧基或烷氧基 ◎－X－是功能部位如X是OR－P=O,此时由于P原
子改性后填料具有阻燃性… ◎－R’－是长链烃基，碳原子数11～17，与聚合物
分子发生缠结，借分子间范德华力结合。 ◎—Y是末端部分，为氢原子、双键、氨基、环氧
基等。它们与聚合物大分子反应形成化学偶联。 ◎n值的改变，可调节偶联剂与填料或高分子的反
适用于聚烯烃
硅烷偶联剂适合处理
二氧化硅 云母 三水合氧化铝 硅灰石 玻璃纤维 高岭土
对碳酸盐、硫酸盐处理效果不佳
钛酸酯偶联剂
1972年美国肯尼迪公司（Kenrich Inc.） 研制出TTC（三异硬酯酰基钛酸异丙酯）。
近10年发展迅速
铝酸酯偶联剂问世
1984年我国福建师范大学高分子系章文贡 等首创铝酸酯偶联剂，50多个品种。
能化材料
应用实例2
例：用KR－12和KR－28分别处理CaCO3 ， 再填充到PVC中，PVC：CaCO3为60：40， 经偶联剂处理的CaCO3填充体系比未处理的 体系冲击强度分别提高3倍、8倍（用量0.4％ 时）和6倍、9倍（用量为1.2％时）
铝酸酯偶联剂
(RO)x：是水解或交换反应的短 链烷氧基，是亲无机基团。
填料及表面处理资料
面处理，制得的活性碳酸钙已广泛用于 PVC、
PE、PP等塑料制品中。
2.表面处理剂
表面处理剂是为了提高粘接能力，改善成
型加工性能而用作处理塑料、填料、颜料或
粘接载体等表面的物质。主要是脂肪酸及其
盐类、磺酸盐及其酯类、有机低聚物、有机
胺及硅油类、不饱和脂肪酸等等。
从本质和作用上看，表面处理剂和偶联
剂并无太大区别，一些填料表面处理剂也起
到了类似偶联剂的作用，但经偶联剂表面处
理过的填料，具有更高的活性。
（1）高级脂肪酸及其盐
作用：
①可改善无机填料与聚合物基体的亲合
性，提高其在聚合物基体中的分散度。
②具有润滑作用还可使复合体系的内摩
擦减小，改善复合体系的流动性能。 代 表 品 种 有 ： HSt、NaSt、CaSt、ZnSt，
AlSt等。
（5）滑石粉（3MgO· 4SiO2· H2O）
主要成分为水合硅酸镁，由天然滑石
粉碎精选而得。化学性质不活泼，粉体极
软，有滑腻感。作为塑料用填料可提高制
品的刚性，改善尺寸稳定性，防止高温蠕
变。与其它填充剂相比具有润滑性，可减
少对成型设备和模具的磨损。
（6）云母粉 是由天然云母粉碎而得，其组成非常 复杂，是铝、钾、钠、镁、铁等金属的硅 酸盐化合物。 塑料中常用的云母粉有白云母和金云 母两种，尤以白云母应用最多。作为塑料
在塑料工业中，碳纤维可作为热塑性树脂和 热固性树脂的增强材料，如用于 EP、PF、 UP、PA、PC、ABS、PS、PE、PP 等。用量 一般为10%～40%。 碳纤维增强塑料的主要优点是质轻、强度 及刚性高、耐疲劳、耐蠕变、耐摩擦、热膨 胀性小、尺寸精度和稳定性高、耐腐蚀性及
新型填料与表面处理方法
第四组
捏合处理法：捏合工艺当基体树脂为粉状时(如PVC)，可在树脂和助剂进行捏合时加入填料和处理剂，在捏合过程中对填料进行表面处 理。
淀粉 传统的炭黑由90%-99%碳元素组成，氧和氢是其他主要成分，而这种新型填充剂由炭黑相和分散在炭黑相中的白炭黑相构成。
炭黑-白炭黑双相填充剂 将从粉煤灰中分离出来的玻璃微珠填充到聚氯乙烯(PVC)中，改善性能并降低成本。 其主要特点是提高了烃类弹性体中橡胶与填充剂的相互作用，降低了填充剂与填充剂的相互作用。
❖ 淀粉基塑料的潜在优势在于淀粉在各种环境中都 处理剂应选择对参与捏合的其他组分不发生化学作用，体系内即使存在微量水分也不影响它的处理效果。
聚乙烯蜡的加入可明显改善共混树脂与改性淀粉的相容性,并可提高塑料膜的力学性能和生物降解性能.
