玻璃微珠在塑料改性中的應(yīng)用方法探討

毛世杰

(河南神馬華威塑膠股份有限公司，河南 平頂山 467021)

玻璃微珠在塑料改性中的應(yīng)用方法探討

Application discussion of glass bead in the modif cation of plastics

毛世杰

(河南神馬華威塑膠股份有限公司，河南 平頂山 467021)

玻璃微珠作為一種新型的、用途廣泛的無機(jī)非金屬材料，其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高分散性，因此，可以充當(dāng)填充材料應(yīng)用被廣泛的應(yīng)用于航天、交通等領(lǐng)域。本文在介紹玻璃微珠特性的基礎(chǔ)上，分析了玻璃微珠對塑料改性指標(biāo)的影響，并以尼龍為例，闡述了玻璃微珠對塑料改性的方法。

玻璃微珠；塑料改性；尼龍；拉伸強(qiáng)度；沖擊強(qiáng)度

1 玻璃微珠的成分及特征分析

1.1 玻璃微珠的成分構(gòu)成

玻璃微珠的主要構(gòu)成成分是二氧化硅，其所占比為67%以上，另外還有一些金屬氧化物，如氧化鎂2.5%以上，氧化鈣8%以上，氧化鈉14%左右，此外還有少量的氧化鋁、氧化鐵以及其他成分。另外，玻璃微粒體內(nèi)的氣泡量是低于10%的。

1.2 玻璃微珠的特征分析

第一，玻璃微珠質(zhì)輕、體積較大。由于玻璃微粒的密度較小，因此，以其作為填充材料，不僅能夠減輕產(chǎn)品的負(fù)重，還能夠有效的降低被填充物品的生產(chǎn)成本。

第二，玻璃微珠的表面具有有機(jī)改性，加之玻璃微珠質(zhì)輕、易分散，因此玻璃微珠可以廣泛的應(yīng)用到熱塑性塑料、熱固性塑料的改性處理之中。

第三，玻璃微珠的流動(dòng)性較高，由于其形態(tài)呈現(xiàn)圓球狀，因此，其流動(dòng)性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于諸如片狀、不規(guī)則形狀的填充材料，且能夠保證收縮率，從而使產(chǎn)品的尺寸、模型更加穩(wěn)定。

第四，玻璃微珠隔音、隔熱效果顯著，且不易吸水，這同其內(nèi)部氣泡結(jié)構(gòu)是息息相關(guān)的。

2 玻璃微珠含量對材料改性指標(biāo)的影響分析

本文以玻璃微珠和尼龍混合改性為例，利用玻璃微珠來進(jìn)行尼龍改性的過程中，其具體流程為混合尼龍6和玻璃微珠，然后進(jìn)行塑煉、粉碎、注射和制樣，最后進(jìn)行性能測試。

2.1 玻璃微珠含量與材料拉伸強(qiáng)度之間的關(guān)系

玻璃微珠的填充量與材料拉伸強(qiáng)度之間呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。在尼龍6質(zhì)量一定的前提下，隨著玻璃微珠含量的不斷增加，塑料的整體拉伸強(qiáng)度會呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，玻璃微珠的含量值達(dá)到15%時(shí)，材料的拉伸強(qiáng)度是最大的，因此，并不是玻璃微粒的數(shù)量越多越好，而是應(yīng)該控制在最佳比例，從而降低玻璃微珠的無效損耗。

2.2 玻璃微珠含量與材料沖擊強(qiáng)度之間的關(guān)系

玻璃微珠的填充量與材料沖擊強(qiáng)度之間也呈現(xiàn)出一定的線性關(guān)系。在尼龍6質(zhì)量一定的前提下，隨著玻璃微珠含量值的加大，材料的整體沖擊強(qiáng)度會先加大，然后再出現(xiàn)回落。據(jù)試驗(yàn)資料可知，當(dāng)玻璃微珠的含量值在20%時(shí)，塑料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到了最大值。

2.3 玻璃微珠含量與材料布氏硬度之間的關(guān)系

將玻璃微珠填充到尼龍6之中，通過觀察、分析可知，玻璃微珠填充含量的增加，會促進(jìn)塑料硬度的的提升。另外，玻璃微珠的主要成分是二氧化硅，屬于剛性材料，因此，尼龍6與玻璃微珠混合后所得的塑料材料的剛性、硬度都會得到提升。

2.4 玻璃微珠含量與材料耐熱性之間的關(guān)系

玻璃微珠含量的增加，會使改性后的材料的耐熱性變大，但不是一直增大下去，當(dāng)玻璃微珠達(dá)到一定的含量后，材料的整體耐熱性就趨于穩(wěn)定的值了。玻璃微珠在尼龍6中的填充，能夠有效的減緩反應(yīng)的速率，從而使材料的整體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，這樣材料在日常使用過程中就可以避免光熱現(xiàn)象所帶來的材料老化。

