热塑性塑料的填充改性 ppt课件
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高聚物的功能性填充改性
郭宝春 psbcguo@scut.edu.cn
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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1
功能性填料的种类和特点
• 导电性：金属粉、金属箔、金属纤维、炭黑、碳纤维、 导电氧化物(氧化锡、氧化锌、氧化钼)、非电解镀层物 (氧化钛、云母、玻璃纤维)
• 磁性：铝钛镍钴磁合金、稀土类铁素体、钡铁氧体、 锶铁氧体
• 压电性：钛酸锆石酸铅、钛酸铅、钛酸钡
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7
复合型导电高分子
高分子材料一般为有机材料，而导电填料则通常为无机材 料或金属。两者性质相差较大，复合时不容易紧密结合和均匀 分散，影响材料的导电性，故通常还需对填料颗粒进行表面处 理。如采用表面活性剂、偶联剂、氧化还原剂对填料颗粒进行 处理后，分散性可大大增加。
复合型导电高分子的制备工艺简单，成型加工方便，且具 有较好的导电性能。例如在聚乙烯中加入粒径为10～300μm的 导电炭黑，可使聚合物变为半导体(σ＝10-6～10-12Ω-1·cm-1)， 而将银粉、铜粉等加入环氧树脂中，其电导率可达10-1～10Ω1·cm-1，接近金属的导电水平。因此，在目前结构型导电高分 中研究尚未达到实际应用水平时，复合型导电高分子不失为一 类较为经济实用的材料。
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10
压电性填充剂
• 压电材料是具有电能和机械能相互转换功能的材料。 即对该种材料施以力时产生电，相反在给予电压时产
生力和变形。因此，压电材料的用途极为广泛。最近
主要倾向于高性能的钛酸铅(PT)和钛酸锆酸铅(PZT)。
• 具有压电性能的高分子如聚偏氟乙烯(PVDF) 与烧结陶
瓷类压电材料相比，这些高分子类复合材料具有不易
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9
磁性填充剂
• 电气制品使用的磁体有多种，有橡胶类和塑料类。这些 磁体与以往烧结磁体相比不容易损坏,而且具有自由成型 和可挠性的优点，主要用于小型和轻型机器。
• 磁性填充剂大致可分为铁素体类和稀土类两类。要想提 高磁性复合体的磁力，使磁极定向排列是必要的条件，
对于片状和针状铁素体，通过开炼机混炼延伸和挤出成 型时的强剪切力可容易进行定向。
导电材料 (100-104Ω .cm) 高导电材料 (10-3-100Ω .cm)
组成材料 基体
填充剂
丁 腈 橡 胶 类 金属氧化物 涂料 橡胶、塑料、 炭黑、金属粉、碳纤 合成纤维 维、金属纤维
橡胶、塑料 炭黑、金属粉、碳纤 维
橡胶、塑料、 炭黑、金属粉 二甲酚树脂、 环氧树脂
应用实例
各种绝缘材料
电导率 /Ω1·cm-1
＜10-10
10-10～102 102～108
＞108
典型代表
石英、聚乙烯、聚苯乙烯、 聚四氟乙烯 硅、锗、聚乙炔 汞、银、铜、石墨 铌(9.2 K)、铌铝锗合金 (23.3K)、聚氮硫(0.26 K)
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4
导电复合材料的组成与用途
材料分类(体积电阻)
电绝缘材料 (1010Ω .cm 以上) 半导电材料 (107-1010Ω .cm) 抗静电材料 (104-107Ω .cm)
导电高分子中高分子基料的作用是将导电 颗粒牢固地粘结在一起，使导电高分子具有 稳定的导电性，同时它还赋于材料加工性。 高分子材料的性能对导电高分中的机械强度、 耐热性、耐老化性都有十分重要的影响。
导电填料在复合型导电高分子中起提供载 流子的作用，因此，它的形态、性质和用量 直接决定材料的导电性。
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• 稀土类填充剂是粉碎品，其长径比较小，将其直接无规 则填充(等方向性)时其磁力降低1/3以下，因此要将其在 磁场中进行成型加工，即采用所谓的强制定向排列手段。
• 稀土类磁粉容易氧化，特别最近由于磁粉微粒化要求日 益增高，所以抗氧化对策成为提高功能体现效率不可缺
少的重要技术因素。对此，一般用硅烷偶联剂和钛偶联 剂对稀土类磁粉进行表面处理。
损坏、可成型各种形状而且可挠屈等优点。压电材料
使 用 的 基 体 除 PVDF 外 还 可 使 用 偏 氟 乙 烯 - 三 氟 乙 烯 (VDF-TrFE)共聚物、聚甲醛和橡胶等。
• 仅将PZT等压电填充剂分散于高分子基体不能开发出 所要求的功能，需要对其施以直流高电压促进自然极
低电阻板带(传真电极板)