具备完全的生物降解能力;塑料中的淀粉分子降解 淀粉基塑料的潜在优势在于淀粉在各种环境中都具备完全的生物降解能力;塑料中的淀粉分子降解或灰化后,形成二氧化碳气体,不会对 或灰化后,形成二氧化碳气体,不会对土壤或空气产 土壤或空气产生毒害;采取适当的工艺可使淀粉塑料具有适用的机械性能;淀粉是可再生资源,取之不绝,开发淀粉资源的利用有利于农村
第四组
改性硬质陶土
❖硬质陶土在橡胶中有半补强作用，能改善硫 化胶的力学性能。软质陶土在橡胶中无补强 作用。
❖用硬脂酸、乙烯基硅烷、氢基硅烷及钛酸脂 偶联剂对陶土进行改性，使其表面增加疏水 性，可提高胶料的拉伸强度、定伸应力，降 低生热和压缩永久变形，其补强性能与白炭 黑相当，老化性能较好。
❖新型补强剂——超细活性陶土SFAC在等量 替代的情况下，效果与半补强炭黑
相当。
第四组
凹凸棒改性粘土
❖ 凹凸棒土的化学成分为硅、铝氧化物，含少量铁 、钙、锰氧化物。白色纤维状结晶是半补强类填 充剂，能使挤出压延胶料表面光滑。新型优质橡 胶补强剂凹凸棒改性粘土可提高橡胶制品300%定 伸应力，提高拉断伸长率，吃粉速度快，粉尘不 易飞扬，具有高白度、高分散性、高遮盖力的特 点。在橡胶制品中加入该产品，不但能改善其外 观质量，延缓老化速度，而且能耐酸碱腐蚀，降 低成本，是一种优良的橡胶补强剂。可广泛应用 于橡胶传动带、汽车内外轮胎及其它橡胶制品
捏合处理法：捏合工艺当基体树脂为粉状时(如PVC)，可在树脂和助剂进行捏合时加入填料和处理剂，在捏合过程中对填料进行表面处 理。
淀粉 传统的炭黑由90%-99%碳元素组成，氧和氢是其他主要成分，而这种新型填充剂由炭黑相和分散在炭黑相中的白炭黑相构成。
炭黑-白炭黑双相填充剂 将从粉煤灰中分离出来的玻璃微珠填充到聚氯乙烯(PVC)中，改善性能并降低成本。 其主要特点是提高了烃类弹性体中橡胶与填充剂的相互作用，降低了填充剂与填充剂的相互作用。
❖ 淀粉基塑料的潜在优势在于淀粉在各种环境中都 处理剂应选择对参与捏合的其他组分不发生化学作用，体系内即使存在微量水分也不影响它的处理效果。
聚乙烯蜡的加入可明显改善共混树脂与改性淀粉的相容性,并可提高塑料膜的力学性能和生物降解性能.
