Materiale de umplere sferice (microsfere)

Materialele de umplere sferice sau microsferele sunt împărțite în două clase: microsfere continue și microsfere goale

Valoarea de unicitate și continue microsfere (non) de sticlă ca material de umplutură este, în principal, în forma lor. În particule din industrie sunt formarea perfect sferice, cu o suprafață netedă, care au aproape toate calitățile unui excipient ideal. Datorită acestor calități trebuie remarcat un impact minim asupra viscozității și matricea de curgere, nici o distribuție neuniformă a concentrației de stres în jurul particulei ca, de exemplu, umpluturi formă complexă, cu margini și colțuri ascuțite, care de obicei duce la o deteriorare a proprietăților mecanice ale materialului umplut.

Sferele goale sunt una dintre cele mai importante materiale de umplutură utilizate în producția de materiale plastice. Forma sferică, mărimea controlată și densitatea scăzută îi fac adesea ne-înlocuibile. Pe lângă acest efect important al utilizării microsfere goale este de a reduce costurile sau polimeri de fitsitnyh scumpe, precum și o densitate redusă și capacitatea sa de a controla, uniformitatea îmbunătățită a formei ppecc umplere contracție.

Microsferele industriale produse cu diferite tratamente de suprafață au de obicei dimensiuni de la 5 la 700 microni. În unele compoziții polimerice, microsferele din sticlă servesc ca agenți de umplutură de întărire, totuși, ele sunt cel mai adesea folosite ca umpluturi ieftine sau pentru a conferi proprietăți speciale.

În plus față de sferele de sticlă există încă o serie de alte microsfere solide - microsfere polimerice, pulbere de zinc, oțel împușcat, microsfere de carbon, microsferele realizate din nisip sau derivate din emisiile industriale de ardere. Fiecare dintre aceste tipuri are propriile sale microsfere avantaje proprii.

Principalele avantaje ale materialelor de umplere sferice utilizate în materialele plastice sunt următoarele.

Un raport mic de suprafață la volum, care contribuie la adsorbția scăzută a rășinii. Absorbția uleiului prin microsfere de sticlă cu un diametru de 44 pm este de 0,08 g / g, în timp ce particulele de CaC03 sunt 0,12-0,18 g / g. Aceasta permite introducerea de microsfere de sticlă de până la 400% în greutate și practic nu modifică viscozitatea compozițiilor atunci când sunt introduse până la 25%.

Perfecțiunea formei, care contribuie la buna lor umezire, distribuția uniformă a solicitărilor în materialele umplutură, capacitatea de a prezice cu acuratețe proprietățile fizice.

Caracteristicile abrazive scăzute ale microsferelor în raport cu metalele, care contribuie la uzura scăzută a producției și a echipamentelor de amestecare, precum și la matrițe. De exemplu, o gaură de sprue în fabricarea articolelor prin turnare prin injecție are aproximativ aceeași uzură pentru polimerii umplut ca și pentru cele nealimentate. Toate acestea reprezintă o consecință a regularității formei microsferelor, a netezimii suprafeței acestora, a durității scăzute combinate cu rezistența ridicată la fractură.

Posibilitatea de a modifica suprafața microsferelor prin tratare cu agenți de cuplare, acoperiri și cruste aplicare permite creșterea soliditatea compozițiilor umplute pentru a ajusta microsfere rezistența la adeziune vsyazi cu materialul matricei și de a îmbunătăți rezistența la degradare cauzată de intemperii și de umiditate.

Rezistență ridicată la materiale de fractură umplute, oferind, la rândul său, o rezistență suficient de piese mari în compresie și stabilitatea lor în matrițe și echipamente de amestecare.

Rezistență ridicată la căldură a microsferelor și inerția lor, care mărește rezistența materialelor la ardere și la acțiunea unor temperaturi și presiuni ridicate. Microsferele nu interacționează chimic cu polimerii și nu contribuie la distrugerea lor.

Capacitatea de a controla cu exactitate dispersia particulelor, permițând să se garanteze uniformitatea dimensiunilor lor, ceea ce este esențial pentru curgerea compoziției umplută prin orificiul sprue.

