硅灰石填充高密度聚乙烯
硅灰石绢云母改性填料在塑料中的应用
硅灰石绢云母改性填料在塑料中的应用填充改性聚合物的性能与填料本身的物理化学性质有紧密的联系。
填料具有不同的形状如：纤维状、球形、粒形、片状、柱状及中空微球等，除球形外，其它填料形状均具有各向异性。
一般说来，截面较大的填料如：柱状、纤维状、片状等对提高聚合物的力学性能有利；增大长径比对提高材料的力学性能、耐热性、尺寸稳定性等有积极作用；球形、粒状填料对改善复合材料的加工性能效果较好，但会对力学性能产生负面影响。
同时不同粒径及分布的填料对填充改性材料的的性能也有较大的影响。
将粒径相差较大的不同填料合理配置，制备的复合材料的拉伸强度及冲击强度有明显的提高，这在相关的讨论中得到了验正。
在选择和使用何种类型的无机填料作为填充剂和加强剂时，应考虑多方面的问题，例如：①填充剂表面可能的催化活性，②均匀分散以及与基体树脂的键联，③复合性能，④工业安全问题，⑤成本问题等。
1硅灰石（硅灰石）CaSi03是一种钙的偏硅酸盐类天然矿物，理论化学成分为wt（CaO）％、wt（Si02）％分别为48％、49％，此外还含有少量的Fe203，Ti02和MgO。
硅灰石晶体常见的形态有细晶状、纤维状和磷片状等几种形状，集合体呈纤维状或放射状。
1.1基本特征硅灰石在水中的溶解度低，不含结晶水，吸水性小，加热时不存在脱水的问题，熔点高，热膨胀系数小，其热膨胀系数仅为6.510—6℃—1，耐热稳定性好，耐腐蚀，机械性能和电性能良好。
填充到树脂中后，复合材料的尺寸稳定性好；硅灰石在基体树脂中的分散效果好，强度下降程度小，填充后复合材料的表观熔体粘度低；同时由于硅灰石还具有粘度较低的特点，因此它的加入对材料的成型加工性能有肯定程度的改善作用。
并且其还具有很高的白度、良好的介电性能和较高的耐热性能，因而被广泛应用在建筑、涂料、塑料、橡胶等工业领域，尤其是它与高分子材料的复合更为引人注目。
硅灰石作为塑料填充剂起到改善塑料制品的力学性能和耐热性的作用；改善塑料制品的力学强度，起补强、加强作用。
聚烯烃改性研究
二、聚烯烃改性1、聚乙烯改性（1）国际上现用少量高密度聚乙烯掺入到低密度聚乙烯中以达到防止或减少封拈效果。
（2）加入少量（0.05~0.1%）油酸胺化物，可大为减少薄膜封粘。
如果加入0.5~2%的聚丙烯，可提高其透明度（3）用二氧化硅、碳素、粘土、碳酸钙,甚至一些工业废渣作为填充剂,填充量可达1：1，虽增强刚性,但抗张强度、延伸率、抗裂强度却有所下降,然而脆性化温度有所提高。
（4）以交联剂交联改性，为目前欧美研完的一种聚乙烯聚联改性新方法。
交联工艺有下列几种：A、有机过氧化物交联厂B、叠氦化物交联C、放射线交联D、热交联F、烷硅交联,H、发泡交联。
（5）光氯化聚乙烯薄膜生产已经工业化,其可分为二种光氯化方法(①日本采用光氯化照射室方法,即将聚乙烯薄膜在照射室内二面用氯气与之接触,并在一面用紫外线照射,这样氯原子不断扩散,紫外线也溅射到薄膜上,即使不直接接触光的面,同样得以光氯化。
②利用透过室方法,即将聚乙烯薄膜在透过室内,在绝对抽真空情况下一面用光照射,仅只有一面与氯气接触,并在同一面用紫外线进行光照。
除上述两种光氯化方法外,若二面同时用紫外线照射,效果更佳。
经光氯化改性的聚乙烯薄膜,改变其表面不活泼而难于印刷的问题,不需进行表面处理即可印刷。
聚丙烯改性聚丙烯（PP）是五大通用塑料之一，由于其原料来源丰富、价格便宜、易于成型加工、产品综合性能优良，用途非常广泛，已成为发展最快的塑料品种之一。
但PP也存在一些不足，最大缺点是耐寒性差，低温易脆裂；其次是收缩率大，抗蠕变性差，容易产生翘曲变形。
与传统工程塑料相比，PP还存在耐候性差，涂饰、着色和黏合等二次加工性能差，与其他极性聚合物和无机填料的相容性差等缺陷，从而限制了其应用范围。
PP的高性能化、工程化、功能化是目前改性PP的主要研究方向。
PP改性可分为化学改性和物理改性。
化学改性主要指共聚、接枝、交联等，通过改变P的分子结构以达到改性目的。
物理改性主要包括共混、填充、复合填强、表面改性等，通过改变PP的分子聚集态结构，以达到改善材料性能的目的。
最新 硅灰石粉填充聚丙烯复合材料性能研究-精品
硅灰石粉填充聚丙烯复合材料性能研究采用熔融共混的方法制备了硅灰石粉填充改性聚丙烯(PP)复合材料。
通过力学性能、溶体流动速率(MFR)及DSC等测定,考察了硅灰石粉对PP力学性能、热性能及加工性能的影响。
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摘要：采用熔融共混的方法制备了硅灰石粉填充改性聚丙烯(PP)复合材料。
通过力学性能、溶体流动速率(MFR)及DSC等测定，考察了硅灰石粉对PP 力学性能、热性能及加工性能的影响。
结果表明：用硅灰石粉填充改性PP，大大提高了PP/硅灰石粉复合材料的模量，缺口冲击强度的敏感性得到明显改善;改性PP的耐热温度、硬度及加工性能得到一定提高，但其强度有所降低。
关键词：聚丙烯;硅灰石粉;改性;复合材料;性能聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一，具有密度低、耐腐蚀、力学性能优异等特点，广泛应用于国民经济及人们日常生活的各个领域。
但PP的最大缺陷是冲击强度低，尤其是低温冲击性能较差，而且其尺寸稳定性及耐候性亦较差，刚性低，使其应用范围受到一定限制。
为了改善PP的上述缺陷，国内外许多学者对其进行了大量改性研究，其中以针状硅灰石粉填充改性PP近年来得到了快速发展[1]。
无机填料用于塑料改性可以得到具有功能性和高商品价值的复合材料。
硅灰石粉用于塑料的填充增强改性，能够与石棉、滑石粉、云母等无机填料相媲美。
硅灰石开采于第二次世界大战期间，开始只作为电焊条和陶瓷的原料，上世纪七十年代开始用于塑料改性，如对环氧树脂、酚醛树脂、热固性聚酯、乙烯基类树脂溶胶、聚酰胺、聚氯乙烯和PP等的填充及增强。
在提高材料的拉伸强度和挠曲强度等方面，硅灰石粉优于其他无机填料，因此发展极为迅速[2-3]。
硅灰石是唯一的天然针状白色晶体，有如下特性：(1)不带结晶水，吸水性低;(2)熔点高，热膨胀系数小，耐热稳定性较高;(3)耐药品、耐候性好;(4)对人畜无害;(5)电性能好。
特别是美国公布了硅灰石的无毒性以后，常作为玻璃纤维、滑石粉和石棉等的替代品，越来越受到重视。
聚丙烯耐划伤性的研究进展
中国丙纶网常州网优信息技术有限公司常州新北区通江大道398-1号2231室Tel :(86-519)85126892Fax:(86-519) 85157580e-mail:service@ 聚丙烯耐划伤性的研究进展中国石油化工股份有限公司北京化工研究院 胡宝山 金滟 丁树岩聚丙烯（PP）已广泛应用于汽车、电器、日用品、家具和包装等制造业。
然而，PP材料的表面耐划伤性能很差，很大程度上降低了产品的美观程度，而且在制品表面产生的划痕也会导致应力集中，限制了其使用性能。
因此，提高PP材料的表面耐划伤性能是一个重要研究课题。
划伤是材料表面的一种破坏方式，其类型和机制相当复杂，影响因素很多。
PP分子结构、填料、助剂、润滑剂及抗冲改性剂等都影响着PP材料的划伤行为。
提高PP材料表面耐划伤性能的主要方法：（1）加入不同填料和助剂改性；（2）PP分子结构；（3）与其他聚合物共混。