具备完全的生物降解能力;塑料中的淀粉分子降解 淀粉基塑料的潜在优势在于淀粉在各种环境中都具备完全的生物降解能力;塑料中的淀粉分子降解或灰化后,形成二氧化碳气体,不会对 或灰化后,形成二氧化碳气体,不会对土壤或空气产 土壤或空气产生毒害;采取适当的工艺可使淀粉塑料具有适用的机械性能;淀粉是可再生资源,取之不绝,开发淀粉资源的利用有利于农村
第四组
改性硬质陶土
❖硬质陶土在橡胶中有半补强作用，能改善硫 化胶的力学性能。软质陶土在橡胶中无补强 作用。
❖用硬脂酸、乙烯基硅烷、氢基硅烷及钛酸脂 偶联剂对陶土进行改性，使其表面增加疏水 性，可提高胶料的拉伸强度、定伸应力，降 低生热和压缩永久变形，其补强性能与白炭 黑相当，老化性能较好。
❖新型补强剂——超细活性陶土SFAC在等量 替代的情况下，效果与半补强炭黑
相当。
第四组
凹凸棒改性粘土
❖ 凹凸棒土的化学成分为硅、铝氧化物，含少量铁 、钙、锰氧化物。白色纤维状结晶是半补强类填 充剂，能使挤出压延胶料表面光滑。新型优质橡 胶补强剂凹凸棒改性粘土可提高橡胶制品300%定 伸应力，提高拉断伸长率，吃粉速度快，粉尘不 易飞扬，具有高白度、高分散性、高遮盖力的特 点。在橡胶制品中加入该产品，不但能改善其外 观质量，延缓老化速度，而且能耐酸碱腐蚀，降 低成本，是一种优良的橡胶补强剂。可广泛应用 于橡胶传动带、汽车内外轮胎及其它橡胶制品
填料及表面处理
形状
矿物、植物和合成类 颗粒状和纤维状
用途
填充剂和增强材料
A
3
2、填充剂
填充剂：是一类以增加塑料体积、降低制品成
本为主要目的填料，常称为增量剂。
降低了塑料制品的生产成本；
赋予或提高制品某些特定的性能，如尺寸稳
定性、刚性、遮光性和电气绝缘性等。
填充剂经表面处理后不但容易与树脂混合
提高了加工性能，而且具有某种程度的改性作
经选矿、粉碎或湿法研磨、分级与表面处理而
成。粒子形状不规则，相对密度为2.71，折光
率为1.65，吸油量为5%～A25%。
11
轻质碳酸钙： 是用化学方法制成，多呈纺锤形棒状或针
状，粒径范围1.0～1.6µm，相对密度2.65，折 ： 光率为1.65，吸油量为20%～65%。
石灰石煅烧——石灰——熟石灰消化—— 石灰乳碳化——固液分离——干燥——包装
用。
A
4
3、增强材料
增强材料：是指加入到塑料中能使塑料制品
的力学性能显著提高的填料，
也
称为增强剂。
一般为纤维状物质或其织物，在树脂中
配以适量的增强材料能使塑料的力学强度，
如冲击强度、弹性模量、刚性等成倍提高；
同时可使制品的尺寸稳定性提高，收缩率降
低，热变形减少。
A
5
从未来的发展趋势看，随着增强材料的 廉价化和填充剂的增强化，二者之间的界限 将会变得越来越模糊。
化硅等。这也是塑料工业中广泛使用的增强性 填料，其增强效果仅次于炭黑，并且成型加工 性良好，尤其适用于白色或浅色制品。
用白炭黑制成涂料，涂于人造革表面，可 产 生 消 光 作 用 ； 此 外 ， 白 炭 黑 在 UP、PVC 增 塑糊、EP等聚合物溶液中有增黏作用。
矿物、植物和合成类 颗粒状和纤维状
用途
填充剂和增强材料
A
3
2、填充剂
填充剂：是一类以增加塑料体积、降低制品成
本为主要目的填料，常称为增量剂。
降低了塑料制品的生产成本；
赋予或提高制品某些特定的性能，如尺寸稳
定性、刚性、遮光性和电气绝缘性等。
填充剂经表面处理后不但容易与树脂混合
提高了加工性能，而且具有某种程度的改性作
经选矿、粉碎或湿法研磨、分级与表面处理而
成。粒子形状不规则，相对密度为2.71，折光
率为1.65，吸油量为5%～A25%。
11
轻质碳酸钙： 是用化学方法制成，多呈纺锤形棒状或针
状，粒径范围1.0～1.6µm，相对密度2.65，折 ： 光率为1.65，吸油量为20%～65%。
石灰石煅烧——石灰——熟石灰消化—— 石灰乳碳化——固液分离——干燥——包装
用。
A
4
3、增强材料
增强材料：是指加入到塑料中能使塑料制品
的力学性能显著提高的填料，
也
称为增强剂。
一般为纤维状物质或其织物，在树脂中
配以适量的增强材料能使塑料的力学强度，
如冲击强度、弹性模量、刚性等成倍提高；
同时可使制品的尺寸稳定性提高，收缩率降
低，热变形减少。
A
5
从未来的发展趋势看，随着增强材料的 廉价化和填充剂的增强化，二者之间的界限 将会变得越来越模糊。
化硅等。这也是塑料工业中广泛使用的增强性 填料，其增强效果仅次于炭黑，并且成型加工 性良好，尤其适用于白色或浅色制品。
用白炭黑制成涂料，涂于人造革表面，可 产 生 消 光 作 用 ； 此 外 ， 白 炭 黑 在 UP、PVC 增 塑糊、EP等聚合物溶液中有增黏作用。
新型填料与表面处理方法.
