情景1任务一、聚乙烯阻燃料用原材料的选择.ppt
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1、,材料改性技术,1、课程性质及作用 2、课时分配 3、考核方式 4、课程内容设计 5、参考书,一、课程性质及作用,材料改性技术是高职高专材料工程技术专业一门主干核心学习领域. 材料改性技术的主要任务以典型高分子产品改性技术为载体,用实训项目来检验教学效果,通过项目教学,使学生通过本课程的学习,理解材料改性的基本原理,掌握材料改性的基本工艺过程、技术要点与改性材料的物性变化,具有对高分子材料改性初步设计能力,为毕业设计、顶岗实习及今后从事材料生产打下良好基础。,材料改性技术,二、课时分配 本课程计划总学时64课时,其中理论课时为40,实训课时为24。 三、考核方式 平时占40%(含期中测验),实
2、验占20%,期末占40% 。,四、 课 程 内 容 及 设 计,材料改性技术,五、主要参考书: 1、高分子性能检测国家标准 2、高分子改性技术 3、高分子材料成型工艺 4、高分子材料成型设备,材料改性技术,任务一、聚乙烯阻燃料用原材料选用,2019/2/18,9,讨论: 1、不同的制品对材料性能的要求有哪些?(如水杯、塑料盆、矿泉水瓶、工艺品等) 2、当现有原材料不能满足制品要求时如何处理?(两种办法) (1)更换原材料 (2)对现有材料改性,材料改性技术,情景1、聚乙烯阻燃料的生产 任务一、聚乙烯阻燃料用原材料的选择 内容: 1、聚乙烯树脂及其选择 2、填充剂及其选择 3、阻燃剂及阻燃体系的
3、选择,材料改性技术,教学目标: 知识目标: 1、了解聚乙烯的结构、性能及用途; 2、理解填充剂的作用及性质; 3、掌握填充剂的选用原则 能力目标: 1能够根据塑料的用途选择聚合物改性方法 2能根据填充剂的性质合理选择填料,聚乙烯的结构 Polyethylene (PE),单体 Mer unit 聚合物链 Polymer chain,聚乙烯种类,1)低密度聚乙烯 ( LDPE ) 高压在150一300MPa的压力、180一200下以氧气或有机过氧化物为引发剂,按自由基聚合机理使乙烯聚合而得聚乙烯。 2)高密度聚乙烯( HDPE)低压低温聚合 齐格勒-纳塔催化剂,其机械性能为各种PE中最好。 3)
4、线形、低密度聚乙烯(LLDPE),环境应力开裂性最高; 4) 超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 5) 经交联处理的LDPE已大量用于制作电缆的绝缘层(PE-Cl) 6)氯化聚乙烯(PE-C)、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、茂金属催化聚乙烯(MPE),聚乙烯种类,按相对分子质量大小: 11万以下为中等分子量聚乙烯 1125万为高分子量聚乙烯 5150万为特高分子量聚乙烯 150万以上称为超高分子量聚乙烯(UltraHigh Molecular Weight Polyethylene ,UHMWPE),聚乙烯性能,外观:白色蜡状半透明材料,柔而韧; 密度:比水轻; 毒性:无毒; 介电性能:优异
5、; 燃烧特性:易燃,且离火后继续燃烧,火焰上端呈黄色而下端为蓝色,燃烧时产生熔融滴落; 透水率:低,有机蒸气透过率较大,易透过非极性气体 O2 N2 CO2 ; 透明度:随结晶度增加而下降,支链阻碍结晶 结晶度 LDPELLDPEHDPE,聚乙烯性能,熔点:线性高密度PE132-135,支化低密度PE112且范围宽; 溶解性:常温下不溶于任何已知溶剂中,仅矿物油、凡士林、植物油、脂肪等能使其溶胀。 化学稳定性:优异。室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸;发烟硫酸、浓硝酸、硝化混酸、铬酸-硫酸混合液在室温下能缓慢溶解;90,硫酸和硝酸能迅速破坏PE; PE的耐热性不好:LDPE使用温度60 ,HDP
6、E使用温度80 。,聚乙烯性能,力学性能:结晶部分较高强度;非结晶区良好的柔性和弹性;力学性能随分子量增大而提高,分子量150万的PE极为坚韧(优异的工程塑料)。,PE成型加工: 因LDPE、HDPE的流动性好,加工温度低,粘度大小适中,分解温度低,在惰性气体中高温度300不分解,所以是一种加工性能很好的塑料。 LLDPE的粘度稍高,易发生熔体破裂,需增加加入加工助剂;加工温度稍高,可达200215。 聚乙烯的吸水率低,加工前不需要干燥处理。 聚乙烯制品在冷却过程中容易结晶,因此,在加工过程中应注意模温。以控制制品的结晶度,使之具有不同的性能。 聚乙烯的成型收缩率大,在设计模具时一定要考虑。,
7、聚乙烯树脂及其选择,PE应用,聚乙烯树脂及其选择,1、讨论一下:聚乙烯阻燃板材要选择哪种类型的聚乙烯树脂? 2、结合聚乙烯树脂的性能分析聚乙烯阻燃料的组分?,PE基木塑配方 PVC基木塑配方,HDPE 100 Eva 10 木粉30 马来酸酐接枝PE 8 KH550 0.5,PVC树脂粉 100 份 木粉 40份 碳酸钙 15份 PVC复合稳定剂: 3.2份 改性剂(偶联剂) 0.4份 ACR 2份 AC发泡剂 1.4份 发泡调节剂 0.5份 硬脂酸 0.2份 环氧大豆油 4份,1.填充改性的基本原理 聚合物的填充改性,是指在聚合物基体中添加与基体组成及结构不同的固体(加工温度下不熔融)添加物
8、,以降低成本,或是使聚合物制品的性能有明显改变( 或在稍稍削弱某些方面性能的同时,使人们所希望的另一些方面的性能得到明显提高) 填料具有以下特征:1、具有一定几何形状的固态物质,可以是有机物、也可以是无机物; 2、属于相对惰性的物质; 3、在聚合物中的质量分数不低于5%。,聚乙烯填充改性,2、填料的作用: 增量:降低制品的成本 增强:提高塑料材料的力学性能,如拉伸、冲击、硬度; 赋予功能:赋予制品原本不具备的特殊性能,如导电性等;,聚乙烯填充改性,聚乙烯填充改性,3、填料的性质(化学组成、几何特征、粒径、表面形态、物理性质、热化学效应) (1)化学组成:聚合物成型加工过程中稳定,不损害聚合物和
9、其他助剂的性能,(2)填料的性质(几何特征),对于片状填料有底面长径与厚度的比值,厚片提高刚性的效果不如薄片;针状、柱状、棒状也如此。,(3)填料的性质(粒径),使用填料颗粒粗细、大小要根据情况而定;粒径越小,如果能分散,则力学性能好,否则不好。,3、填料的性质,(3)表面形态及性质:表面积、表面自由能大不易分散 (4)物理性质: 密度、吸油值、硬度、 (5)热性能 (6)电性能 (7)磁性能 (8)热化学效应,总结布置,总结:聚乙烯的结构、种类、性能及应用,填充改性的机理、填料的作用及性质。 作业:1、在聚合物中选用填料有何作用? 2、聚合物的改性的方法有哪些? 课外任务:查找聚乙烯阻燃料的
10、配方 预习:填料的种类、表面处理剂及处理方法,复习提问,提问: 1、聚乙烯树脂的种类有哪些? 2、聚乙烯树脂可以做卫生用品么? 3、填料的作用有哪些?,材料改性技术,情景1、聚乙烯阻燃料的生产 任务一、聚乙烯阻燃料用原材料的选择 内容: 1、聚乙烯树脂及其选择 2、填充剂及其选择 3、阻燃剂及阻燃体系的选择,材料改性技术,教学目标: 知识目标: 1、了解填充剂的种类及特性; 2、理解填充剂表面处理的作用机理; 3、掌握填充剂的表面处理方法 能力目标: 1能够根据塑料的用途选择改性填充剂; 2能根据填充剂的表面处理方法,无机填充剂:碳酸盐类、硅酸盐类、硫酸盐类、金属氧化物与金属氢氧化物、金属粉类
11、、碳素类、晶须类等 有机填充剂:木粉、淀粉 一、碳酸盐类 1、碳酸钙 天然矿石磨碎而成的重钙和用化学方法生产的轻钙,两种天然碳酸钙矿石来源于石灰石。,碳酸钙,填充剂的种类及特征,填充剂的种类及特征,特性:价格低;无毒;色泽好,易着色;硬度低;化学稳定,热分解温度为800 以上;易干燥,水分易除去。 通常把0.11um颗粒粒径的轻钙称为微细,而把0.10.02um范围内的称之为超细,把粒径小于0.02um的称之为超微细; 为防止碳酸钙颗粒的凝聚作用,降低颗粒表面能,往往对填料表面进行改性处理,经表面处理的称为活性碳酸钙,,填充剂的种类及特征,二、硅酸盐类 有滑石粉、陶土、云母粉、硅灰石粉; 1、
12、滑石粉 成分:Mg3(Si4O10)(OH)2。密度2.7g2.8g/cm3,硬度最小;具有层状结构,可以提高填充材料的刚度,改善尺寸稳定性、耐热性;具有润滑性,可以减少对机械和模具的磨损,但用量多时不利于对塑料的焊接, 适用于聚氯乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS树脂等塑料,多用于耐酸、耐碱、耐热及电绝缘制品中,在橡胶行业中,滑石粉主要用于隔离剂和表面处理剂,细滑石粉对三元乙丙橡胶有补强作用,能提高拉伸强度、定伸强度和硬度。,填充剂的种类及特征,2、陶土 用量较大的填料,稍有补强作用,由岩石自然风化分解而成,主要成分是二氧化硅、氧化铝、水等,此外还含有铁、碱金属、碱土金属等。高岭土在橡胶和塑料工业中
13、广泛使用的是高岭土,密度2.4g2.5g/cm3,呈六方片体,PH值为45,呈弱酸性,有延迟硫化的作用。易吸潮,使用前需干燥。 易结团,需表面处理。 用于聚氯乙烯、聚丙烯、尼龙、聚酯等塑料中,可提高绝缘性,在橡胶行业中,做半补强填充剂,压出容易,表面光滑,胶鞋、胶带、胶管等制品。,填充剂的种类及特征,3、云母粉 主要成分是硅酸钾铝通常做电气绝缘材料的是硬质云母,也叫白云母; 作为发电机整流片的软质云母或镁云母,还有白云母黑云母。云母的晶形是片状的,其径厚比较大。在橡胶中主要用于制造耐热耐酸耐碱及高绝缘制品。,填充剂的种类及特征,4、硅灰石粉 天然硅灰石是硅酸钙化学结构,是一种钙质硅酸盐矿物,含
14、51.7%以上氧化硅,其余48.3%为氧化钙,属三斜晶系晶体,常沿众轴延伸成板状、杆状和针状。集合体为放射状、纤维状块体。较纯的呈金色和乳白色,具有玻璃光泽。 在橡胶中的补强性仅次于SiO2,但在胶料中分散性差,生热较大。 在塑料中的主要作用是提高拉伸强度和挠曲强度。 最有希望的应用领域是代替玻璃纤维在纤维增强塑料中,降低成本。,填充剂的种类及特征,5、玻璃微珠 从粉煤灰中提取,分为漂珠和沉珠,漂珠密度0.40.8g/cm3,壳壁很薄,呈半透明和乳白色,耐火度1650,属于中空玻璃微珠。沉珠是是实心的,密度0.82.4g/cm3。 主要用于热固性树脂如环氧、不饱和聚酯等,对热塑性树脂不太适合,