1 填料的影响加入填料改善PP表面的耐划伤性能是一种比较经济、有效，应用广泛的方法。
填料加入到PP中能改善材料的机械性能（如模量、屈服应力和破裂应变等），进而提高PP材料的耐划伤性能。
利用填料（如滑石粉、硅灰石、玻璃微珠、微纤维等）可改善PP 材料表面耐划伤性能。
1.1 填料尺寸Tony等研究了填料尺寸对PP混合物的表面耐划伤性能的影响。
用粒径为1.2～40.0mμ的硅灰石和滑石粉填充PP，结果表明，当粒径小于12mμ时，PP混合物的划痕深度随粒子尺寸的增加而几乎呈线性增加。
1.2 填料和PP基体之间界面强度Hadal等利用表面涂覆和偶联剂对硅灰石、滑石粉进行了表面处理，研究了增强粒子与基体之间界面强度对耐划伤性能的影响。
研究发现，填料粒子与PP基体之间的界面强度要适中，界面强度太小，界面变形初期产生的龟裂就会随着破坏的增强而发展成裂缝，耐划伤性能较差；而界面强度太大，基体内部就会产生银纹无法达到增韧的效果，抗冲击性能较差。
中国丙纶网常州网优信息技术有限公司常州新北区通江大道398-1号2231室Tel :(86-519)85126892Fax:(86-519) 85157580e-mail:service@Chu用质量分数为3%的马来酸酐接枝PP作为界面改性剂，发现能够改善滑石粉和硅灰石填充共聚PP的耐划伤性能。
PP改性知识大全含配方
PP改性知识大全（含配方）（塑料技术咨询）P是一种常用的塑料原料，也是常用的改性原料之一，对其改性方法可分为填充改性、增强增韧改性、共混改性及功能性改性四种，以下为您详细介绍。
填充改性无机填料：云母、碳酸钙、滑石粉、硅灰石、炭黑、石膏、赤泥、立德粉、硫酸钡等;云母的添加量为40%以下，粒径在300目以上；钛酸酯偶联剂用量为云母的30%左右；硅烷偶联剂用量较少，若用丙烯酸表面处理剂时，用量可加大到5-10%。
云母的长径比越大，增强效果越好。
采用静态混合器、销钉型混炼螺杆、双螺杆挤出机等有助于提高填充效果。
硅灰石的用量在30-40%，粒径采用300-325目，填充后的复合材料拉伸强度降低、缺口冲击强度提高。
其他滑石粉、赤泥、重质碳酸钙等填充PP时，粘度增加较大。
随切变速率增加，粘度增大现象逐渐减弱，一般可用表面处理剂如聚乙烯蜡、脂肪酸盐等及采用双螺杆挤出机。
用有机填料木粉、玉米棒芯时，应选择长径比大于15的为好，可改善韧性和负荷畸变度。
低填充时：滑石粉含量10-20%时，PP复合材料可取代ABS或高抗冲聚苯乙烯；高填充时：滑石粉含量超过30%，只主要用于热变形温度、模量等性能要求较高的制品。
不同粒度碳酸钙在HDPE中的临界值增强增韧改性增强材料：玻璃纤维、石棉纤维、单晶纤维和铍、硼、碳化硅等，另外填料改性中的云母、滑石粉处理好时，也能作为增强材料用。
增韧配方设计注意事项：1、弹性体与树脂的相容性要好塑料的极性大小为：纤维素塑料>PA>PF>EP>PVC>EVA>PS>PP/HDPE/LDPE/LLDPE；弹性体的极性大小为：丁晴胶>氯丁胶>丁苯胶〉顺丁胶〉天然胶〉乙丙胶。
高极性树脂选用高极性弹性体，低极性树脂选用低极性弹性体。
2、相容剂：适当的相容剂，可提高两者的相容性。
常用的相容剂为树脂或增韧剂的马来酸酐或丙烯酸类接枝物。
3、弹性体的协同作用：不同品种的弹性体一起加入会有协同作用，如在PP增韧配方中，EPDM和ABS复合加入增韧效果好。
EVA热熔胶的改性方法
EVA热熔胶的改性方法热熔胶是一种常见的粘合剂，具有良好的粘附性和可塑性。
然而，由于其自身性质的限制，热熔胶在一些方面可能无法满足特定的应用要求。
因此，对热熔胶进行改性是提高其性能和应用范围的重要手段。
下面介绍几种常见的EVA热熔胶的改性方法。
1.增强剂添加：可以向热熔胶中添加增强剂来改善其力学性能。
常用的增强剂包括纤维素纤维、玻璃纤维和碳纤维等。
这些增强剂可以提高热熔胶的强度、刚度和耐磨性等性能。
2.填充剂添加：热熔胶中添加填充剂可以改善其物理性能。
常用的填充剂有硅灰石、滑石粉和二氧化硅等。
填充剂可以增加热熔胶的硬度、密度和耐磨性，并改善其耐高温性能。
3.功能性添加剂：通过添加功能性添加剂，可以赋予热熔胶特殊的性能。
例如，可以添加抗菌剂提高热熔胶的抗菌性能；添加阻燃剂提高热熔胶的阻燃性能；添加润滑剂提高热熔胶的流动性等。
4.共混改性：通过与其他聚合物进行共混改性，可以改善热熔胶的性能。
例如，将EVA热熔胶与聚烯烃类聚合物共混，可以提高热熔胶的耐候性和耐化学性。
5.化学交联：通过化学交联反应，可以使热熔胶的性能得到显著提升。
常用的交联剂包括环氧化合物、过氧化物和有机金属化合物等。
交联可以提高热熔胶的热稳定性、耐腐蚀性和抗老化性能。
6.改变熔点：通过改变EVA热熔胶的组分和配比，可以调整其熔点范围，以适应不同的应用需求。
例如，增加EVA和高密度聚乙烯的含量可以提高热熔胶的熔点，使其适用于高温环境下的粘接。
总结起来，EVA热熔胶的改性方法包括增强剂添加、填充剂添加、功能性添加剂、共混改性、化学交联和改变熔点等。
这些改性方法可以提高热熔胶的力学性能、物理性能、抗菌性能和耐候性等，并使其适应更广泛的应用领域。
超高分子量聚乙烯改性
超高分子量聚乙烯（HUMWPE）是一种线性结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料，具有其它工程塑料所无法比拟的抗冲击性、耐磨损性、耐化学腐蚀性、耐低温性、耐应力开裂、抗粘附能力、优良的电绝缘性、安全卫生及自身润滑性等性能，可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料，在纺织、采矿、化工、包装、机械、建筑、电气、医疗、体育等领域具有广泛的应用。
虽然UHMWPE具有许多优异的特性，但也有许多不足，如其熔融指数（接近于零）极低，熔点高（90-210°C）、粘度大、流动性差而极难加工成型,另外与其他工程塑料相比，具有表面，硬度低和热变形温度低、弯曲强度和蠕变性能较差，抗磨粒磨损能力差、强度低等缺点，影响了其使用效果和应用范围。
为了克服UHMWPE的这些缺点，弥补这些不足，使其在条件要求较高的某些场所得到应用，需要对其进行改性。
目前，常用的改性方法有物理改性、化学改性、聚合物填充改性、UHMWPE自增强改性等。
改性的目的是在不影响UHMWPE主要性能的基础上提高其熔体流动性、或针对UHMWPE自身性能的缺陷进行复合改性，如改进熔体流动性、耐热性、抗静电性、阻燃性及表面硬度等，使其能在专用设备上或通用设备上成型加工。
1 物理改性所谓物理改性是指把树脂与其它一种或多种物料通过机械方式进行共混，以达到某种特殊要求，如降低UHMWPE的熔体粘度、缩短加工时间等，它不改变分子构型，但可以赋予材料新的性能。
目前常用的物理改性方法主要有用低熔点、低粘度树脂共混改性、流动剂改性、液晶高分子原位复合材料改性以及填料共混复合改性等。
它是改善UHMWPE熔体流动性最有效、最简便以及最实用的途径。
1.1 用低熔点、低粘度树脂共混改性由于HDPE、LDPE、PP、PA、聚酯、橡胶等都是低熔点、低粘度聚合物，它与UHMWPE混合形成共混体系，当共混体系被加热到熔点以上时，UHMWPE树脂就会悬浮在这些共混剂的液相中，形成可挤出、可注射的悬浮体物料。
超高分子量聚乙烯[应用]
![超高分子量聚乙烯[应用]](https://img.taocdn.com/s3/m/514d749ba1116c175f0e7cd184254b35eefd1aff.png)
000000超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE)，是分子量100万以上的聚乙烯。
分子式：—(—CH2-CH2—)—n—，密度：0.936～0.964g/cm3。
热变形温度(0.46MPa)85℃，熔点130～136℃。
0000001简介00000超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。
超高分子量聚乙烯其发展十分迅速，80年代以前，世界平均年增长率为8.5%，进入80年代以后，增长率高达15%～20%。
而我国的平均年增长率在30%以上。
1978年世界消耗量为12，000～12，500吨，而到1990年世界需求量约5万吨，其中美国占70%。
2007-2009年中国逐步成为世界工程塑料工厂，超分子量聚乙烯产业发展更是十分迅速，以下为发展史：000000上世纪30年代最早有人提出关于超高分子量聚乙烯纤维的基础理论;00000凝胶纺丝法和增塑纺丝法的出现使超高分子量聚乙烯在技术上取得重大突破;00000上世纪70年代，英国利兹大学的Capaccio和Ward首先研制成功分子量为10万的高分子量聚乙烯纤维;0000001964年中国研制成功并投入工业生产;0000001975年荷兰利用十氢萘做溶剂发明了凝胶纺丝法(Gelspinning)，成功制备出了UHMWPE纤维，并于1979年申请了专利。
此后经过十年的努力研究，证实凝胶纺丝法是制造高强聚乙烯纤维的有效方法，具有工业化前途;0000001983年日本采用凝胶挤压超倍拉伸法，以石蜡作溶剂，生产超高分子量聚乙烯纤维;0 000在中国超高分子量聚乙烯管材在2001年被科学技术部国科计字(2000)056号文件列为国家科技成果重点推广计划，属化工类新材料、新产品。
国家计委科技部将超高分子量聚乙烯管材列为当前优先发展的高科技产业重点领域项目。
硅灰石纤维填充超高分子量聚乙烯复合材料的拉伸性能及断口分析_蒋蔓
硅灰石纤维填充超高分子量聚乙烯复合材料的拉伸性能及断口分析蒋 蔓1,马云海2,陈东辉2,孙霁宇2,佟 金2(吉林大学1化学学院化学教学中心(南岭校区);2地面机械仿生技术教育部重点实验室,吉林长春130025)基金项目:教育部科学技术研究重点项目(No.00039).优良的自润滑、耐磨损、耐化学腐蚀、低粘附等性能使超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料在机械、运输、纺织、造纸、农业、食品、包装、煤矿、陶瓷及化工等领域应用于替代碳钢、不锈钢、青铜等材料。
填充一定量的硅灰石纤维可以提高超高分子量聚乙烯材料在干滑动和自由式磨料条件下的耐磨损性能[1,2]。
超高分子量聚乙烯复合材料的摩擦学性能与其机械性能相关联。
本工作对超高分子量聚乙烯复合材料的拉伸性能进行了测试,并通过其断口形态扫描电镜观察分析了超高分子量聚乙烯复合材料拉伸性能的变化。
材料与方法材料:超高分子量聚乙烯粉,分子量250万;硅灰石纤维,长径比15B 1;偶联剂,乙烯基三乙氧基硅烷和NT -105钛酸酯。
方法:采用三种方法对硅灰石纤维进行表面处理,硅烷、钛酸酯、硅烷和钛酸酯的复合处理,这三种处理均明显降低硅灰石的表面能[3];试样制备过程为:混料-100MPa 冷压-190e 烧结-20MPa 热压;在INSTRON -1121材料试验机上进行拉伸试验,拉伸速率50mm P min 。
结果与讨论拉伸试验结果见图1。
超高分子量聚乙烯复合材料的拉伸强度和断裂伸长率因硅灰石纤维的填充而有所降低,但对硅灰石纤维进行表面处理可明显改善其强度和塑性,对硅灰石纤维进行硅烷处理与进行钛酸酯处理的效果相近,而硅烷和钛酸酯复合处理的效果明显高于单一偶联处理。
对于复合处理,当硅灰石纤维填充量为10%wt.时,其拉伸强度仍可达到超高分子量聚乙烯的90%。
对于硅灰石纤维填充超高分子量聚乙烯复合材料,其强度主要决定于超高分子量聚乙烯的强度及其两相之间的界面结合强度。
图2是硅灰石纤维填充超高分子量聚乙烯复合材料的拉伸断口扫描电镜观察到的形貌。
聚乙烯的改性分析
聚乙烯的改性分析聚乙烯的改性分析聚乙烯的改性聚乙烯虽然具有优良的电性能、机械性能和加工性能，但是它也有一些缺点，如软化点低，强度不高，耐大气老化性差，易应力开裂，不易染色及印刷等。
为了进一步拓宽聚乙烯的应用领域，克腿这些缺点，可以采用聚乙烯改性来达到。
聚乙烯的改牲主要分为化学改性和物理改性。
化学改性又分为接枝共聚改性、嵌段共聚改性、化学及辐射交联改性等；物理改性分为共混改性、填充改性（包括增强改性等）。
聚乙烯的化学交联主要是在聚乙烯树脂中加人有机化合物（常用过氧化二异丙苯）作为交联剂，然后在压力和175～200℃的温度下交联。
接枝聚合是最常用的改性聚合方法。
所谓接校共聚反应是在聚乙烯的主链上将作为支链的不同种高分子结合上去的一种反应。
当然也有采用过氧化物、放射辐照或其他有关方法进行反应。
接枝方式的共聚合反应可以获得良好的混合状态，其分散界面是以化学方式结合在一起，具有良好的机械性能。
同时又因为聚乙烯本身是无极性材料，和其他材料亲和性不好，如将具有极性的单体以接枝共聚合反应结合至聚乙烯分子主链上时则会增大这种亲和性，由此使可以改善其粘接性、印刷性、染色性等性能。
例如，聚乙烯接枝丙烯酸单体所得产品则会改善其在铝箔上的粘合性；加入丁二烯单体接枝共聚合反应的制品，可以提高耐热性、耐应力开裂性。
聚乙烯的共混改性是聚乙烯与其他高聚物等物质进行共混，用挤出机、辊炼机等设备而制成新材料。
共混过程中往往包含化学接枝或交联反应，以提高共混的改性效果。
聚乙烯的填充改性是在聚乙烯的成型加工过程中加入无机或有机填料，不仅能使制品价格大大降低，而且能显著改善材料的机械强度、耐摩擦性能、热性能及耐老化性能等，并改善聚乙烯的易膨胀性及易蠕变性等，所以填料既有增量作用，又有改性效果。
常用的无机填料有碳酸钙（包括轻质碳酸钙和重质碳酸钙）、滑石粉、云母、高岭土、二氧化硅、硅藻土、硅灰石、炭黑等。
此外，聚乙烯可加人脂肪酸酰胺作表面润滑剂，以减少薄膜的粘附性；加入0.5％～2%的聚丙烯可提高其透明性；表面用电子冲击（使其表面氧化）处理，可改善其印刷性能。
硅灰石的主要成分
硅灰石的主要成分硅灰石的主要成分是偏硅酸钙，其化学成分是CaSiO3或CaOSiO2，CaO：48.25%，SiO2：51.75%。
由硅灰石矿石经粉碎研磨制成。
具有针状、棒状或辐射状纤维结构。
硅灰石粉用于建筑涂料，可使白色涂料具有明亮的色调，并能较长时间保持这种色调。
针状的晶体使它成为涂料良好的平光剂，并改善涂层的流平性。
由于它的片状和纤维状结构在涂膜中薄片相叠，有助于提高涂膜的耐磨性和耐久性。
硅灰石普遍运用于瓷器、化工厂、冶金工业、造纸工业、塑胶、建筑涂料等行业。
①漆料料工业生产优评硅灰石粉用以涂料油漆一些商品中，替代立德粉及一部分聚乙烯蜡、进口P820作为填充物，能改进镀层的流平性。
硅灰石的颗粒样子是建筑涂料的非常好粒剂，其沉淀绵软分散化，可做清理型建筑涂料的增效剂。
因为它吸剩余油低。
有很高的填充量，降低粘接化学物质的耗费，因此建筑涂料的成本费大幅降低。