弹性体包覆填料处理就是把弹性体包覆在填料表面，制 成填充母料，然后填充到聚合物的基体中。
2，等离子体处理
等离子体处理填料的目的是使填料表面产生有利于基体 树脂相容的结构变化，从而实现改善填料、聚合物界面 状态，提高填充体系使用和加工性能的目的。
第四组
第四组
第四组
改性硬质陶土
硬质陶土在橡胶中有半补强作用，能改善硫 化胶的力学性能。软质陶土在橡胶中无补强 作用。 用硬脂酸、乙烯基硅烷、氢基硅烷及钛酸脂 偶联剂对陶土进行改性，使其表面增加疏水 性，可提高胶料的拉伸强度、定伸应力，降 低生热和压缩永久变形，其补强性能与白炭 黑相当，老化性能较好。 新型补强剂——超细活性陶土SFAC在等量 替代的情况下，效果与半补强炭黑 第四组 相当。
第四组
聚乳酸生物塑料( PLA)
聚乳酸( PLA) 是以乳酸为原料聚合生成的 高分子材料, 具有无毒、无刺激性、强度高 、易加工成型和优良的生物相容性等特点, 制品在使用后可完全降解, 因此, 聚乳酸是一 种能真正达到生态和经济双重效应的环保材 料, 是近年来开发研究最活跃、发展最快的 生物降解塑料。聚乳酸的力学性能与聚丙烯 相似, 同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、 清晰度和加工性, 并提供了比聚烯烃更低温 度的可热合性。
第四组
Байду номын сангаас
聚丁二酸丁二醇酯( PBS)
聚丁二酸丁二醇酯( PBS) 是由丁二酸和丁二醇经 缩聚而得, 与其他生物降解塑料相比, PBS的力学 性能十分优异, 接近聚丙烯和ABS塑料; 耐热性能 好, 热变形温度接近100 ℃, 改性后使用温度可超 过100 ℃, 可用于制备冷热饮包装和餐盒, 克服了 其他生物降解塑料耐热温度低的缺点; 加工性能非 常好,可在现有通用塑料加工设备上进行各类成型 加工, 是目前降解塑料加工性能最好的, 同时可以 共混大量碳酸钙、淀粉等填充物, 得到价格低廉的 制品。另外,PBS只有在堆肥、水体等接触特定微 生物条件下才发生降解, 在正常储存和使用过程中 性能非常稳定, 其综合性能优异, 性价比合理, 具有 良好的应用推广前景 。
2，等离子体处理
等离子体处理填料的目的是使填料表面产生有利于基体 树脂相容的结构变化，从而实现改善填料、聚合物界面 状态，提高填充体系使用和加工性能的目的。
第四组
第四组
第四组
改性硬质陶土
硬质陶土在橡胶中有半补强作用，能改善硫 化胶的力学性能。软质陶土在橡胶中无补强 作用。 用硬脂酸、乙烯基硅烷、氢基硅烷及钛酸脂 偶联剂对陶土进行改性，使其表面增加疏水 性，可提高胶料的拉伸强度、定伸应力，降 低生热和压缩永久变形，其补强性能与白炭 黑相当，老化性能较好。 新型补强剂——超细活性陶土SFAC在等量 替代的情况下，效果与半补强炭黑 第四组 相当。
第四组
聚乳酸生物塑料( PLA)
聚乳酸( PLA) 是以乳酸为原料聚合生成的 高分子材料, 具有无毒、无刺激性、强度高 、易加工成型和优良的生物相容性等特点, 制品在使用后可完全降解, 因此, 聚乳酸是一 种能真正达到生态和经济双重效应的环保材 料, 是近年来开发研究最活跃、发展最快的 生物降解塑料。聚乳酸的力学性能与聚丙烯 相似, 同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、 清晰度和加工性, 并提供了比聚烯烃更低温 度的可热合性。
