塑料是電子電器、汽車、機械零件、建築材料、以及日用制品等行業中應用最多的聚合物。其中,特別是PE、PP、PVC價廉,性能優越,而且可填充較多增強材料。相比較於添加長纖維材料,添加硫酸鈣晶須能克服長纖維在復雜材料中難以分佈均勻,易出現貧膠區,使材料表麵光潔度差等缺點,而且由於晶須加入使復合材料的耐濕熱性能得到明顯改善。
因為晶須本身具有一定的長徑比,且結構纖細,並具備高強度和高模量的特點,產品可以在PP、PE、PVC、ABS、POM、等材料中均勻分散,起著骨架作用形成聚合物,使聚合物內強度增大,薄弱環節減少,從而明顯提高復合材料的機械強度
目前已大量用於建築木塑模板,可以降低成本的同時大幅改善模板的物理性能。具體在以下幾點優勢∶
【補強增韌】硫酸鈣晶須由於在結晶時原子結構排列高度有序,其內部存在的缺陷很少,近乎完整晶體,因而它的強度和模量接近於材料原子間價鍵的理論強度。用它作為以PE、PP、PVC等材料為主的木塑模板增強組元時,不但提高瞭材料的強度,也使得它在這些材料破裂過程中能夠有效抑制裂紋擴展,而且纖維狀物質能夠吸收沖擊能量,從而起到緩沖作用,達到增韌的效果。
【耐熱阻燃】硫酸鈣晶須具有無機填料的熱均勻性,在1000℃時仍保持其原有的機械性能,可以顯著地提高木塑模板的耐熱溫度。同樣,也使木塑模板具有一定的阻燃功能。
【提高表麵的光澤及平滑度】硫酸鈣晶須由於具有細微的直徑、適中的長徑比、無規則的取向排列、較好的流動性、較強的樹脂親和力等特點。使其註射成型的薄壁制品尺寸穩定精度高,表麵光潔外觀好;壓鑄、澆鑄成型時能充滿整個模具,使制品尺寸更加精確,提高成材率;縱向和橫向收縮率差異較小,能在微觀上改變制品的同時,也使得制品顯示各向同性。
【耐酸堿】添加硫酸鈣晶須後可提高制品在使用過程中遇到的酸堿物質,使制品的使用壽命更長。
【提高模具的充滿程度】在產品增強壓鑄、澆鑄成型時,添加硫酸鈣晶須比添加其他纖維有較好的流動性,能充滿整個模具,使制品尺寸更精確,提高成材率。
硫酸鈣晶須在各種材料中的性能比較∶
例1 硫酸鈣晶須不同添加量在聚丙烯(PP)中的性能分佈;
測試項目 | 依據標準 | 單位 | 樹脂 | 10%晶須 | 20%晶須 | 30%晶須 | 40%晶須 |
拉伸強度 | GB/T 1040-92 | MPa | 27.5 | 28.3 | 27.0 | 25.4 | 23.4 |
彎曲強度 | GB/T 9341-2000 | MPa | / | 36.0 | 36.6 | 36.2 | 38.6 |
彎曲模量 | MPa | / | 1010 | 1172 | 1395 | 1413 | |
簡支梁缺口沖擊強度(2.75J) | GB/T 1843-96 | kJ/m2 | / | 9.6 | 9.2 | 9.5 | 8.5 |
密度 | GB/T 1033-1986 | g/cm3 | 0.91 | 0.98 | 1.01 | 1.09 | 1.16 |
例2 硫酸鈣晶須與玻纖增強材料在PP和ABS中縱橫向收縮率差異的比較。見下表:
收縮率(%) | PP | ABS | ||
玻纖增強 | 晶須增強 | 玻纖增強 | 晶須增強 | |
縱 向 | 2.10 | 0.41 | 0.03 | 0.13 |
橫 向 | 0.80 | 0.16 | 0.40 | 0.10 |
縱向/橫向 | 2.65 | 0.56 | 13.3 | 1.30 |
例3 硫酸鈣晶須(SCW)應用於尼龍(PA)中,尼龍的的物理性能大有提高,特別與玻纖(GF)混用的綜合效果更佳。其PA6的部分測試結果見下表:
性能 | 試驗方法 | 未加晶須 | 加入30%晶須 |
抗拉強度(kg/cm2) | D638 | 635 | 835 |
彈性模量(kg/cm2) | D638 | 2.3×104 | 4.5×104 |
撓曲強度(kg/cm2) | D790 | 879 | 1208 |
撓曲模量(kg/cm2) | D790 | 2.1×104 | 4.0×104 |
缺口沖擊強度(kg.cm.cm) | D256 | 4.72 | 3.4 |
熱畸變溫度(℃) | D648 | 65 | 90.5 |
性能 | 100%PA6 | PA6+15%GF+15%未活化SCW | PA6+30%GF |
拉伸強度(MPa) | 70 | 147 | 129 |
斷裂伸長率(%) | 45 | 10 | 13 |
彎曲強度(MPa) | 78 | 218 | 167 |
彎曲模量(MPa) | 2345 | 8540 | 6210 |
缺口沖擊強度(KJ/m2) | 5.5 | 14 | 13 |
無缺口沖擊強度(KJ/m2) | 130 | 55 | 57 |
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例4 硫酸鈣晶須與玻纖在PA6中與矽灰石比較的檢測數據
測試項目 | 測試方法 | 單位 | PA6 | 20%玻纖 20%硫酸鈣晶須 | 20%玻纖 20%矽灰石 | |
拉伸強度 | ASTM D638-2010 | MPa |
| 95.9 | 77.0 | |
彎曲強度 | ASTM D790-2010 | MPa | / | 216 | 178 | |
彎曲模量 | ASTM D790-2010 | MPa | / | 13528 | 13862 | |
懸臂梁缺口沖擊強度 | ASTM D256-2010 | J/m |
| 102 | 86 |
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