填料的作用机理
填料作为添加剂,主要是通过它占据体积发挥作用,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。由于填料的尺寸稳定性,在填充的聚合物中,聚合物界面区域内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。
填料的作用
①降低成型制件的收缩率,提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等;
②树脂粘度有效的调节剂;
③可满足不同性能要求,提高耐磨性、改善导电性及导热性等,大多数填料能提高材料冲击强度及压缩强度,但不能提高拉伸强度;
④可提高颜料的着色效果;
⑤某些填料具有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性;
⑥有增容作用,可降低成本,提高产品在市场上的竞争能力
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泛指被填充于其他物体中的物料。在化学工程中,填料指装于填充塔内的惰性固体物料,例如鲍尔环和拉西环等,其作用是增大气-液的接触面,使其相互强烈混合。在化工产品中,填料又称填充剂,是指用以改善加
工性能、制品力学性能并(或)降低成本的固体物料。其中可显著提高制品强度的填料,如长纤维和晶须等常专称增强材料,炭黑称补强填充剂。药品片剂、化妆品和去垢剂中常加入固体物料和碳酸钙等作填充剂,但其目的是调节剂量和浓度而不是改善性能,所以应称稀释剂。塑料增塑剂、橡胶充油以及纺丝油剂等,虽可改善性能,也能影响成本,但习惯上把这些液态物料视为加工助剂。
在高分子化工中,填料(填充剂)是用量大的添加剂,几乎所有的塑料(包括热塑性和热固性塑料)、天然橡胶和涂料都使用大量填料。例如,制造塑料时加入木粉、陶土或碳酸钙等,不仅能改善制品力学性能,增加硬度,而且还可降低成本;用石墨、磁粉或云母作填料,可提高塑料的导电、通磁和耐热性;橡胶中加入炭黑或二氧化硅(白炭黑)可显著提高制品的物性;纺丝液中加入钛白粉(二氧化钛)可以遮光和染色。在涂料工业中常加入白色或带色填料(如钛白粉、滑石粉、碳酸钙、等)以改善涂料的光学、物理和化学性能,这类用途的填料(填充剂)称为体质颜料或展色料
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填料的作用是为气、液两相提供充分的接触面,并为提高其湍动程度(主要是气相)创造条件,以利于传质(包括传热)。它们应能使气、液接触面大、传质系数高,同时通量大而阻力小,所以要求填料层空隙率高、比表面积大、表面湿润性能好,并在结构上还要有利于两相密切接触,促进喘流。制造材料又要对所处理的物料有耐腐蚀性,并具有一定的机械强度,使填料层底部不致因受压而碎裂、变形常用的塔填料可分为两大类:散装填料与规整填料。
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主要作用
增量、增强和赋予功能
(1)增量
添加廉价的无机矿物填料以降品的成本,例如,在塑料、橡胶、胶黏剂等中填充碳酸钙(包括重质碳酸钙和轻质碳酸钙)以降低有机树脂或高聚物的用量;在纸张中填充碳酸钙、滑石粉以减少纸浆或纸纤维的用量。这种无机矿物填料也被称为增量填充剂。
(2)增强
提高高聚物基复合材料,如塑料、橡胶、胶黏剂等的力学性能(包括弹性模量、拉伸强度、刚性、撕裂强度、冲击强度、摩擦系数、耐磨性等)。无机矿物填料的增强主要取决于对其粒度或比表面积和颗粒形状。粒径小于5um的超细无机矿物填料和硅灰石、透辉石、透闪石、石棉等针状无机矿物填料及云母、滑石、高岭土、石墨等片状无机矿物填料具有一定和不同程度的增强或补强功能。一般来说,各种填料的增强效果顺序为:纤维填料>片状填料>球状填料。反之,各种填料在基料中的流动性顺序大致为:球状填料>片状填料>纤维填料。
(3)赋予功能
无机矿物填料可赋予填充材料某些功能,如塑料和橡胶制品的尺寸稳定性、阻燃或难燃性、耐磨性、绝缘性或导电性、隔热或导热性、隔声性、抗菌性等;涂料的耐湿擦洗性、耐磨性、耐腐蚀性、耐候性、遮盖力、净化空气、调湿性等;纸品的优良吸墨性和印刷性等。此时,无机矿物填料的化学组成、晶体结构、光热、电、磁等性质以及比表面积和颗粒形状起重要的作用。 [1]
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