除静电器、非带电输送带、 医用橡胶制品、导电轮胎、 电子干扰仪、油印胶辊、纺 织胶辊 弹性电极、电镀模型、加热 元件(空调机室外装置) 导电涂料(银涂料、碳涂料)、 导电油墨(电气印刷配线)、 导电橡胶(台式计算机的键 盘和开关连接器元件)、导 电弹性粘合剂
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5
复合型导电高分子
• 减振性：云母、石墨、铁氧体、钛酸钾、硬硅钙石、 石墨纤维
• 滑动性：石墨、二硫化钼、氮化硼(六角晶体状)、氟化 石墨、聚四氟乙烯粉、滑石粉
• X线防护性：铅、硫酸钡
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2
复合型导电高分子
从原则上讲，任何高分子材料都可用作复合型导 电高分子的基质。在实际应用中，需根据使用要求、 制备工艺、材料性质和来源、价格等因素综合考虑， 选择合适的高分子材料。
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8
复合型导电高分子
复合型导电高分子目前已得到广泛的应用。如 酚醛树脂—炭黑导电塑料，在电子工业中用作有机 实芯电位器的导电轨和碳刷；环氧树脂—银粉导电 粘合剂，可用于集成电路、电子元件，PTC陶瓷发 热元件等电子元件的粘结；用涤纶树脂与炭黑混合 后纺丝得到的导电纤维，可用作工业防静电滤布和 防电磁波服装。此外，导电涂料、导电橡胶等各类 复合型导电高分子材料，都在各行各业发挥其重要 作用。
6
复合型导电高分子
常用的导电填料有金粉、银粉、铜粉、镍 粉、钯粉、钼粉、铝粉、钴粉、镀银二氧化 硅粉、镀银玻璃微珠、炭黑、石墨、碳化钨、 碳化镍等。银粉具有最好的导电性，故应用 最广泛。炭黑虽导电率不高，但其价格便宜， 来源丰富，因此也广为采用。根据使用要求 和目的不同，导电填料还可制成箔片状、纤 维状和多孔状等多种形式。
目前用作复合型导电高分子基料的主要有聚乙烯、 聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、环氧树脂、 丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、 聚酰亚胺、有机硅树脂等。此外，丁基橡胶、丁苯 橡胶、丁腈橡胶和天然橡胶也常用作导电橡胶的基 质。
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3
复合型导电高分子
材料导电率范围
材料
绝缘体 半导体 导体 超导体
郭宝春 psbcguo@scut.edu.cn
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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1
功能性填料的种类和特点
• 导电性：金属粉、金属箔、金属纤维、炭黑、碳纤维、 导电氧化物(氧化锡、氧化锌、氧化钼)、非电解镀层物 (氧化钛、云母、玻璃纤维)
• 磁性：铝钛镍钴磁合金、稀土类铁素体、钡铁氧体、 锶铁氧体
• 压电性：钛酸锆石酸铅、钛酸铅、钛酸钡
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复合型导电高分子
高分子材料一般为有机材料，而导电填料则通常为无机材 料或金属。两者性质相差较大，复合时不容易紧密结合和均匀 分散，影响材料的导电性，故通常还需对填料颗粒进行表面处 理。如采用表面活性剂、偶联剂、氧化还原剂对填料颗粒进行 处理后，分散性可大大增加。
复合型导电高分子的制备工艺简单，成型加工方便，且具 有较好的导电性能。例如在聚乙烯中加入粒径为10～300μm的 导电炭黑，可使聚合物变为半导体(σ＝10-6～10-12Ω-1·cm-1)， 而将银粉、铜粉等加入环氧树脂中，其电导率可达10-1～10Ω1·cm-1，接近金属的导电水平。因此，在目前结构型导电高分 中研究尚未达到实际应用水平时，复合型导电高分子不失为一 类较为经济实用的材料。
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压电性填充剂
• 压电材料是具有电能和机械能相互转换功能的材料。 即对该种材料施以力时产生电，相反在给予电压时产
生力和变形。因此，压电材料的用途极为广泛。最近
主要倾向于高性能的钛酸铅(PT)和钛酸锆酸铅(PZT)。
• 具有压电性能的高分子如聚偏氟乙烯(PVDF) 与烧结陶
瓷类压电材料相比，这些高分子类复合材料具有不易
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磁性填充剂
• 电气制品使用的磁体有多种，有橡胶类和塑料类。这些 磁体与以往烧结磁体相比不容易损坏,而且具有自由成型 和可挠性的优点，主要用于小型和轻型机器。