硅灰石偏偏碱，十分适用聚甲酸丁二烯建筑涂料，使着色调料分散化匀称，它能够把可用酸碱性物质的色浆相互连接，还可以做成艳丽的五颜六色建筑涂料，表层有分布均匀的特性，喷漆特性优良。
它做填充料，能改善钢镀层抗腐蚀工作能力。
除用以水性漆、丙烯酸乳液室内甲醛外，还可用以面漆、正中间镀层、油溶性建筑涂料、路牌建筑涂料、隔音降噪建筑涂料、防火建筑涂料等。
它在沥青建筑涂料中能够替代石绵，在自净作用漆中，能用硅灰石做为一种结构加固剂。
硅灰石粉用以印刷油墨领域，替代一部分聚乙烯蜡、立德粉，也获得了理想化的实际效果。
②在硫化橡胶塑胶中的运用硅灰石粉已被运用在橡胶材料，铺装沥清甲基丙烯酸酯砖、乙烯基树脂、聚医用乙醚环氧树脂胶丁二烯塑板、甲酸实体模型中。
生产制造环氧树脂胶时选用50%的硅灰石粉做填充色剂，在非凝结情况时具备吸水性低的特性。
硅灰石能够改善汇聚物质的性质，做延展性化学物质的填充物，可减少价钱。
这类生成化学物质耐热性高，电极化指数值和吸水能力低、物理性能平稳。
β-成核作用硅灰石及其填充β-PP制备
β-成核作用硅灰石及其填充β-PP制备中山大学化学与化学工程学院材料科学研究所，教育部聚合物基复合材料及功能材料重点实验室, 广州510275硅灰石填充聚丙烯（PP）已有大量研究[1-4]。
硅灰石对PP结晶具有α-成核作用，主要形成α-晶。
虽然提高PP刚性和强度，但导致PP冲击强度更低。
添加弹性体可改善其韧性，但对刚性有负面影响[5-7]。
β-PP冲击强度和热变形温度高于α-PP，但填充β-PP研究不多，归结于填料表面α-成核作用的影响，采用添加β-成核剂的方法难于制备填充β-PP。
本文根据碳酸钙负载β-成核剂的制备原理[8]，实现了硅灰石表面成核机理的转变，制得具有β-成核作用的β-硅灰石和高含量硅灰石填充β-PP。
从硅灰石填充PP的DSC（Figure 1）可见，PP结晶温度随硅灰石用量增加而逐渐提高，加入40%硅灰石，PP结晶温度从113.2℃提高到121.2℃，表明硅灰石对P P结晶具有明显的异相成核作用，但PP主要形成α-晶。
Figure 1 DSC crystallization (a) and melting (b) curves of wollastonite filled PPβ-硅灰石填充PP的结晶温度也随硅灰石用量增加而逐渐提高，表明β-硅灰石对PP结晶也具有明显的异相成核作用，但PP主要形成β-晶，见Figure 2，也为XRD证实（Figure 3）。
Figure 2 DSC crystallization (a) and melting (b) curves of wollastonite filled β-PPFigure 3 XRD of wollastonite filled β-PPβ-硅灰石的β-成核作用取决于制备硅灰石表面负载β-成核剂的量。
从Figure 4 和5可见，硅灰石表面负载β-成核剂的量多（W 100到W 1000）时，对PP 结晶与熔融行为影响不大，主要形成β-晶。
我国硅灰石及其填充塑料的研究进展
４．１填充改性工艺 无机粒子填充改性塑料，常用的工艺方法有 ２种：一次造粒法和母粒法。一次造粒法，即无机 粒子进行（或不进行）表面处理后，与树脂粉料或 粒料等一次混料后挤出、造粒，所得的改性粒子直 接用于成型各种制品；母粒法，即无机粒子进行 （或不进行）表面处理后，与树脂、助剂等按配方比
他表面活性剂对硅灰石粉进行表面处理．并对不 同配方膜的表面和力学性能进行比较，选取了合 适的表面处理剂。贺昌城等人【９以ＫＨ ５５０和ＤＬ一 ４１１一Ｄ铝酸酯偶联剂对针状和超细２种硅灰石粉
ＫＨ ５５０、
Ｏ．３０％，烧失１．４８％；其主要性能数据如下：每１００
ｇ吸油量为２３．３ｌ ｍＬ，水萃取ｐＨ值７．８，水分
Ｏ．１０％，水溶物Ｏ．２６％，白度８９．７０％，筛余物 ０加％。其低铁含量、低吸水率等特点对其用于填 充塑料很有利。 我国硅灰石的产量仅次于美国，但由于国内
销路尚未打开，产品多出口到日本、德国、加拿大
等国。日本以前从美国的长濑产业公司进口，现在 也从我国进口。国内硅灰石的生产厂家有吉林省 梨树县硅灰石矿业公司、辽宁铁法兴源超细增强 材料有限公司、江苏省溧阳明华矿业公司等。 ４我国硅灰石填充改性塑料的研究现状 硅灰石是原国家建材局重点鼓励、优先发展 的新材料．被中国工程塑料工业协会确认为一种 新兴的具有特色的无机增强材料。我国的科研工 作者从２０世纪８０年代中期就已经开始了以硅灰 石对塑料进行填充改性的研究工作，并取得了一
选择性激光烧结3D打印用高分子复合材料_史玉升
中国科学:信息科学2015年第45卷第2期:204–211选择性激光烧结3D打印用高分子复合材料史玉升*,闫春泽*,魏青松,文世峰,朱伟华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室,武汉430074*通信作者.E-mail:shiyusheng@,c yan@收稿日期:2014–08–06;接受日期:2014–10–22;网络出版日期:2015–01–21广东省引进创新创业团队计划(批准号:2013C071)和华中科技大学自主创新研究基金(批准号:2013TS065)资助项目摘要选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)是基于粉末床的激光3D打印技术.材料对成形件的精度和物理机械性能起着决定性作用,其中高分子基粉末是应用最早,也是目前应用最多、最成功的SLS材料,但是SLS高分子仍存在可用种类少和成形件性能较低等难题.通过添加微/纳米填料或者后处理浸渗等方法制备复合材料,来提高SLS成形件的某些性能以及增加SLS材料种类,已经成为SLS领域材料研究的热点和重点.本文将介绍SLS高分子复合材料的制备方法,综述国内外的研究现状,并对其研究趋势进行展望.关键词3D打印技术激光烧结高分子复合材料制备方法1引言选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)是一种3D打印(也称为增材制造、快速成形)技术.如图1所示,SLS技术基于离散堆积制造原理,将零件三维实体模型文件沿Z向分层切片,并生成STL文件,文件中保存着零件实体的截面信息.然后利用激光的热作用,根据零件的切片信息,将固体粉末材料层层粘结堆积,最终成形出零件原型或功能零件[1∼3].材料是SLS技术发展的关键,对成形件的精度和物理机械性能起着决定性作用,成为本领域的研究和开发热点.目前已研发出多种SLS材料,包括以下几类:金属基粉末、陶瓷基粉末、覆膜砂、高分子基粉末.高分子与金属、陶瓷材料相比,具有成形温度低、烧结所需的激光功率小等优点,而且由于其表面能低,熔融粘度较高,没有金属粉末烧结时较难克服的“球化”效应,因此,高分子基粉末最早在SLS工艺中得到应用,也是目前应用最多、最成功的SLS材料.目前,已用于SLS的高分子材料主要是热塑性高分子及其复合材料,热塑性高分子又可分为非结晶性和结晶性两种,其中非结晶性高分子包括聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、高抗冲聚乙烯(HIPS)等,结晶性高分子有尼龙(PA)、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚醚醚酮(PEEK)等.由于SLS过程是在无外界驱动力的条件下完成的,因此高分子SLS成形件中或多或少会存在一定数量的孔隙,这就造成其性能尤其是力学性能可能会低于传统的模塑件.另一方面,SLS工艺对材料的性能(如粒径、粒径分布、颗粒形状、结晶速率、粘度)有特殊要求,因此目前能用于SLS的高分子材料的种类较少,无法满足各种不同应用的需求.因此,通过添加微/纳米填料或者后处理浸渗等方法中国科学:信息科学第45卷第2期图1SLS成形原理图Figure1Schematic of the selective laser sintering process制备复合材料,来提高SLS成形件的某些性能以及增加SLS材料种类,已经成为SLS领域材料研究的热点和重点.本文将首先介绍SLS高分子复合材料的制备方法,然后综述国内外的研究现状,最后对其研究趋势进行展望.2SLS高分子复合材料的制备方法目前,常用于制备SLS复合材料的制备方法主要有4种,包括机械混合法、覆膜法、双螺杆挤出粉碎法以及后处理浸渗法,下面将分别进行论述.2.1机械混合法SLS用无机填料填充尼龙复合粉末的制备方法主要为机械混合法[4∼12],其基本工艺过程为:将高分子粉末与各种填料粉末在三维运动混合机、高速捏合机或其他混合设备中进行机械混合.机械混合方法工艺简单、对设备要求低,然而当填料粉末的粒径非常小(如粉末粒径小于10µm)时,或者当填料(如金属粉末)的比重比高分子大得多时,机械混合法很难将无机填料颗粒均匀地分散在高分子基体中,而且在运输及SLS铺粉过程中粉末颗粒容易产生偏聚现象,使得SLS成形件中存在非均匀分布的填料颗粒团聚体,反而会造成成形件的性能下降.2.2覆膜法覆膜法采用某种工艺将高分子包覆在填料颗粒的外表面,形成高分子覆膜的复合粉末.在覆膜复合粉末中,填料和高分子基体混合比较均匀,而且在运输和铺粉过程中也不会产生偏聚现象.高分子覆膜金属或陶瓷复合粉末广泛用于间接法SLS制备金属或陶瓷零件[13∼16],其制备工艺多为喷雾干燥法制备,所用的聚合物为乳液状的PMMA及其衍生物.另一种覆膜工艺为溶剂沉淀法.该法是在制205史玉升等:选择性激光烧结3D打印用高分子复合材料备尼龙粉末的同时,将填料颗粒也加入反应容器中,这样在尼龙溶解和结晶过程中,将尼龙均匀包裹在填料颗粒表面,形成覆膜粉末[17∼23].2.3双螺杆挤出粉碎法该方法是先将各种助剂与高分子材料经过双螺杆挤出机共混挤出造粒,制得粒料,再经低温粉碎制得粉料,这种方法制备的粉末材料分散均匀性好,但是由于粉末是通过深冷粉末制备的,因此形状极其不规则,不利于铺粉和成形件精度的提高[24].2.4后处理浸渗法高分子尤其是非结晶性高分子的SLS成形件中存在一定孔隙,造成其力学性能较低.因此,后处理浸渗法在SLS初始形坯中渗入另外一种材料,形成复合材料,固化后成形件致密度和力学性能得到提高[25∼27].3非结晶性高分子复合材料非结晶性高分子材料没有固定的熔点,只有玻璃化转变温度.当非结晶性高分子粉末材料被加热到玻璃化温度(T g)时,大分子链段运动开始活跃,粉末颗粒之间开始因互相粘接而结块,导致流动性下降.因而,在SLS成形过程中,其预热温度不能超过T g.同时为了减小SLS成形件因温度场不均匀而发生的翘曲变形,粉末床预热温度通常略低于T g.当粉末材料吸收激光能量后,温度上升到T g以上而发生烧结.非结晶性高分子粉末材料在T g时的粘度较大,而烧结速率与材料的粘度成反比,造成SLS烧结速率很低,成形件的致密度、强度较低,呈多孔状[28].提高成形件致密度和强度是SLS非结晶性高分子材料研究的主要方向,而制备复合材料是最主要的途径.郑海忠等[29∼31]和张坚等[32]利用乳液聚合方法制备核—壳式纳米聚苯乙烯(PS)/Al2O3复合颗粒,然后用这种复合颗粒来增强PS的SLS成形件,研究结果表明纳米粒子能够较好地分散在聚合物基体中,成形件的致密度、强度得到明显提高.华中科技大学的史玉升等[25∼27]提出使用后处理浸渗法制备复合材料来提高非结晶性高分子SLS成形件的力学性能.首先制造PS或聚碳酸酯(PC)的SLS初始形坯,然后浸渗环氧树脂,加热固化后形成复合材料,结果表明成形件致密度、强度得到大幅提升,可以满足一般功能件的要求.4结晶性高分子复合材料与上述非结晶性高分子材料不同,结晶性高分子材料不是随着温度的升高而缓慢软化,而是当温度升高到其熔点以后迅速由固体状态变为粘流体状态.由于结晶性高分子材料在温度达到在T m以上时熔融粘度非常低,因而其SLS烧结速率较高,成形件已接近完全致密,因而致密度不再是影响其性能的主要因素,添加无机填料确实可以提高其某些方面的性能,如力学性能、耐热性等[28].经过多年的发展,能够用于SLS的高分子材料种类在逐渐增加.然而结晶性高分子尼龙(polyamide, PA)目前仍然是SLS技术直接制备塑料功能件的最好材料,并且占据了现阶段SLS材料市场的95%以上[33].而通过先制备尼龙复合粉末,再烧结得到的尼龙复合材料成形件具有某些比纯尼龙成形件更206中国科学:信息科学第45卷第2期加突出的性能,从而可以满足不同场合、用途对塑料功能件性能的需求.一方面,工业界于近几年推出多种SLS用尼龙复合粉末材料,成为美国3D System公司1)、德国EOS公司2)及意大利CRP公司3)重点开发的烧结材料,新产品层出不穷.3D System公司推出了系列尼龙复合粉末材料DuraForm GF, Copper PA,DuraForm AF,DuraForm HST等,其中DuraForm GF是用玻璃微珠做填料的尼龙粉末,该材料具有良好的成形精度和外观质量;Copper PA是铜粉和尼龙粉末的混合物,具有较高的耐热性和导热性,可直接烧结注塑模具,用于聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)、PS等通用塑料制品的小批量生产,生产批量可达数百件;DuraForm AF是铝粉和尼龙粉末的混合粉末材料,其烧结件具有金属外观和较高的硬度、模量等.EOS公司也有玻璃微珠/尼龙复合粉末PA3200GF、铝粉/尼龙复合粉末Alumide,以及2008年最新推出的碳纤维/尼龙复合粉末CarbonMide.CRP公司也推出了玻璃微珠/尼龙复合粉末WindForm GF、铝粉/玻璃微珠/尼龙复合粉末WindForm Pro,以及碳纤维/尼龙复合粉末WindForm XT.另一方面,SLS用尼龙复合粉末材料的制备和成形也成为该领域学者研究的热点课题之一.英国Liverpool大学的Gill和Hon[5]研究了碳化硅粉末对尼龙材料SLS工艺参数及成形件性能的影响.华中科技大学汪艳等[4,10∼12]研究了玻璃微珠、硅灰石、滑石粉等无机填料改性尼龙12粉末材料的激光烧结特性.美国密西根大学的Chung和Das[6]研究了由SLS制备的玻璃微珠填充尼龙11功能梯度材料的成形工艺及性能.美国的Baumann等[7]使用二氧化钛粉末改性的尼龙制备了SLS成形件.意大利Technical University of Marche的Mazzoli等[8]研究用于SLS的铝粉填充尼龙粉末材料的特性.英国Loughborough大学的Savalani等[9]由羟基磷灰石/尼龙复合粉末通过SLS工艺得到具有生物活性的复杂骨骼移植结构.英国Queen Mary University of London的Zhang等[34]也对具有生物活性的羟基磷灰石/尼龙复合材料SLS成形件的特性及动态力学性能进行了研究.华中科技大学杨劲松[23]通过钛酸钾晶须来增强尼龙12的SLS成形件.上述学者使用的无机填料包括玻璃微珠、碳化硅、铝粉、硅灰石等都是微米级填料,这些微米级填料一般会使尼龙SLS成形件的强度、模量和硬度等得到提高,然而却使制件的韧性大幅下降.目前,高分子纳米复合材料得到学术界和工业界的广泛关注,这是因为添加少量的纳米填料就可以使高分子基体的力学性能、热性能及耐磨性能等大幅提升,而冲击韧性不下降[35∼38].近年来,一些研究者制备了用于SLS的纳米材料增强的尼龙12基复合材料,并取得了一定进展.汪艳等[10∼12]将累托石与尼龙12的机械混合粉末进行SLS成形,在烧结过程中尼龙12分子链插入累托石层间结构中,从而形成插层型纳米复合材料,使得SLS成形件的拉伸强度、冲击强度等得到提高;Chung 等[39,40]研究了纳米二氧化硅与尼龙11混合粉末的烧结参数及烧结性能,但他发现通过机械混合的方法无法将纳米二氧化硅均匀分散于基体中,团聚效应对基体的性能造成了一定的影响;Koo等[41,42]通过双螺杆挤出机将纳米相(包括表面有机化的蒙脱土、纳米二氧化硅、碳纳米管)引入到尼龙11中,制备得到聚合物纳米复合材料,再将这些尼龙11纳米复合材料通过深冷冲击粉碎法制备成适用于SLS的粉末,最后研究了这些尼龙11纳米复合粉末SLS成形件的阻燃性能、力学性能及热性能.SLS技术的突出优点是可用于制造结构复杂、个性化的产品,这与生物医学领域的需求非常契合.因此,最近一些具有生物活性或生物相容性的高分子复合材料成为学术界研究的前沿.这些复合材料通常是由具有生物活性的生物陶瓷如羟基磷灰石(HA)和具有生物相容性的热塑性高分子材料,如聚乙烯醇(PVA)、聚丙交脂—乙交脂(PLAGA)、左旋聚乳酸(PLLA)、聚醚醚酮(PEEK)、聚乙烯(PE)1)3D System Corporation./.2)EOS Company./.3)Windform composite SLS materials.http://www.windform.it.207史玉升等:选择性激光烧结3D打印用高分子复合材料等组成.Chua等[43,44]运用SLS技术成形了PVA/HA生物复合材料的生物组织工程支架.Simpson 等[45]研究了具有生物活性的PLAGA/HA及PLAGA/β-磷酸三钙复合材料的SLS工艺,并烧结得到用于骨骼移植的三维支架.Zhou等[46]利用改装的SLS设备成形了PLA/碳化HA纳米复合材料的生物组织工程支架.以上这几种高分子基体都是水溶性的,是可生物降解的.另外,英国Loughborough 大学的Savalani等[47]研究了一种羟基磷灰石(HA)增强高密度聚乙烯(HDPE)生物活性材料(商品名为HAPEX R⃝)的SLS工艺,对比了CO2激光器和Nd:YAG激光器对材料烧结性能的影响.英国Loughborough大学的Hao等[48]也研究了HA/HDPE复合材料的SLS工艺,最后他们得出结论: SLS非常适合用来成形具有生物活性的、结构复杂的HA/HDPE人造骨骼及组织工程支架.Tan[49]等通过机械混合的方法制备了不同HA含量的PEEK/HA纳米复合材料,并且利用SLS技术成形了具有可控结构的多孔生物支架.上述的几种半结晶性高分子材料虽然不是水溶性的,但都具有良好的生物相容性.其中生物陶瓷具有以下两个作用,一是使生物支架具有骨诱导性,另一个就是增强支架的强度.5SLS高分子复合材料的未来研究趋势(1)生物医学应用.生物组织工程支架、人造骨骼等都具有非常复杂的个性化结构,这些复杂的个性化生物结构往往很难通过传统的制造方法来获得.利用SLS技术制备生物医用材料,不仅能够实现各种复杂结构的快速制造,而且能够通过选择材料、调节工艺参数和后处理方法灵活控制医用材料的微观结构和力学性能.与金属及陶瓷材料相比,高分子复合材料在SLS生物制造上具有以下两个方面的优势:•高分子复合材料与生物硬组织的相容性更高,其强度与生物硬组织的强度在同一个数量级上.通过将高分子与其他材料复合来获得与生物硬组织力学及生物学性能相似的高分子复合材料是一个非常有前景的研究方向.•可以更加灵活地设计、合成各种具有生物可降解性、生物可吸收性及生物相容性的高分子复合材料.因此,制备既能适用于SLS工艺,又具有生物活性的高分子复合材料成为未来SLS领域研究的焦点之一.(2)高分子基纳米复合材料.使用微量纳米级填料来增强高分子的SLS成形件,可以使其冲击强度保持不变或略有上升的同时,其他性能如拉伸强度、硬度、模量、耐热性等得到大幅提升.因而,研究适用于SLS的纳米高分子复合材料成为未来该领域的研究热点之一.而在制备SLS用纳米填料/高分子复合粉末材料时,如何将极易团聚的纳米填料以纳米尺度分散在聚合物基体中,以及提高纳米填料和高分子基体的界面粘接成为研究中的难点.参考文献1Kumar S.Selective laser sintering:a qualitative and objective approach.JOM,2003,55:43–472Pham D T,Dimov S,Lacan F.Selective laser sintering:applications and technological capabilities.P Inst Mech Eng B-J 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micro-sized/nano-sized fillers or with the post-processing method of infiltrating,which is currently a focus of materials research in the SLS field.This article introduces the preparation methods of polymer-based composites for SLS,reviews the current research situation at home and abroad,and discusses future development trends in this field.Keywords 3D printing,laser sintering,polymer,composites,preparation methods SHI YuSheng was born in 1962.Cur-rently,he is a professor and doctoralsupervisor at Huazhong University ofScience and Technology,as well as theParty branch secretary of school of Ma-terial Science and Engineering and di-rector of Rapid Manufacturing Center.He has been engaging in developmentand application of Addictive Manufac-turing technologies for many years.YAN ChunZe was born in 1975.He received his Ph.D.degree in materials processing engineering from Huazhong University of Science and Technology in 2009.Currently,he is an associate pro-fessor at Huazhong University of Sci-ence and Technology.His research in-terests include new material prepara-tion and characterization,and additive manufacturing technologies in particu-lar selective laser sintering and selectivelaser melting.211。
