[原創(chuàng)]中空玻璃微珠在復合材料中的應用

gcsgcs · 發(fā)表于 2004-3-9 18:10:35

中空玻璃微珠在復合材料中的應用 1　前　言 這些年發(fā)展起來的諸多填料一般來說都比樹脂便宜得多。它們對樹脂的性能有很大的影響,因此在使用過程中值得注意的是要充分利用其優(yōu)點絕不能降低最終制品的性能。對于影響非常顯著的性能,比如彎曲模量和密度等,有時填料起著雙重作用。這些也是眾所周知的,這就是填料的科學,中空玻璃微珠作為一種較新的填料具有一些不尋常的特性,從不同的角度自然地改善了樹脂的性能,填料不僅僅是樹脂的添加劑,更重要的是它改進了樹脂的性能。 2　基本性能 這些年來中空玻璃微珠在美國已成為比較成熟的工程用材料。同時在英國也得到了較為廣泛的應用。當然,同體積相比它的價格要比碳酸鈣高得多。對于含鈉的硼硅酸鹽即Ｅ玻璃中空玻璃微珠耐水及化學介質的腐蝕性好,具有較低的表面堿性度和含水率,含堿量為重量的0.5%,含水率為體積的0.2%。當有放熱反應時,較高的含水率會導致較多的水分蒸發(fā),最終在產品模塑過程中引起一些缺陷。但是,中空玻璃微珠與通常的填料相比其幾何尺寸是較為完整的中空球體,粒度為10～180μｍ,壁厚為1～3μｍ,它們象軸承一樣互相之間能夠滾動,具有很好的自由流動性。 3　優(yōu)點 中空玻璃微珠具有質輕、低導熱、無毒、不燃、化學穩(wěn)定性好、高分散等優(yōu)點。這些優(yōu)點特別是能夠在模塑完成的成品中體現(xiàn)出來。最終產品重量輕,容易安裝,并且特別適合制作要求有浮力的制品。中空玻璃微珠可以應用在很多材料領域中以提高或改善材料的耐水性、抗壓強度、收縮率和沖擊強度等。密度低,能制取較輕的部件;孔隙率和比表面低,珠體吸收樹脂少,所以即使高量填充,粘度也不高;具有化學穩(wěn)定性和惰性;良好的抗龜裂性能,最終的制品易于后處理,如鉆孔、切割及打磨,這也是中空玻璃微珠較為容易破壞的另一個優(yōu)點。由于中空玻璃微珠就象減震器一樣,因此,產品的抗壓強度及抗沖擊強度也得以改善。由于中空玻璃微珠優(yōu)先于樹脂基體而破壞,降低了制品受沖擊的程度。中空玻璃微珠也具有較好的絕緣性能,這一性能特別是在制品使用過程中遇到有熱水沖擊時,中空玻璃微珠和樹脂便形成了互不連通的熱傳導絕緣層。最后,由于中空玻璃微珠的著色性不好,使得制品有些發(fā)白,但有時這也是優(yōu)點,一方面可以降低白色顏料如鈦白粉的用量,最多可降低50%,另一方面值得一提的是最終產品的色彩較為柔和。 4　在人造大理石及瑪瑙制品中的應用 中空玻璃微珠較大的用途是人造大理石。在美國,有許多制造商正在使用這種填料,它有以下優(yōu)點:①改善沖擊性能,正確配方制造的產品其性能高于人造大理石協(xié)會的要求。②改善紋理布局及顏色的連續(xù)性,使得產品更加美觀、耀目。③降低固化時間,具有較快的模具周轉速度。④改善沖擊強度,提高抗龜裂能力,降低產品的破損率。⑤改善機械加工性,減少去飛邊、切割、鉆空和打磨的時間。⑥降低后處理工具的磨損。⑦改善淺顏色的著色性能,同時降低ＴｉＯ2的用量(雖然有時需要混入一些較深的顏色)⑧重量輕,使其在搬運及安裝過程中變得更容易,也降低了運輸成本。以上所列的優(yōu)點③～⑧能夠明顯降低成本。表1為人造大理石標準配方及含中空玻璃微珠配方所用樹脂粘度為600～2000ｃＰ,采用中空玻璃微珠不會造成混合體系粘度的增加。在這個配方中重量占3.8%的中空玻璃微珠其體積可達26.8%,這樣會使其最終重量降低30%。由于樹脂的粘度、當時的環(huán)境溫度及碳酸鈣的粒度是影響混合物體系粘度的主要原因,因此應優(yōu)化這些因素,使其紋理更流暢、氣泡更易排除,特別是當樹脂的溫度小于21℃時。碳酸鈣的粒度應小于30目,以減少對玻璃微珠的損傷. 表1　配方中是否含有中空玻璃微珠的人造大理石密度比較 配方Ｗｔ% Ｖｏｌ% 密度 標準樹脂 23 41 碳酸鈣 77 59 2.079 合計 100 100 含中空玻璃微珠樹脂 30.2 37.4 碳酸鈣 3.8 26.8 1.466 中空玻璃微珠 66 35.8 合計 100 100 5 修補復合材料(樹脂膩子) 修補用的復合材料,其典型的應用是在樹脂中加入中空玻璃微珠以取代部分碳酸鈣、滑石粉等填料制成各種膩子,具有質量輕、附著力強、容易涂沫、低收縮性等優(yōu)點,尤其是砂磨和拋光等加工性能顯著提高。對空心微珠來說,灰塵是一個問題,有趣的是,在后處理過程中,比如打磨,導致空心微珠的破壞形成的灰塵其密度同玻璃的一樣,這樣它便不會漂于空中而很容易地降落到地面上。這樣會大大減少空氣中粉塵含量過高的缺點。這種膩子廣泛用于玻璃鋼制品、汽車、船舶、機床等的修補作業(yè)中。應當注意的是中空玻璃微珠的直徑不宜過大,防止打磨后留下太大的針孔,同時要選擇更加理想的級配。表2是典型的膩子配方,當然要根據(jù)樹脂的粘度等因素來做適當?shù)膬?yōu)化。 表2　含有中空玻璃微珠的膩子配方 組　成密度Ｗｔ% Ｖｏｌ% 樹　脂 1.14 37 42 中空玻璃微珠 0.23 5 29 滑石粉 2.60 58 29　　 這個配方的密度為1.3ｇ/ｃｍ3,而普通膩子為1.89ｋｇ/ｃｍ3左右。 6　合成泡沫塑料塊及輕質芯材 早在1971年ＳＰＩ年會上就有一篇研究論文中介紹道,在環(huán)氧樹脂中加入中空玻璃微珠得到了較高質量的泡沫,并且密度降低了20%～30%。泡沫密度為0.66ｇ/ｃｍ3時靜壓強度為1136ｋｇ/ｃｍ2。在制造輕質ＧＲＰ芯材時,正是由于采用了中空玻璃微珠才使得技術問題得以解決。與通常玻璃鋼相比,這種芯材的使用大大提高了制品的剛度并降低重量,根據(jù)剛度來選擇芯材的厚度。芯材的密度為0.57ｇ/ｃｍ3～0.67ｇ/ｃｍ3,抗壓強度為284ｋｇ/ｃｍ2～426ｋｇ/ｃｍ2。廣泛應用于各種工業(yè)制品,如車輛、船舶、建筑用夾層復合板,運動器材、模型、深水浮體等。 7　聚酯家具 聚酯家具是中空玻璃微珠的另一應用領域,主要是降低其密度,例如,它能使混合物的密度達到0.9ｇ/ｃｍ3,而用珍珠巖為1.09ｇ/ｃｍ3,用碳酸鈣為1.46ｇ/ｃｍ3。同時也提高了砂磨和拋光等加工性能,節(jié)約工時為50%左右。隨著中空玻璃微珠比例的增加其剛度也明顯地提高。 8　玻璃鋼噴涂工藝 含有中空玻璃微珠的樹脂體系可以采用無氣噴涂設備來噴涂,再加上玻璃纖維短切氈、布及其它織物能夠制造船舶用層合板。隨著體系內壓力的不同來選擇相應類型的中空玻璃微珠。較為典型的配方是中空玻璃微珠的體積含量為22%,相應的重量含量為5%左右。利用較低剪切力的攪拌設備便能很好地使之分散到樹脂中去。 9　ＳＭＣ和ＢＭＣ制品 在ＳＭＣ和ＢＭＣ中加入中空玻璃微珠能夠使其最終模塑制品的重量降低25%～35%。密度由1.7ｇ/ｃｍ3～1.9ｇ/ｃｍ3降到1.2ｇ/ｃｍ3～1.4ｇ/ｃｍ3,介電性能也得到大大地改善。選擇合適的配方能夠制造出符合特定要求的絕熱板。較為典型的應用實例是能夠制造出較為輕質的汽車和建筑零部件。 10　玻纖纏繞和拉擠工藝 在纖維纏繞和拉擠工藝中應用中空玻璃微珠能夠降低成本,降低復合材料的密度,提高復合材料的抗沖擊強度和機械加工性能。在拉擠工藝中采用中空玻璃微珠能夠降低樹脂和玻纖的用量。添加8%的中空玻璃微珠就能減少15%以上的玻纖用量。除了減少重量以外,還能夠改善制品的物理、介電和絕緣性能。此外，另一個優(yōu)點是它在樹脂體系中能夠起到潤滑劑的作用,可以使拉擠速度提高25%～70%。 11　其它樹脂體系 中空玻璃微珠除了添加到聚酯中以外還可添加到環(huán)氧樹脂中,制成合成泡沫塑料塊。在美國環(huán)氧/玻璃微珠合成泡沫已經成功地應用到船舵中。這種泡沫塑料塊作為船舵的芯材而表層為玻璃鋼。同聚酯相比環(huán)氧在減輕重量的前提下還能夠使之強度得到顯著地增加。實驗室測得的數(shù)據(jù)表明,用這種材料制成的船舵,其抗彎曲載荷可達2500kg,是工程塑料ABS強度的3倍。在德國也有用聚酰亞胺樹脂和中空玻璃微珠合成的泡沫塑料塊來制造船舵的,這個船舵用在長12.5ｍ,重55kg的帆船上。在結構材料中已經成功地采用了剛性的聚酰亞胺泡沫塑料塊,這種結構能夠使其壓縮、彎曲強度及模量,高溫條件下的尺寸穩(wěn)定性得以提高。 我公司與相關科研單位合作投資生產的人造純白色中空玻璃微珠(空心微珠)是目前國內價格最低、類型規(guī)格最多的。歡迎各行業(yè)的廠商來人來電垂詢！我們樂意提供相關資料及免費樣品試用，以謀共同發(fā)展！詳細資料請閱：http://songlin.114nic.com/