Transparența microsferelor din sticlă, care este proprietatea lor unică, care permite obținerea de produse permeabile la lumină. În plus, microsferele absorb radiațiile ultraviolete, ceea ce reduce distrugerea luminii polimerilor.

Principalul dezavantaj al microsferelor din sticlă este costul relativ ridicat al acestora comparativ cu costul altor tipuri de materiale de umplutură dispersate.

Metode de preparare. Au fost dezvoltate două metode principale de obținere a particulelor sferice solide: fuziunea particulelor obținute prin sfărâmarea materialului, avantajoasă pentru producția la scară largă și pulverizarea materialelor topite, care este considerabil inferioară volumului față de prima metodă. Sferele polimerice sunt produse în procesul de polimerizare în suspensie. Conform acestei metode, monomerii (stiren, acrilați etc.) sunt suspendați în apă în prezența surfactanților și a inițiatorilor de polimerizare. Amestecarea se efectuează până la formarea unei suspensii de monomeri în apă. Temperatura apei este apoi ridicată pentru a iniția polimerizarea în picătură. Deoarece procesul de polimerizare este însoțit de eliberarea căldurii, temperatura este reglată de apă. După terminarea reacției, se formează microsfere polimerice continue care sunt separate de apă și uscate.

Sferele polimerice mari și carbonice cu un diametru de până la 4 mm sau mai mult sunt obținute prin turnare sau prelucrare individuală.

Compoziția chimică a microsferelor. Compoziția a două tipuri tipice de microsfere din sticlă este prezentată mai jos:

Sticlă calcaroasă de sodiu,% (în greutate)

Cenospheres (de la emisiile de fum),% (masă)

Proprietățile chimice ale suprafeței sferelor de sticlă. Suprafața proaspăt formată a sticlei formate din silicat de sodiu este o rețea de atomi de siliciu și oxigen conectată prin legături covalente la ionii încorporați de sodiu, calciu și magneziu. Paharele industriale conțin, de asemenea, alte elemente implicate în formarea unei structuri de sticlă în rețea sau încorporate în ea. Suprafața de sticlă formată proaspăt este activă din punct de vedere chimic, dar își pierde rapid activitatea după expunerea la aer. La contactul cu aerul devine suprafață de sticlă inertă datorită levigare și de schimb ionic, sunt încorporate în plasa legaturile Si-O-, și imobilizarea apei pe suprafața sticlei. Sticla de silicat de sodiu este alcalina deoarece suprafata acesteia contine ioni de sodiu, calciu si magneziu. Apa după spălarea sticlei de silicat de sodiu are un pH ridicat datorită formării de alcalii; spălările multiple reduc acest efect. Suprafața sticlei este distrusă de acțiunea acidului fluorhidric, care este una dintre puținele substanțe capabile să rupă legăturile Si-O.

Acoperirile sunt aplicate pe suprafața microsferelor pentru proprietăți specifice. Cel mai adesea, siloxanii, silanii, metalele, hidrocarburile fluorurate și polimerii sunt utilizați ca astfel de acoperiri.

Microsferele din sticlă sunt materiale foarte higroscopice. Atunci când adsorbția umezelii se lipesc, ceea ce face dificilă dispersarea acestora. Pentru a preveni agregarea lor, microsferele sunt acoperite cu hidrofobizatoare speciale. Cele mai eficiente hidrofobizatoare sunt siloxanii. Sferele tratate cu 3 g siloxan per 1000 m 2 de suprafață devin atât de rezistente la umiditate încât pierd capacitatea de a uda atunci când sunt scufundate în apă.

Deși în anumite scopuri se utilizează învelișuri siloxanice ale microsferelor, tratamentul microsferelor cu agenți de cuplare silan este mai obișnuit, deoarece acestea îmbunătățesc aderența dintre sfera sticlei și matricea polimerică în materiale compozite. Moleculele de agenți de cuplare cu silan sunt destul de lungi și conțin diferite grupuri de capăt. Una dintre aceste grupuri (silan) interacționează ușor cu suprafața sticlei. Al doilea grup funcțional interacționează cu matricea polimerică. Compoziția moleculelor de silan produse de industrie include astfel de grupări funcționale organice cum ar fi grupările amino, grupările epoxi și vinii, precum și cloro- sau mercaptosilanii. Acoperirile sunt aplicate din soluție și uscate la temperatură ridicată. În timpul uscării, grupările silanice interacționează cu suprafața sticlei, iar partea organică rămâne la suprafață, participând mai târziu la formarea unei legături cu matricea polimerică.

