挤出机空心粒子的原因(新型高分子填料—空心玻璃微珠改性技术知多少？)

Posted 2023-05-27

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近年来发展起来一种用途广泛、性能优异的新型填料—空心玻璃微珠( HGMS)。

它是一种中空的，内含惰性气体的微小圆球状粉末，主要成分是碱石灰硼硅酸盐玻璃。

空心玻璃微珠微观图

目前已广泛用于石油工业、航空航天、5G通信、新型高速列车、汽车轮船、隔热涂料、胶黏剂等领域。

那这个新型填料加入到高分子材料中进行改性之后会有哪些优势呢？

1、轻量化：首先，玻璃微珠的密度在0.4-0.75g/cm^3，降低复合材料的密度达到减重的效果，其次由于中空的特性，在满足性能的同时，减少了树脂的使用量；有利于推进汽车轻量化的发展。

2、介电性能改善：由于玻璃珠的内部为空气，空气的介电常数为1，这使得空心玻璃微珠的介电常数整体非常低，减少对高频信号的损耗，在5G行业和自动驾驶汽车具有非常大的用途。

3、减少收缩和翘曲：由于空心玻璃微珠为规则的球形，在注塑时本身的排布不会受到流动方向的影响，不会有取向的说法。当填料不发生取向时，生产的零件便不会有取向内应力的存在，减少零件发生翘曲的可能性。

4、增强树脂刚性：空心玻璃微珠本身属于刚性粒子，添加到树脂内之后能够提升材料的抗压强度、模量等。

5、隔音隔热、降噪：由于玻璃珠的内部为空气，空气导热率低，同时多孔材料会吸收声波的震动，从而降低了热量、阻碍了声波的传输；

6、流动性好：空心玻璃微珠为规则正球形，颗粒间相互作用小，由于“滚珠效应”，减少树脂间的摩擦力，具有良好的流动性及分散性，能够快速均匀地分散于不同产品体系中。注塑时更容易挤出，不仅减少制品的缺陷，而且使生产效率提高15%-20%。

7、吸油率低、稳定性好：空心玻璃微珠比表面积小，粒子表面光滑，其吸油率仅为20%-70%，且玻化的材质使其具有良好的耐酸碱性及稳定性，可赋予产品优异的耐化学品性、耐候性及耐老化性。

改性的时候需要注意哪些地方？

1、挤出工艺：

从上述过程中可以看出，空心玻璃微珠的空心结构对于高分子复合材料的性能影响非常大，所以在加工时必须要保证它的空心结构不被破坏。

在挤出成型时需要考虑：

（1）尽量减少空心玻璃微珠在挤出螺杆内的停留时间，避免长时间的剪切作用将玻璃微珠破碎，选择在侧喂料进行添加；

（2）空心玻璃微珠经过的地方螺杆组合按照低剪切设计；

（3）螺杆转速调低，降低剪切力

2、相容性：

空心玻璃微珠与树脂的相容性不好，树脂与玻璃微珠材料之间的界面粘接性会变差，这会使得空心玻璃微珠的性能大打折扣，所以提升他们之间的相容性是非常重要的。

常用的提升相容性的办法有：

（1）添加相容剂：使用偶联剂或者马来酸酐接枝树脂等，改善两者的界面粘接力；

（2）表面蚀刻：使用酸碱等使微珠表面产生大量的缺陷，此时树脂将会填充进入缺陷缝隙之中，达到一个稳固的效果；

（3）表面改性：通过强氧化剂和或者酸碱与SiO反应，产生硅羧基、羟基等具有相容性的官能团；还可以将这些官能团进行改性，这些改性的官能团可以发生接枝、聚合等反应。从而改善界面粘接力；

内容来源：功能高分子及助剂、《复合材料力学、李想.环氧树脂/空心玻璃微珠复合泡沫材料的制备研究》、《空心玻璃微球填充环氧树脂固体浮力材料研究》、《空心玻璃微珠表面改性对固体浮力材料性能影响研究》、《空心玻璃微珠表面包覆改性及其应用》