聚乙烯材料配方
聚乙烯材料配方一、引言聚乙烯是一种广泛应用于工业和日常生活中的塑料材料。
它具有良好的耐化学性、耐腐蚀性、机械强度和易加工性等特点，因此被广泛应用于包装、建筑、汽车、电子等领域。
在聚乙烯制品的生产过程中，配方是一个非常重要的环节，不同的配方会影响到产品的质量和性能。
本文将详细介绍聚乙烯材料配方。
二、聚乙烯材料配方的基本要素1.树脂聚乙烯树脂是制造聚乙烯制品最重要的原材料之一。
根据不同的分子结构和物理化学性质，可以将其分为低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等多种类型。
2.添加剂添加剂是指在制造过程中向树脂中添加的各种辅助材料，包括增塑剂、稳定剂、抗氧化剂、着色剂等。
它们的作用是改善聚乙烯制品的物理性能和化学稳定性。
3.填料填料是指向聚乙烯中添加的各种颗粒状或纤维状的材料，包括碳酸钙、滑石粉、硅灰石、玻璃纤维等。
它们的作用是增加聚乙烯制品的硬度和强度，降低成本。
三、聚乙烯材料配方的影响因素1.产品要求不同类型的聚乙烯制品在物理性能和化学稳定性上有不同要求，因此需要根据具体产品要求选择不同类型和比例的树脂、添加剂和填料。
2.生产工艺不同生产工艺对材料配方也有影响。
例如，在挤出成型过程中需要考虑树脂流动性和挤出速度等因素，因此需要选择合适的树脂类型和添加剂。
3.环境条件环境条件也会影响到材料配方。
例如，在高温环境下使用的聚乙烯制品需要具有较高的耐高温性能，因此需要选择添加抗氧化剂和稳定剂等。
四、聚乙烯材料配方的优化1.降低成本在保证产品质量的前提下，可以通过减少树脂使用量、选择低成本的添加剂和填料等方式来降低生产成本。
2.提高性能通过调整材料配方，可以增加聚乙烯制品的硬度、强度、耐磨性等性能，提高产品竞争力。
3.环保要求随着环保意识的不断提高，聚乙烯制品对环境的影响也受到了越来越多的关注。
因此，在材料配方中需要考虑到环保要求，选择环保型树脂和添加剂等。
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材料科学与工程专业材料设计性综合实验报告题目：硅灰石填料在高密度聚乙烯中的研究学生姓名：黄保康学生所在班级：033124指导老师：胡珊实验起止日期：2015年09月09日~2015年09月29日中国地质大学(武汉)材料科学与工程系目录目录 (2)1.绪论 (3)1.1研究现状简介 (3)1.1.1高密度聚乙烯研究现状 (3)1.1.2硅灰石填料性质 (4)1.2实验机理、改性方法 (4)1.2.1聚合物填充改性机理 (4)1.2.2正交试验法 (5)1.2.3挤出成型 (5)1.2.4注塑工艺 (6)1.4小组成员 (7)2.原料及设备 (7)2.1主要原料 (7)2.2理化性质 (8)2.2实验设备 (8)3.硅灰石填充HDPE复合材料的制备 (8)3.2工艺参数的设定 (8)3.3设备的具体操作过程 (8)3.4实验过程 (9)4.硅灰石填充HDPE复合材料的性能检测 (10)5.结果与分析 (10)5.1硅灰石填充HDPE复合材料拉伸性能 (10)5.2硅灰石填充HDPE复合材料弯曲性能 (11)5.3硅灰石填充HDPE复合材料冲击性能 (12)6.结论与展望 (13)致谢 (13)参考文献 (13)硅灰石填料在高密度聚乙烯中的研究黄保康摘要：本文通过实验研究不同粒径、不同含量及通过不同改性剂改性后的硅灰石填料填充到高密度聚乙烯中，高密度聚乙烯在抗弯强度、拉伸强度及缺口断裂功等表现出的不同性质，对硅灰石填充高密度聚乙烯做了研究分析。
关键词：高密度聚乙烯、硅灰石、改性、正交实验法、性能1.绪论1.1研究现状简介1.1.1高密度聚乙烯研究现状高密度聚乙烯(HDPE)于1953年由德国化学家齐格勒(Ziegler)用低压法率先合成，在1957年投入工业化生产。
同时投产的还有美国菲利普(Phillips)石油化学公司创造的中压法HDPE。
HDPE的分子链为线型结构，支链比较少，分子链中平均每1000个碳原子数只含有几个支链。
规整的链结构使HDPE具有较高的结晶度(80%~95%)、较高的密度(0.94~0.979g/cm3)以及较高的熔点(124~134℃)。
原态HDPE外表呈乳白色，无毒、质轻、价廉、易成型加工。
主要用于生产薄膜制品、包装用的压延带和结扎带、绳缆、鱼网和编织用纤维、电线电缆、日用品及工业用的各种大小中空容器、管材等[1]。
HDPE是一种由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃，具有良好的物理机械性能，主要表现为：良好的化学稳定性、刚性以及耐湿性，中到高分子量等级的HDPE不管是在室温还是在较低的温度条件下都具有较好的抗冲击性能，广泛用于许多领域。
HDPE虽然早在1957年就已经推出，但在其开发与应用方面还远没有达到成熟水平，难以满足一些工程领域对其性能的需求。
国内外对HDPE的高性能化进行了大量的研究，是高分子材料科学研究的热点之一。
实现聚乙烯高性能化的途径主要有三条：①开发新型聚乙烯；②聚乙烯的化学改性；③聚乙烯的物理改性。
开发新型聚乙烯周期长，成本高，因此化学改性和物理改性一直都是重要的手段。
下面主要对HDPE的填充、增强改性及断裂功做出研究[2]。
随着聚合物填充改性技术的不断发展，用于塑料填充改性的无机粒子种类越来越多，应用于聚乙烯改性的填料种类也在不断增加。
无机填料按化学组成可以分为氧化物、氢氧化物、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐等。
常用的无机填料有玻璃微珠、纳米Al2O3、硅灰石、层状纳米硅石、纳米MMT、碳酸钙、滑石粉、云母、凹凸棒石、高岭土、石墨、钛酸钾晶须等等。
1.1.2硅灰石填料性质硅灰石是一种钙的偏硅酸盐类矿物，化学组成为CaSiO3，理论化学成分（质量分数）为CaO48.3%、SiO251.7%，晶体结构是由（Si-O）四面体和（Ca-O）八面体构成．其具有纤维状（针状）结构、无毒无嗅、稳定的化学性能、低的吸水率及吸油值，但是其粉体与高聚物基料的相容性差，因而直接加入分散性不好，经过表面处理后，可改进与高聚物基料的相容性，增强其补强作用，使填充的高聚物复合材料的力学性能更佳。
