應(yīng)用技術(shù)|圣萊特空心玻璃微珠解決熱塑性塑料翹曲問題

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熱塑性塑料的翹曲問題

熱塑性材料種類對產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性有極為顯著的影響，收縮性較強(qiáng)的塑料材料很難加工出尺寸穩(wěn)定的產(chǎn)品。目前，熱塑性材料產(chǎn)品的翹曲是注塑成型最常見的問題之一，并且在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段對其將會產(chǎn)生的翹曲程度也很難有效地預(yù)測。

塑料制品的翹曲主要是在成型過程中發(fā)生的，導(dǎo)致塑料制品產(chǎn)生翹曲的原因有很多，包括塑料結(jié)晶、分子取向、玻纖取向、模具上下冷卻不均等。

我們通常把塑料制品注塑成型時分為兩個方向：流動方向和垂直流動方向，由于分子取向或玻纖取向而導(dǎo)致各方向收縮不均勻的情況下則會發(fā)生翹曲，各方向收縮均勻則會使產(chǎn)品等比例縮小而不會發(fā)生翹曲變形。

分子取向：結(jié)晶性的材料比如PP、PA、POM等，在注射完后冷卻時，分子開始取向結(jié)晶，特別是結(jié)晶度高、結(jié)晶速度快的這一類材料在完成結(jié)晶后會殘留內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致冷卻定型后發(fā)生收縮翹曲。添加無機(jī)填料，如滑石粉、碳酸鈣、云母、硅微粉等能夠限制高分子鏈間的相互移動，降低基材的結(jié)晶能力，降低材料的結(jié)晶度，從而降低材料的收縮率。

圖1.  纖維取向

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空心玻璃微珠解決塑料翹曲的優(yōu)越性

空心玻璃微珠（圖2）的空心圓球結(jié)構(gòu)、玻璃材質(zhì)、微米級的粒徑等特點(diǎn)，使其成為一種擁有功能性的輕質(zhì)填料。

空心玻璃微珠是一種微米級的無機(jī)粉體填料，結(jié)晶性塑料在加入空心玻璃微珠后，會影響結(jié)晶塑料的結(jié)晶性能。表現(xiàn)為降低了材料分子鏈的有序排列，使晶區(qū)的缺陷增多，結(jié)晶完善程度降低，分子鏈進(jìn)入晶區(qū)的速度也相應(yīng)降低，從而使得結(jié)晶速率降低[1]，這樣會減小材料由于快速結(jié)晶而殘留的應(yīng)力，減少收縮問題。

在添加有纖維的復(fù)合材料中，由于纖維的長徑比大，材料表現(xiàn)為各向異性；空心玻璃微珠是球形粒子，流動性好，可以使纖維在材料中自由隨機(jī)分布（如圖1纖維取向b），在流動方向和垂直流動方向上均有纖維的分布，使得材料冷卻定型時各方向性能相近。這是其他不規(guī)則形狀的粉體填料不可比擬的。

相比于其它粉體材料，由于空心玻璃微珠是圓球結(jié)構(gòu)，各向同性，在減少收縮和翹曲問題的同時，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，也能很好的保證塑料制品長久的尺寸穩(wěn)定性[2]。

此外，常規(guī)無機(jī)粉體填料比如滑石粉、碳酸鈣其密度在2.0g/cm3以上，空心玻璃微珠密度在0.2-1.6g/cm3之間，同樣的填充體積其用量更少，在一定程度上能夠降低復(fù)合材料的密度。

鄭州圣萊特空心微珠新材料有限公司現(xiàn)有HLHSHM三個系列。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HM系列空心玻璃微珠在熱塑性塑料中減少收縮翹曲的表現(xiàn)最優(yōu)，在3-10%的添加量時便能達(dá)到很好的抗翹曲效果。

圖3. 添加空心玻璃微珠的材料翹曲度效果對比

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空心玻璃微珠的添加帶來其他好處

空心玻璃微珠具有低密度、高強(qiáng)度、低導(dǎo)熱、低介電、耐高溫、耐酸堿等多種性能，相比于一般的無機(jī)填料，除了減少收縮和翹曲，保持尺寸穩(wěn)定性外，還能為塑料制品帶來更多的性能上的提升：

1）降低比重； 

2）提高材料的加工性能； 

4）提高材料的剛性；

5）提升產(chǎn)品外觀，解決浮纖問題；

6）降低材料的介電常數(shù)；

7）提高隔熱和降噪性能；

8）減少樹脂用量，降低VOC；

9）提高阻燃性，減少發(fā)煙量。

注：

[1]李軍偉,趙巍,李勇. PP/空心玻璃微珠復(fù)合材料非等溫結(jié)晶研究[J]. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用,2012,24(01):5-8.

[2]蔡耀武,劉海彪,趙勝勇,劉菲. 空心玻璃微珠制備方法及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 河南化工,2019,36(11):11-13.