Creșterea aderenței în timpul tratamentului cu silan poate fi ilustrată prin exemplul unui plastisol din PVC întărit, umplut cu microsfere din sticlă. Când microsferele acoperite cu soluție de calibrare, încercate să se separe de matricea polimerică, separarea a avut loc pe polimer. Microsferele fără acoperire au fost tăiate ușor cu conservarea unei suprafețe curățate.

Trebuie remarcat faptul că nu există un agent de cuplare universal adecvat pentru orice tip de polimer. Pentru fiecare polimer este necesar să se selecteze un agent de cuplare specific. În fiecare caz specific, tipul de cuplare trebuie selectat empiric.

Nu toți agenții de cuplare silanici sunt hidrofobizatori, dar toți conduc la o creștere a rezistenței la apă a sferelor de sticlă.

Microsferele acoperite cu metale, de exemplu argint, sunt utilizate pentru a produce materiale conductive sau opace din punct de vedere electric. Pentru a îmbunătăți umectabilitatea și aderența, în unele cazuri microsferele sunt acoperite cu polimeri. Anumite acoperiri cu siloxan sunt utilizate pentru îmbunătățirea proprietăților de izolare electrică a materialelor umpluturate, iar acoperirile pe bază de hidrocarburi fluorurate sunt utilizate pentru a conferi proprietăți non-umectare. Există acoperiri care conferă aproape orice proprietăți de suprafață și majoritatea sunt disponibile în comerț.

Efectul aderenței microsferelor de sticlă asupra aderenței lor la polifenilen oxid este bine ilustrat de microfotografiile din Figura 10.1.

Figura 10.1 - Microfotografii ale suprafeței de distrugere a oxidului polifenilenic,

umplut cu (a) netratat și tratat cu agentul de cuplare A-100 (b)

Dimensiunea și forma particulelor. microsfere din sticlă de aproape 90% sunt formate din sfere ideale cu dimensiuni variind de la -325 până la 20 mesh (creșterea dimensiunii lor crește proporția de particule de formă imperfecte). Figura 10.2 prezintă cenosferele industriale produse în dimensiuni cuprinse între 0,3 și 30 microni.

Figura 10.2 - Micrografie a microsferelor provenite de la emisiile de fum (trec printr-o sită cu dimensiunile de 44 microni, mărimea 400).

Figura 10.3 prezintă microsfere din sticlă de dimensiuni tipice fabricate în prezent de industrie [de la 30 μm (-325 mesh) la 750 μm (20 mesh)].

A - sferele trec printr-o sită cu dimensiunile de 44 μm; b - sferele trec printr-o sită cu dimensiunile de 104 μm; - sferele trec printr-o sită cu dimensiunile de 280 microni;

g-sferele trec printr-o sită cu dimensiuni de 635 μm. Creșteți 50.

Figura 10.3 - Microfotografii ale sferelor de sticlă ne-gofrate.

Suprafață specifică. Suprafața specifică a microsferelor depinde de dimensiunea lor. Formula pentru calcularea suprafeței specifice are forma:

Sdd = 2,42x105 / D,

unde: D este diametrul, μm.

Pentru microsfere cu un diametru mediu de 44 μm și o densitate de 2480 kg / m3, SDM = 5,5 10 3 m 2 / kg.