15、填充剂的种类及特征,单质 1、炭黑:由液态或气态不完全燃烧或热裂解而制取的极细的很色颗粒,主要成分是碳,表面有一些活性基团,还含有一些挥发物,微观结构比较复杂。 在橡胶工业中大量作为补强剂,能大幅度提高制品的物理机械性能;还是最重要的黑色颜料,遮盖力和着色力极佳。,金属粉,填充剂的种类及特征,2、金属粉:通过粉碎或熔融雾化法可得到铁、铜、铝等金属粉末。有时金属粉末是以它们的合金形式出现的,如青铜粉、黄铜粉、镍银粉等。多用于塑料中做装饰用,以提高填充塑料的导热性和抗静电能力。 金和银效果好,但受到价格限制,实用性小。向聚酯、环氧树脂等树脂中加入青铜粉或铝粉可制的导热性良好的制品。,木粉及其填充产
16、品,填充剂的种类及特征,有机物: 1、木粉:最早用于热固性树脂,后来在热塑性塑料中也得到应用。通过粉碎和研磨可以从锯末、碎木片和刨花制的木粉,力度可达数十目或更细。 木粉在180度开始炭化,最大特点是质轻,表面装饰性好,可以涂饰油漆。节约大量森林资源,保护生态环境。,淀粉及其填充产品,填充剂的种类及特征,2、淀粉:用玉米、马铃薯等农产品制作而成,经变性处理后加入塑料中可制成具有生物降解功能的淀粉塑料。可制成包装袋或杯、盒等包装容器),3.填充剂的表面处理 为使填料在聚合物中有良好的分散,并与聚合物能有较好的结合,常对无机填料表面进行适当处理,通过化学反应或物理方法改变填料表面的物理化学性质,使
17、其表面性质与所填充的聚合物性质具有一定的相似性,从而提高其在聚合物中的分散性,增进填料与聚合物基体的界面相容性,进而提高塑料、橡胶等复合材料的力学性能。,(1)填料表面处理的作用机理 但填料表面处理的作用机理基本上有两种类型,一是表面物理作用,包括表面涂覆(或称为包覆)和表面吸附;二是表面化学作用。,表面涂覆,也称包覆和涂层,是利用无机物或有机物对填料表面进行包覆以达到改性的方法。 表面吸附也是使填料表面结合上一层表面处理剂,但两者之间有较强的物理吸附作用。填料表面与处理剂的结合是分子间作用力。 表面化学改性通过表面改性剂与颗粒表面进行化学反应或化学吸附(包括表面取代、水解、聚合和接枝等)的方
18、式完成,填料表面是通过产生化学反应而与处理剂相结合。表面化学改性主要要用来生产在塑料和橡胶中使用的以补强作用为目的的矿物填料。,(2)处理原则 在进行填料表面处理时,从填料的种类、性质、聚合物种类、性能及加工工艺以及处理剂种类及处理工艺出发,应遵循如下原则: 填料表面极性与聚合物极性相差很大,应选择使表面处理后的填料极性接近于聚合物极性的处理剂, 填料表面含有反应性较大的官能团,则应选择能与这些官能团在处理或填充工艺过程中发生化学反应的处理剂,,填料表面如呈酸或(碱)性,则处理剂应选用碱性(或酸性);如填料表面呈现氧化性(或还原性),处理剂应选用还原性(或氧化性),如填料表面具有阳离子(或阴离
19、子)交换性,则处理剂应选用可与其阳离子(或阴离子)进行置换的类型。 对处理剂而言,能与填料表面发生化学结合的比未发生化学结合的效果好;长链基的比同类型的短链基效果好;处理剂链基上含有与聚合物发生化学结合的反应基团的比不含反应基团的效果好;处理剂链基末端为支链的比同类型而末端为直链的效果好,此外应选用在聚合物加工工艺条件下不分解、不变色以及不从填料表面脱落的处理剂。,(3)填料表面处理剂,分为五大类:表面活性剂、偶联剂、有机高分子处理剂、无机物处理剂和其他处理剂 1、表面活性剂 定义:是指极少量即能明显改变物质表面或界面性质的物质。 其分子都是由两种不同性质的基团所组成:一种是非极性的亲油(疏水
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