通過分析玻璃微珠含量對塑料改性性能的影響，然后在以上理論的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對注塑材料進(jìn)行混合、塑化、擠出、造粒等程序，完成注塑制樣等多個(gè)流程，對產(chǎn)出的塑料材料進(jìn)行性能測試，從性能測試結(jié)果可以總結(jié)出以下結(jié)論：

第一，經(jīng)過化學(xué)活化后的玻璃微珠對尼龍6塑料改性的過程中，由于玻璃微珠自身的球面結(jié)構(gòu)，其在熔體中受到外力的作用后，能夠發(fā)揮輥軸功能，從而加速玻璃微珠的整體流動(dòng)性，這樣，改性后的塑料表面，光滑、細(xì)膩有光澤，而且還能夠大大的改善浮纖外露的情況。

第二，改性后的塑料硬度增加，所以改性后的材料耐磨性大大提高，除非特非堅(jiān)硬的物質(zhì)（莫氏硬度排位7或以上材料），才能對改性的塑料產(chǎn)生一定的刻劃，改性后的塑料可塑性較強(qiáng)，玻璃微珠能夠有效提高塑料材料的拉伸強(qiáng)度和抗沖擊性能。

第三，由于玻璃微珠具有各項(xiàng)同性的特點(diǎn)，因此，在塑料改性過程中填充玻璃微珠，能夠很好的降低玻纖各向異性的影響，從而有效的降低后翹曲現(xiàn)象的發(fā)生。

第四，玻璃微珠作為新型的無機(jī)非金屬材料，其成本低廉，化學(xué)性能突出，因此，合理的填充玻璃微珠，能夠有效的降低塑料改性的成本。

3 玻璃微珠對塑料表面改性的方法

目前，玻璃微珠對塑料表面進(jìn)行改性，常見的方法有四種，即化學(xué)反應(yīng)改性、化學(xué)鍍法、表面包覆改性以及高能表面改性。

第一，化學(xué)反應(yīng)改性。通過利用表面改性劑與材料表面的顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方式來進(jìn)行材料改性。表面改性劑可以使用偶聯(lián)劑或不飽和有機(jī)酸。

第二，化學(xué)鍍法。通過利用金屬鹽溶液來與玻璃微珠發(fā)生還原反應(yīng)，從而在材料表面形成金屬納米膜的形式來改變材料的表面改性。

第三，表面包覆法。通過借助無機(jī)物、有機(jī)物的化學(xué)性能來包覆玻璃微珠等無機(jī)粒子來實(shí)現(xiàn)塑料表面的改性。

第四，高能表面改性。通過運(yùn)用高能輻射，如紅外線、電子束輻射以及電暈放電等手段來對玻璃微珠粉體進(jìn)行表面改性的過程。

4 玻璃微珠應(yīng)用于塑料生產(chǎn)各環(huán)節(jié)工藝要求

捏合工藝：（以Z型500立升捏合機(jī)為例）；投料量一般要求在150～250 kg/次，捏合時(shí)間鎖定在60～70次/min，要求溫度為110℃左右。在符合上述規(guī)范的前提下，捏合粉料達(dá)到松散、疏軟、不黏手狀態(tài)為止，捏合流程結(jié)束。

塑化：（假定采用550煉膠機(jī)）；設(shè)備數(shù)量為兩臺，一臺對捏合料進(jìn)行初塑化處理，另一臺負(fù)責(zé)材料的終塑化拉片工藝；其中初塑化溫度略高于終塑化工藝，為160～180℃，初塑化時(shí)間約為終塑化拉片工藝的3倍左右，維持在10～15 min左右；翻料次數(shù)要求有較大差異，初塑化盡可能斷清通一次，終塑化拉片需要保證在5次以上，非必要情況下不要更改。

造粒：切粒工藝需要待片料溫度低于45℃時(shí)再進(jìn)行，粒徑約為4×4 mm，不要長條顆粒；對切粒時(shí)產(chǎn)生的雜色粒、油污鐵屑要保證在第一時(shí)間剔除，進(jìn)而保證塑料質(zhì)量。

擠出：長度維持在1 300 mm左右，螺桿直徑65 mm即可；

最終塑料產(chǎn)物要求：顏色一直，塑化狀態(tài)優(yōu)秀，表面光滑憑證，分子材料緊密，塑料硬度、韌度適當(dāng)，相對結(jié)實(shí)，表面無短節(jié)和孔洞，且厚度相對均勻。

[1] 張麟，李瑞珍，楊學(xué)軍．HGB改性酚醛／高硅氧布復(fù)合材料的制備及性能． 工程塑料應(yīng)用．2013,9.

[2] 孫永興，宋博，王引．真中空玻璃微珠對超高分子量聚乙烯性能的影響．工程塑料應(yīng)用，2015,9.

(R-03)

TQ320.51

1009-797X(2016)24-0055-02

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10.13520/j.cnki.rpte.2016.24.014

毛世杰（1973-），男，助工，大專學(xué)歷，研究方向?yàn)槟猃埜男浴?/p>

2016-11-18