第四组
Байду номын сангаас
聚丁二酸丁二醇酯( PBS)
聚丁二酸丁二醇酯( PBS) 是由丁二酸和丁二醇经 缩聚而得, 与其他生物降解塑料相比, PBS的力学 性能十分优异, 接近聚丙烯和ABS塑料; 耐热性能 好, 热变形温度接近100 ℃, 改性后使用温度可超 过100 ℃, 可用于制备冷热饮包装和餐盒, 克服了 其他生物降解塑料耐热温度低的缺点; 加工性能非 常好,可在现有通用塑料加工设备上进行各类成型 加工, 是目前降解塑料加工性能最好的, 同时可以 共混大量碳酸钙、淀粉等填充物, 得到价格低廉的 制品。另外,PBS只有在堆肥、水体等接触特定微 生物条件下才发生降解, 在正常储存和使用过程中 性能非常稳定, 其综合性能优异, 性价比合理, 具有 良好的应用推广前景 。
填料表面处理方法PPT资料优秀版
塑料配混技术
4
②湿法
• 也称溶液法，将表面活化剂与其低沸点溶剂配成 一定浓度溶液，然后再与填料混合搅拌均匀，通 过表面吸附或化学作用使处理剂分子结合于填料 表面。
• 常用的处理剂有脂肪酸盐一类的表面活性剂，在 水中稳定的螯合型铝酸酯、钛酸酯及硅烷偶联剂 和电介质型高分子处理剂等。
• 填料表面湿法处理机理有表面吸附法、化学反应 和聚合法。
时 间 /min 10～15 10～12 15～20 10～15
塑料配混技术
2
表面处理
• 即对填料进行，使无机填料表面亲油化，降低表 面自由能，与树脂相混性提高
• 用配方设计中选定的表面处理剂（表面活性剂、 偶联剂、高分子处理剂等）对填料进行处理，有 不同的填料活化方法。
塑料配混技术
3
①干法处理
在干态和一定温度下，于高速混合作用下使处理剂均匀
填料的吸水量一般控制在％以下，要求严格的，可控制在％以下
地作用于填料颗粒表面，形成一层极薄的表面处理层 所用设备一般为高速混合机。 而制成活性填料。 常在用干的 态处和理一剂定有温脂度肪下酸，盐于一高类速的混表合面作活用性下剂使，处在理水剂中均稳匀定地的作螯用合于型填铝料酸颗酯粒、表钛面酸，酯形及成硅一烷层偶极联薄剂的和 表电面介处质理型层高而分制子成处活理性剂填等料。 • 所用设备一般为高速混合机。 所用设备一般为高速混合机。
在常干用态 无和机一填定料温表度面下具，亲于水高性速，混应合干作燥用处下理使处理剂均匀地作用于填料颗粒表面，形成一层极薄的表面处理层而制成活性填料。 所用设备一般为高速混合机。
• 也采用可聚合的单体（如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、 也采用可聚合的单体（如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯丙烯酸等液体化合物），在引发剂（常用有机过氧化物）作用下通过 丙烯酸丁酯丙烯酸等液体化合物），在引发剂（常用 加热和高速搅拌使单体在填料表面上聚合。
4
②湿法
• 也称溶液法，将表面活化剂与其低沸点溶剂配成 一定浓度溶液，然后再与填料混合搅拌均匀，通 过表面吸附或化学作用使处理剂分子结合于填料 表面。
• 常用的处理剂有脂肪酸盐一类的表面活性剂，在 水中稳定的螯合型铝酸酯、钛酸酯及硅烷偶联剂 和电介质型高分子处理剂等。
• 填料表面湿法处理机理有表面吸附法、化学反应 和聚合法。
时 间 /min 10～15 10～12 15～20 10～15
塑料配混技术
2
表面处理
• 即对填料进行，使无机填料表面亲油化，降低表 面自由能，与树脂相混性提高
• 用配方设计中选定的表面处理剂（表面活性剂、 偶联剂、高分子处理剂等）对填料进行处理，有 不同的填料活化方法。
塑料配混技术
3
①干法处理
在干态和一定温度下，于高速混合作用下使处理剂均匀
填料的吸水量一般控制在％以下，要求严格的，可控制在％以下
地作用于填料颗粒表面，形成一层极薄的表面处理层 所用设备一般为高速混合机。 而制成活性填料。 常在用干的 态处和理一剂定有温脂度肪下酸，盐于一高类速的混表合面作活用性下剂使，处在理水剂中均稳匀定地的作螯用合于型填铝料酸颗酯粒、表钛面酸，酯形及成硅一烷层偶极联薄剂的和 表电面介处质理型层高而分制子成处活理性剂填等料。 • 所用设备一般为高速混合机。 所用设备一般为高速混合机。
在常干用态 无和机一填定料温表度面下具，亲于水高性速，混应合干作燥用处下理使处理剂均匀地作用于填料颗粒表面，形成一层极薄的表面处理层而制成活性填料。 所用设备一般为高速混合机。
• 也采用可聚合的单体（如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、 也采用可聚合的单体（如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯丙烯酸等液体化合物），在引发剂（常用有机过氧化物）作用下通过 丙烯酸丁酯丙烯酸等液体化合物），在引发剂（常用 加热和高速搅拌使单体在填料表面上聚合。
材料表面处理
材料表面处理
材料表面处理是指对材料表面进行改性，以增强其性能、延长使用寿命、改善外观等目的的一系列工艺过程。
材料表面处理在工业生产中起着至关重要的作用，它可以改善材料的表面性能，提高材料的耐腐蚀性、耐磨损性、耐高温性等，从而满足不同工程应用的需求。
首先，材料表面处理的方法有很多种，常见的包括化学处理、物理处理、机械处理等。
化学处理包括酸洗、镀锌、阳极氧化等，物理处理包括喷砂、喷丸、激光熔覆等，机械处理包括打磨、抛光、刻蚀等。
不同的材料和不同的工程要求需要选择不同的表面处理方法，以达到最佳的效果。
其次，材料表面处理的目的主要有三个方面。
一是提高材料的耐腐蚀性能，例如在海洋工程中需要对金属材料进行防腐处理，以延长其使用寿命。
二是改善材料的外观，例如对汽车零部件进行喷涂或镀层处理，以提高其美观度和抗氧化性能。
三是增强材料的机械性能，例如对钢铁材料进行热处理，以提高其硬度和强度。
最后，材料表面处理在实际应用中需要注意一些问题。
首先，要选择合适的表面处理方法，根据材料的特性和工程要求进行合理选择。
其次，要控制好表面处理的工艺参数，包括处理温度、处理时间、处理介质等，以确保处理效果。
最后，要进行质量检验，确保表面处理后的材料符合相关标准和要求。
总的来说，材料表面处理是一项非常重要的工艺过程，它可以改善材料的性能和外观，满足不同工程应用的需求。
在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的表面处理方法，控制好工艺参数，并进行质量检验，以确保处理效果和产品质量。
希望本文对材料表面处理有所帮助，谢谢阅读。
填料表面处理
三. 表面处理剂
1.偶联剂 2.表面活性剂 3.有机高分子 4.无机物 其中偶联剂最为重要.
五. 偶联剂（Coupling Agents）
1.偶联剂的定义：是一种同时具有分别与无机物 （填料）和有机物（基体）反应的两种性质不同的 官能团的低分子化合物。 2. 结构：(RO)x－M－Ay M：中心原子，可以是Si,Ti,AL,P等。 (RO)x：是水解或交换反应的短链烷氧基，这个基团 具有无机物的性质，易与无机物表面起化学反应。 Ay：是较长链有机基团。这个基团能与合成树脂起 化学反应。
填料表面处理
主要内容 来自一．举一例说明填料表面处理的重要性。 二．为什么要填料表面处理。 三．表面处理剂。 四．填料表面处理方法。
一. 填料表面处理的重要性
二.为什么要填料表面处理
无机填料（填料一般为无机物，大多是极性的、 水不溶性的物质）与有机基体（极性小的有机高分 子树脂）相容性很差。直接加入后在成型加工过程 中，由于基体的冷却收缩率大大比无机填料的要大。 这样在界面发生脱离，形成环隙或缝隙，从而基体 与无机填料脱离。不但起不到补强效果，反而由于 材料内部形成微孔而使其力学性能下降。 表1-1中的未经表面处理的CaCO3-PVC在加工冷 却中由于收缩率的不同：使基体与填料之间形成环 隙如图所示：
如上所说：偶联剂使表面性质悬殊的无 机填料与高分子两相较好地相容。起到 了桥梁作用。 偶联剂种类多，其中以硅烷偶联剂、钛 酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂最为常用。 下面分别介绍。
※ 硅烷偶联剂
结构：R－Si－X3 R：是具有反应活性的有机物 乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯酸酯、 硫酸剂等 X：是能够水解的烷氧基 甲氧基、乙氧基、氯等
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2.(O－X－R’－Y)n ：是亲有机 基团。
◎ － O －酰氧基或烷氧基 ◎－X－是功能部位如X是OR－P=O,此时由于P原
子改性后填料具有阻燃性… ◎－R’－是长链烃基，碳原子数11～17，与聚合物
分子发生缠结，借分子间范德华力结合。 ◎—Y是末端部分，为氢原子、双键、氨基、环氧
基等。它们与聚合物大分子反应形成化学偶联。 ◎n值的改变，可调节偶联剂与填料或高分子的反
纯PP PP+云母（未处理）PP+云母 （处理）
拉伸强度 27.6 28.1
49.6
拉伸模量 972 3999
4344
弯曲强度 40.0 49.9
88.3
挠曲模量 1241 5378
7102
缺口冲击 10.3 10.3
9.24
热变形T 1
1.7
2.0
密度
0.902 1.225
1.238
缺点
价格较高 对加工性能有不良影响
原因：结构中反应性基团多，与填料表面 的反应点多；另一端的有机疏水基含碳原 子数少、链短。
钛酸酯偶联剂
结构：
亲无机端 ——中心原子—— 亲有机端
(RO)4－n－Ti－(O－X－R’－Y)n 1.(RO)4－n：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作用而结合 于无机填料表面。
应性基各种特性
单烷氧基钛酸酯偶联剂偶联机 理示意图
单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶 联剂偶联机理示意图
螯合型钛酸酯偶联剂偶联机理 示意图
应用实例1
例：用丙基三（十二烷基苯磺酰基） 钛酸酯分别处理碳酸钙和滑石粉，经 处理的填料与HDPE以20：80比例混 合后，其填充体系的平衡扭矩下降 29％和31％（偶联剂用量为0.5％）
合成工艺简单、产率高、无腐蚀、无污染、 色浅、无毒
热稳定性好 适用面宽 偶联效果好
发展动向
问世50多年后，仍处于迅速发展状态 寻找更高效、更廉价的新型偶联剂 向多功能发展，逐渐形成专用化、系列化
品种 解决高填充条件下加工与制品力学性能问
题
硅烷偶联剂
结构：R－Si－X3 R：是具有反应活性的有机物
4.5.2 偶联剂