Proprietăți fizice. Proprietățile tipice ale microsferelor de sticlă de silicat de sodiu sunt prezentate mai jos:

Rezistență electrică volumetrică specifică la 17 ° С, Ohm · cm

Aplicație. Microsferele din sticlă se găsesc ca materiale de umplutură pentru aproape orice polimer. Raportul mic suprafață / volum, forma uniformă a particulelor și netezirea suprafeței fac sferele de sticlă să fie o umplutură ideală. Datorită unui tratament special de suprafață, acestea sunt combinate cu orice polimer. Acestea nu numai că sporesc masa materialului, dar dau și proprietățile fizice specifice produsului și îmbunătățesc procesabilitatea.

sfere de sticlă sunt folosite pentru a crește rezistența la tracțiune și de compresie, flexiune, duritatea, rezistența la uzură, deformare TEPLOSTEN-os, rezistența la apă, rezistența la coroziune, rezistența la munte-Niju, dispersat celelalte componente electric sa-TION, rezistență la rupere .

Cel mai bun efect este obținut atunci când se utilizează sfere împreună cu fibra. Când se înlocuiește o parte a fibrelor cu microsfere în materiale plastice ranforsate, viscozitatea topiturii scade și se îmbunătățește distribuția fibrelor. Îmbunătățirea procesabilității, ele sporesc duritatea, densitatea, rezistența la creșterea fisurilor, reduc contracția, imperfecțiunea de suprafață și costurile prin înlocuirea fibrelor scumpe.

S-a constatat că microsferele îmbunătăți prelucrabilitatea și reduce părțile căsătoriei produse prin turnare prin injecție, urmat Corolar reducătoare contracție și deformare, facilitând în același timp extragerea pieselor din matriță și reducerea duratei turnat TION turnate și. Ridicat de căldură specifică și omogenitatea microsferelor ajuta pentru a forma răcirea uniformă a produselor și pentru a reduce deformarii lor.

Microsferele de sticlă au fost utilizate ca aditivi pentru curățarea extruderelor și mașinilor de turnare prin injecție. Adăugarea microsferelor la polimerii tradiționali folosiți pentru curățarea acestui echipament vă permite să schimbați rapid o culoare sau un tip de polimer în altul.

Polimeri încărcați cu sferoni. Microsferele din sticlă sunt folosite pentru a umple un număr mare de polimeri. Microsferele din sticlă, ca materiale de umplutură pentru polistiren spumat rezistent la impact, prelucrate prin turnare prin injecție, acționează ca agenți pentru formarea de centre de structură de tip fagure. Avantaje în utilizarea sferelor de sticlă: umplerea mai rapidă și mai perfectă a matriței, reducerea lungimii ciclului de turnare; o presiune mai mare de injecție (de 4-5 ori) în zona de umplere a matriței; o scădere mai mică a presiunii de injecție la umplerea matriței (58% în absența microsferelor); o rigiditate mai mare a pieselor turnate atunci când sunt îndepărtate din matriță; obținerea unei structuri celulare omogene a materialului; Creșterea durității materialului cu un factor de 1,5 în comparație cu spuma nealimentată. În aceleași condiții, foile turnate care conțin microsfere din sticlă au avut o coajă de suprafață mai groasă și o densitate mai mare. Utilizarea microsferelor de sticlă în spumă face posibilă obținerea de părți cu o structură celulară mai omogenă. Utilizarea lor ca agenți de umplere pentru policarbonat expandat a arătat rezultate bune.

Metode de combinare a microsferelor cu polimeri. Introducere microsfere în rășini termoreactive lichide prin simpla amestecare a componentelor în timp ce în mod uniform le dispersarea unui termoplast foarte vâscos necesita tehnici speciale. Atunci când sunt extrudate, microsferele de sticlă sunt introduse continuu în gâtul extruderului și amestecate cu polimerul topit în cilindru în timp ce șnecul se rotește. dispozitiv mașina de turnare este conectat cu un izolator electron-circuit al mașinii Debitarea - în fiecare ciclu de injecție cu polimer este introdusă o anumită cantitate de microsfere din sticlă.

Articole similare

• Care este semnificația funcțiilor sferice - semnificațiile cuvintelor

• Cuvântul sferic - care este semnificația sferică a cuvântului, exemple de utilizare

• Pe o planetă sferică, greutatea corporală la pol este de 3 ori greutatea corporală la ecuator

Trimiteți-le prietenilor: