云母在工程塑料

云母在工程塑料中的应用

一、云母简介

云母是一类含钾、铝、镁、铁、锂等元素的层状含水铝硅酸盐的总称,它属于层状结构硅盐,是两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层[1]。云母的化学成分可表达

为:R+R2+3[AlSi3O10](OH)2或R+R3+2[AlSi3O10](OH)2

式中R+=K+、Na+;R2+=Mg2+、Fe2+、Mn2+;R3+=Al3+、Fe3+、Mn3+。锂也可加入母晶格中占据相当于Mg、Al的位置。在云母组成中还有Ti、Mn、Fe、Cr、F、Ca、Ba等少量素。类质同象的代替在云母中普遍存在。云母的主要种类有:白云母、钠云母、金云母、黑云母、锂云母、锂铁云母、珍珠云母、蛭石。云母的物理性质、热学性质和电学性质可归纳为表1。云母有良好的化学稳定性。在各种浓度的冷中不起化学作用。吸水性和吸湿性很小。

云母产品晶形完美，表面光滑，光泽感强，可制得各种粒径的产品，粒径分布集中。晶片极薄，晶片直径与厚度的比例（径厚比）特高（80~120倍），比表面积大，纯度高（95~98％），云母的独特片状结构使它成为典型的增强填料。

二、云母添加对工程塑料的性能影响研究

早在五十年代，就有人把云母作为酚醛树脂和环氧树脂的填料，以提高材料的电性能.将云母用来提高高聚物的力学性能，是加拿大多伦多大学Wood hams教授一九七三年的研究工作，云母增强塑料的力学性能与云母片的纵横比有很大的依赖关系。如图1所示，在云母填加量一定的情况下，复合材料的弯曲强度及

弯曲模量随云母片纵横比的增大而升高〔2〕。

由于云母具有良好的电性能、耐化学药品性、耐候性及低的热传导率，所以云母增强塑料在这些性能方面都有相应的改善.另外，云母的片状特性使得云母增强塑料的弯曲性能及抵抗气体或液体的透过能力大大提

高。云母对于大多数高聚物都有以下的填加效应:

（一）云母粉的添加可有效的改善工程塑料的物理机械性能

云母以其独特的二维片状结构，具有高弹性、高韧性、耐高温和强耐酸碱性的优良性能，在工程塑料中特别是在工程塑料中有广泛的应用。改性后的云母粉添加于塑料中能明显改善塑料制品的综合性能；具有二维片状结构的云母在塑料中能起到平面增强作用，改性后产品性能提高幅度大且均匀取向不翘曲变形，赋予产品优良的尺寸稳定性。提高塑料的拉伸强度、抗挠强度及抗挠模量，极大改善其热变形温度。增强制品的韧性，防老化，抗龟裂。

Neetu Tomar等人研究了PBT/ABS合金中添加如不同比例的云母粉后，材料的拉伸性能和缺口冲击强度的变化趋势，所添加的云母粉的粒径为6.12um~76.53um,平均粒径为37.8um,另外，当云母粉添加的比例从2%上升为14%的过程中，合金的结晶度呈现下降的趋势，即从原先的27.2%下降为15.9%，合金的拉伸强度在云母粉含量为7%时候出现最大值，随着其含量的进一步上升，则出现下降的趋势。另外，由于云母粉的存在，合金的缺口冲击强度则呈现下降趋势。

华南理工大学的蔡长庚等人以固相ABS三单体接枝物(ABS-g-VM)作为相容剂,分别采用云母和高岭土对ABS进行填充改性。研究了填料用量对ABS复合材料的力学性能和动态力学性能的影响。结果表明,云母以片层状结构分布于ABS中,可有效提高ABS的强度和刚度,当云

母粉含量为20%，复合材料的弯曲强度和拉伸强度分别达到了88.1 MPa和42.8Mpa,优越于添加高岭土的复合材料。如图3所示，云母是以微米级的片层状结构分散于ABS中,而高岭土却以微米级粒子的形态分散在基体中。正是由于填料结构的差异,使得云母对ABS具有明显的增强作用,而高岭土只能作为增量剂使用。（蔡长庚,等硅酸盐填充ABS复合材料的性能研究，塑料工业, 2004, 32(5): 39。）

武汉理工大学张凌燕利用硅烷WD-70对白云母进行表面改性处理,与ABS复合加工制备复合材料,发现白云母以片层状结构分布于ABS中,可有效提高ABS的刚度,在保持较好综合力学性能的基础上,能起到降低成本的作用。从表3中可以看出,随着白云母用量的增加,ABS复合材料的弯曲模量随之显著上升,当白云母的质量分数30%时,材料的弯曲模量为纯ABS的两倍多,但体系的缺口冲击强度却大幅度降低,这表明白云母对于提高ABS复合材料刚度的作用十分明显;而白云母改性ABS的弯曲强度和拉伸强度的变化规律相同,均随白云母用量的增加先提高、后下降,但填充ABS复合材料的弯曲和拉伸强度均稍低于纯ABS,不同填充量白云母复合材料的巴氏硬度均成倍大于纯ABS硬度,并且随着白云母填充量的增加而基本呈现递增趋势,填充率达到40%的巴氏硬度最大,比纯ABS增加了7倍以上,可用于制造轻载齿轮、各类容器、管道、电器外壳等。（白云母改性与填充ABS工程塑料的试验研究*张凌燕,唐华伟,赖伟强，塑料2007年36卷第4期，5-7）

G. GUERRICA等人研究了碳酸钙和云母粉添加到PA6后复合材料的机械性能的变化，发现随着添加量得升高，材料的拉伸强度和模量较纯的PA有明显的提高，唯一的缺陷在于复合材料的延展率和缺口冲击强度下降幅度较大。

日本的尤尼契卡中央研究所(株)的片平新一郎等人用合成云母对PA6的纳米复合材料进行了研究。他们选用滑石[Mg3Si4O10(OH)2]为代表的粘土矿物与氟硅酸钠共烧灼成合成云母。PA6与各种粘土矿物制得的纳米复合材料的力学性能(如强度、热变形温度等)比较如表3所示,与不添加粘土矿物的PA6力学性能相比较有显著提高。（片平新一郎,田村恒雄,安江健治·高分子集(日),1998,(55):2）

上海金发科技谢豹等人的研究结果也进一步证实了云母粉对PA6刚性的提高有明显的作用。同时也发现,增韧剂质量分数在25%时,填料质量分数在30%时,复合材料的力学性能最好。（塑料工业，谢豹1,苏妤1,殷年伟1,韩永琴，2009,6,33-35，填充物种类和用量对PA6材料力学性能的影响）

南京工业大学材料学院王庭慰也研究了云母作为尼龙6改性剂的应用。采用硅烷类偶联剂和白油处理云母,填充在尼龙6中,改性后的尼龙6,表现出良好的力学性能。通过对偶联剂种类、用量、云母细度、用量和填料种类等变量的研究, 云母细度增加会使得增强体系的综合性能得到提高，当1500目的云母粉含量为20%，改性PA6的力学性能具有最佳数值。（中国塑料，2002，8 ：40-43）王庭慰,张军,邵英光，）