全世界硅灰石资源总量估计在8亿t以上,探明储量约3亿t分布在中国、印度、美国、墨西哥、芬兰等20多个国家和地区。
我国硅灰石储量约2亿t居世界首位,保有储量13265万t分布在吉林、辽宁、浙江、江西、湖北、安徽、云南等地。
目前,全世界年产硅灰石60万t以上,国内硅灰石产量约30万t约占世界总产量的50%。
目前硅灰石针状粉应用在高分子材料中作填料存在的主要问题是，用于树脂基复合材料中，颜色变深；硅灰石表面亲水，与有机树脂的相容性不好；硬度较高，使用方法不当对加工设备会造成较大的磨损，所以要解决硅灰石针状粉与有机树脂的相容性必须做合理的表面改性或复合改性。
目前改性方法主要有硅烷偶联剂改性、酞酸酯偶联剂改性、纳米二氧化硅包覆复合改性、硅酸铝包覆复合改性[3]。
改性针状硅灰石粉超细粉应用于工程塑料做填料的主要作用是：改善塑料制品的力学性能和耐热性：改善塑料制品的功能强度，起补强、增强作用：调整塑料的流变能力；提高产品的尺寸稳定性；替代价格较贵的玻璃纤维作填料，可部分替代价格高的塑料用量，从而降低制品成本。
作为填料使用在塑料中的填充改性技术，现在硅灰石产品已占欧美无机填料市场的10%-15%。
它的主要优点在于不仅起填充作用，还可以和云母、滑石媲美，甚至还能取代石棉来做增强材料。
目前，它已在环氧、酚醛、热固性聚酯、聚烯烃等多种塑料中获得应用。
1.2实验机理、改性方法1.2.1聚合物填充改性机理某些填充材料还具有导电性、磁性、阻燃性等特殊功能，将其对聚合物进行填充改性时，不仅能够改善基体材料的机械性能与热性能还能赋予材料一些独特的特殊功能。
填料结构对复合材料的性能有着显著的影响，主要与填料的形状、粒径和粒径分布等有关。
用于塑料填充改性的无机粒子的粒径分布一般为微米级或纳米级。
由于填料的存在，基体材料的分子链就不能再占据原来的全部空间，使得相连的链段在某种程度上被固定化，并可能引起基体聚合物的取向。
由于填料粒子的尺寸稳定性，在填充的聚合物中，聚合物界面区域的分子链运动受到限制，而使玻璃化温度上升，热变形温度提高，收缩率降低，弹性模量、硬度、刚度、冲击强度提高[4]。
填充物的极性一般比较强，而有机高分子树脂一般为非极性物质或极性较小，两者共混后表现为互不相容，将会严重影响复合材料的综合性能。
因此，在共混改性之前必须对无机填料进行适当的表面处理，使填料表面的极性与聚合物极性相近从而改善相容性[5]。
改变填料表面极性的方法主要有两种：一种是表面物理改性法，包括改性剂涂覆在填料表面或通过吸附作用使填料与改性剂相结合，此法中两者的结合主要是依靠分子间作用力；另一种是表面化学处理法，使填料表面与改性剂剂之间发生了化学反应，包括取代、水解、聚合和接枝等，两者之间形成了结合力比较强的化学键。
1.2.2正交试验法正交设计方法是处理多目紊实验的一种科学瞬实验方法．可利用一种规格化的表——正交表台理安拌实验．用此法只做较少次数的实验便可判断出较优的条件。
本实验设置了填料添加量、填料粒度、改性剂种类三个影响因素[6]。
通过正交试验法在较少实验次数下，研究了硅灰石填料量、填料粒度、不同改性剂对高密度聚乙烯抗弯强度、拉伸强度及缺口断裂功等性质的影响。
节约了大量时间，同时提高实验的科学性。
1.2.3挤出成型（1）加料段塑料自料斗进入挤出机的料筒内，在螺杆的旋转作用下，由于料筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前运动。
在该段，螺杆的功能主要是对塑料进行输送并压实，物料仍以固体状态存在。
（2）熔融段塑料从加料段进入熔融段，沿着螺槽继续向前，由于螺杆螺槽的容积逐渐变小，塑料受到压缩，进一步被压实，同时物料受到料筒的塑料挤出成型外加热和螺杆与料筒之间的强烈的剪切搅拌作用，温度不断升高，物料逐渐熔融。
（3）均化段从熔融段进入均化段的物料是已全部熔融的黏流体。
在机头口模阻力造成的回压作用下被进一步混合塑化均匀，并定量定压地从机头口模挤出。
在该段，螺杆对熔体进行输送。
双螺杆挤出机双螺杆挤出机组的辅机主要包括放线装置、校直装置、预热装置、冷却装置、牵引装置、计米器、火花试验机、收线装置。
挤出机组的用途不同其选配用的辅助设备也不尽相同，如还有切断器、吹干器、印字装置等。
（1）加料容易。
在单螺杆挤出机中，塑料的输送是靠摩擦起作用，如果塑料粉料或加了玻璃纤维等填料，输送效率低。
双螺杆挤出机输送是靠正位移原理进行的，不可能有压力回流。
无论何种物料，都容易进入。
如PVC粉料直接生产为制品，省去造粒工序。
（2）塑料在挤出机中停留时间短，对于固化时间长就会固化或凝聚的塑料是有利的。
（3）具有优异的混合塑化效果。
（4）优异的排气性能。
（5）具有较低的比功率消耗。
与相同产量的单螺杆挤出机相比，能耗减少50%.图1.塑料在挤出机的挤出过程1.2.4注塑工艺注塑工艺主要包括合模-——填充——保压——冷却——脱模等5个阶段。
（1）填充阶段填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。
理论上，填充时间越短，成型效率越高，但是实际中，成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。
一般而言，在高温区产生熔接的熔接痕强度较佳，因为高温情形下，高分子链活动性较佳，可以互相穿透缠绕，此外高温度区域两股熔体的温度较为接近，熔体的热性质几乎相同，增加了熔接区域的强度；反之在低温区域，熔接强度较差。
（2）保压阶段保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。
在保压过程中，由于模腔中已经填满塑料，背压较高。
在保压压实过程中，注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动，塑料的流动速度也较为缓慢，这时的流动称作保压流动。
由于在保压阶段，塑料受模壁冷却固化加快，熔体粘度增加也很快，因此模具型腔内的阻力很大。
在保压的后期，材料密度持续增大，塑件也逐渐成型，保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止，此时保压阶段的模腔压力达到最高值。
（3)冷却阶段在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。
这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。
由于冷却时间占整个成型周期约70%～80%，因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间，提高注塑生产率，降低成本。
设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加成本；冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。
根据实验，由熔体进入模具的热量大体分两部分散发，一部分有5%经辐射、对流传递到大气中，其余95%从熔体传导到模具。
塑料制品在模具中由于冷却水管的作用，热量由模腔中的塑料通过热传导经模架传至冷却水管，再通过热对流被冷却液带走[7]。
少数未被冷却水带走的热量则继续在模具中传导，至接触外界后散溢于空气中。