概念：偶联剂是一种同时具有与无机物和 有机物反应的两种性质不同的官能团的低 分子化合物。
结构式：(RO)x-M-Ay RO——易进行水解或交换反应的短链烷 氧基 M——中心原子Si,Ti,Al,P等 A——与中心原子结合稳定的较长链亲有 机基团
作用机理
偶联剂的两类基团分别通过化学反应或物 理化学作用 一端与填料表面结合 另一端与高分子树脂缠结或反应
不同硅烷偶联剂适用范围
硅烷偶联 剂
S3Si-R
R中含有 环氧基
氨基
适用高分子体系
环氧树脂、不饱和聚酯、酚 醛树脂、尼龙、聚氨酯及含 羟基的塑料
环氧树脂、聚氨酯
双键
过氧基或二叠 氮基
采用引发剂或交联剂 固化的高分子体系
PP PE EPDM SBS 天然胶等
%实例：磺酰叠氮硅烷偶联剂填充PP 填料：40%；偶联剂：0.5%
此处加标题
填料的表面处理方法
眼镜小生制作
4.5.1 概述
天然或人工合成无机填料——极性的，水 不溶性物质
有机高分子——极性极小
二者相容性不好——加工性能及使用性能 下降
必须对填料表面进行处理，使填料表面的 极性接近所要填充的高分子树脂，改善相 容性。
所选用的表面处理剂
表面活性剂 偶联剂 有机高分子 无机物
铝酸酯偶联剂处理填料作用机 理
应用实例：PE交联发泡鞋片
测试项目 技术 指标
拉伸强度/ ≥2.5 MPa 伸长率/% ≥150
未处理 10份 3.9
301
处理 20份 3.8
275
处理 30份 3.7
275处理 40份 3.5来自253绍氏硬度/ 45±5 度
密度/
0.33
（g/cm3） ～
0.43
2.历史、发展与现状
二战后，军事和航天的需要—硅烷偶联剂 →GF增强塑料和橡胶，效果显著。至今有 上百个品种。
烯丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、氨基 硅烷
主要生产厂家：Union Carbide Corp Dow Corning Corp
过氧化硅烷 阳离子硅烷 叠氮硅烷
适用于聚烯烃
乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙 烯酸酯、硫酸剂等 X：是能够水解的烷氧基
甲氧基、乙氧基、氯等
硅烷偶联剂示意图
例：乙烯基三氯硅烷（CH2=CHSiCl3）处理玻璃纤 维（玻璃纤维的表面有大量的硅醇基。）
R基中含有
氨基——羧基、环氧基、异氰酸基 环氧基——羟基、羧基、氨基等 双键——含双键的聚合物交联 叠氮基——所有类型的有机聚合物
(OCOR’）m ：亲有机基团。 Dn：是含孤电子对的配位基团，
它没有特殊作用，只是与铝原子 配位从而使此偶联剂稳定。1983 年以前没有铝酸酯偶联剂，就是 因为铝酸酯酸易水解和缔合不稳 定，后来由于Dn的作用才有了铝 酸酯偶联剂。铝酸酯偶联剂的作 用机理与前面的相似。
铝酸酯偶联剂空间结构示意图
硅烷偶联剂适合处理
二氧化硅 云母 三水合氧化铝 硅灰石 玻璃纤维 高岭土
对碳酸盐、硫酸盐处理效果不佳
钛酸酯偶联剂
1972年美国肯尼迪公司（Kenrich Inc.） 研制出TTC（三异硬酯酰基钛酸异丙酯）。
近10年发展迅速
铝酸酯偶联剂问世
1984年我国福建师范大学高分子系章文贡 等首创铝酸酯偶联剂，50多个品种。
屈挠龟裂/ 6万次
次
以上
应用实例2
例：用KR－12和KR－28分别处理CaCO3 ， 再填充到PVC中，PVC：CaCO3为60：40， 经偶联剂处理的CaCO3填充体系比未处理的 体系冲击强度分别提高3倍、8倍（用量0.4％ 时）和6倍、9倍（用量为1.2％时）
铝酸酯偶联剂
(RO)x：是水解或交换反应的短 链烷氧基，是亲无机基团。
使得表面性质悬殊的无机填料与聚合物两相 较好地相容
无机填料（填料一般为无机物，大多是极 性的、水不溶性的物质）与有机基体（极 性小的有机高分子树脂）相容性很差。直 接加入后在成型加工过程中，由于基体的 冷却收缩率大多比无机填料的要大。这样 在界面发生脱离，形成环隙或缝隙，从而 基体与无机填料脱离。不但起不到补强效 果，反而由于材料内部形成微孔而使其力 学性能下降。