• 磁性填充剂大致可分为铁素体类和稀土类两类。要想提 高磁性复合体的磁力，使磁极定向排列是必要的条件，
对于片状和针状铁素体，通过开炼机混炼延伸和挤出成 型时的强剪切力可容易进行定向。
导电材料 (100-104Ω .cm) 高导电材料 (10-3-100Ω .cm)
组成材料 基体
填充剂
丁 腈 橡 胶 类 金属氧化物 涂料 橡胶、塑料、 炭黑、金属粉、碳纤 合成纤维 维、金属纤维
橡胶、塑料 炭黑、金属粉、碳纤 维
橡胶、塑料、 炭黑、金属粉 二甲酚树脂、 环氧树脂
应用实例
各种绝缘材料
电导率 /Ω1·cm-1
＜10-10
10-10～102 102～108
＞108
典型代表
石英、聚乙烯、聚苯乙烯、 聚四氟乙烯 硅、锗、聚乙炔 汞、银、铜、石墨 铌(9.2 K)、铌铝锗合金 (23.3K)、聚氮硫(0.26 K)
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导电复合材料的组成与用途
材料分类(体积电阻)
电绝缘材料 (1010Ω .cm 以上) 半导电材料 (107-1010Ω .cm) 抗静电材料 (104-107Ω .cm)
导电高分子中高分子基料的作用是将导电 颗粒牢固地粘结在一起，使导电高分子具有 稳定的导电性，同时它还赋于材料加工性。 高分子材料的性能对导电高分中的机械强度、 耐热性、耐老化性都有十分重要的影响。
导电填料在复合型导电高分子中起提供载 流子的作用，因此，它的形态、性质和用量 直接决定材料的导电性。
ppt课件
• 稀土类填充剂是粉碎品，其长径比较小，将其直接无规 则填充(等方向性)时其磁力降低1/3以下，因此要将其在 磁场中进行成型加工，即采用所谓的强制定向排列手段。
• 稀土类磁粉容易氧化，特别最近由于磁粉微粒化要求日 益增高，所以抗氧化对策成为提高功能体现效率不可缺
少的重要技术因素。对此，一般用硅烷偶联剂和钛偶联 剂对稀土类磁粉进行表面处理。
损坏、可成型各种形状而且可挠屈等优点。压电材料
使 用 的 基 体 除 PVDF 外 还 可 使 用 偏 氟 乙 烯 - 三 氟 乙 烯 (VDF-TrFE)共聚物、聚甲醛和橡胶等。
• 仅将PZT等压电填充剂分散于高分子基体不能开发出 所要求的功能，需要对其施以直流高电压促进自然极
低电阻板带(传真电极板)
除静电器、非带电输送带、 医用橡胶制品、导电轮胎、 电子干扰仪、油印胶辊、纺 织胶辊 弹性电极、电镀模型、加热 元件(空调机室外装置) 导电涂料(银涂料、碳涂料)、 导电油墨(电气印刷配线)、 导电橡胶(台式计算机的键 盘和开关连接器元件)、导 电弹性粘合剂
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复合型导电高分子
• 减振性：云母、石墨、铁氧体、钛酸钾、硬硅钙石、 石墨纤维
• 滑动性：石墨、二硫化钼、氮化硼(六角晶体状)、氟化 石墨、聚四氟乙烯粉、滑石粉
• X线防护性：铅、硫酸钡
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复合型导电高分子
从原则上讲，任何高分子材料都可用作复合型导 电高分子的基质。在实际应用中，需根据使用要求、 制备工艺、材料性质和来源、价格等因素综合考虑， 选择合适的高分子材料。
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复合型导电高分子
复合型导电高分子目前已得到广泛的应用。如 酚醛树脂—炭黑导电塑料，在电子工业中用作有机 实芯电位器的导电轨和碳刷；环氧树脂—银粉导电 粘合剂，可用于集成电路、电子元件，PTC陶瓷发 热元件等电子元件的粘结；用涤纶树脂与炭黑混合 后纺丝得到的导电纤维，可用作工业防静电滤布和 防电磁波服装。此外，导电涂料、导电橡胶等各类 复合型导电高分子材料，都在各行各业发挥其重要 作用。
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复合型导电高分子
常用的导电填料有金粉、银粉、铜粉、镍 粉、钯粉、钼粉、铝粉、钴粉、镀银二氧化 硅粉、镀银玻璃微珠、炭黑、石墨、碳化钨、 碳化镍等。银粉具有最好的导电性，故应用 最广泛。炭黑虽导电率不高，但其价格便宜， 来源丰富，因此也广为采用。根据使用要求 和目的不同，导电填料还可制成箔片状、纤 维状和多孔状等多种形式。
目前用作复合型导电高分子基料的主要有聚乙烯、 聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、环氧树脂、 丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、 聚酰亚胺、有机硅树脂等。此外，丁基橡胶、丁苯 橡胶、丁腈橡胶和天然橡胶也常用作导电橡胶的基 质。
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复合型导电高分子
材料导电率范围
材料
绝缘体 半导体 导体 超导体