[原创]中空玻璃微珠在复合材料中的应用

gcsgcs · 发表于 2004-3-9 18:10:35

中空玻璃微珠在复合材料中的应用 1　前　言 这些年发展起来的诸多填料一般来说都比树脂便宜得多。它们对树脂的性能有很大的影响,因此在使用过程中值得注意的是要充分利用其优点绝不能降低最终制品的性能。对于影响非常显著的性能,比如弯曲模量和密度等,有时填料起着双重作用。这些也是众所周知的,这就是填料的科学,中空玻璃微珠作为一种较新的填料具有一些不寻常的特性,从不同的角度自然地改善了树脂的性能,填料不仅仅是树脂的添加剂,更重要的是它改进了树脂的性能。 2　基本性能 这些年来中空玻璃微珠在美国已成为比较成熟的工程用材料。同时在英国也得到了较为广泛的应用。当然,同体积相比它的价格要比碳酸钙高得多。对于含钠的硼硅酸盐即Ｅ玻璃中空玻璃微珠耐水及化学介质的腐蚀性好,具有较低的表面碱性度和含水率,含碱量为重量的0.5%,含水率为体积的0.2%。当有放热反应时,较高的含水率会导致较多的水分蒸发,最终在产品模塑过程中引起一些缺陷。但是,中空玻璃微珠与通常的填料相比其几何尺寸是较为完整的中空球体,粒度为10～180μｍ,壁厚为1～3μｍ,它们象轴承一样互相之间能够滚动,具有很好的自由流动性。 3　优点 中空玻璃微珠具有质轻、低导热、无毒、不燃、化学稳定性好、高分散等优点。这些优点特别是能够在模塑完成的成品中体现出来。最终产品重量轻,容易安装,并且特别适合制作要求有浮力的制品。中空玻璃微珠可以应用在很多材料领域中以提高或改善材料的耐水性、抗压强度、收缩率和冲击强度等。密度低,能制取较轻的部件;孔隙率和比表面低,珠体吸收树脂少,所以即使高量填充,粘度也不高;具有化学稳定性和惰性;良好的抗龟裂性能,最终的制品易于后处理,如钻孔、切割及打磨,这也是中空玻璃微珠较为容易破坏的另一个优点。由于中空玻璃微珠就象减震器一样,因此,产品的抗压强度及抗冲击强度也得以改善。由于中空玻璃微珠优先于树脂基体而破坏,降低了制品受冲击的程度。中空玻璃微珠也具有较好的绝缘性能,这一性能特别是在制品使用过程中遇到有热水冲击时,中空玻璃微珠和树脂便形成了互不连通的热传导绝缘层。最后,由于中空玻璃微珠的着色性不好,使得制品有些发白,但有时这也是优点,一方面可以降低白色颜料如钛白粉的用量,最多可降低50%,另一方面值得一提的是最终产品的色彩较为柔和。 4　在人造大理石及玛瑙制品中的应用 中空玻璃微珠较大的用途是人造大理石。在美国,有许多制造商正在使用这种填料,它有以下优点:①改善冲击性能,正确配方制造的产品其性能高于人造大理石协会的要求。②改善纹理布局及颜色的连续性,使得产品更加美观、耀目。③降低固化时间,具有较快的模具周转速度。④改善冲击强度,提高抗龟裂能力,降低产品的破损率。⑤改善机械加工性,减少去飞边、切割、钻空和打磨的时间。⑥降低后处理工具的磨损。⑦改善浅颜色的着色性能,同时降低ＴｉＯ2的用量(虽然有时需要混入一些较深的颜色)⑧重量轻,使其在搬运及安装过程中变得更容易,也降低了运输成本。以上所列的优点③～⑧能够明显降低成本。表1为人造大理石标准配方及含中空玻璃微珠配方所用树脂粘度为600～2000ｃＰ,采用中空玻璃微珠不会造成混合体系粘度的增加。在这个配方中重量占3.8%的中空玻璃微珠其体积可达26.8%,这样会使其最终重量降低30%。由于树脂的粘度、当时的环境温度及碳酸钙的粒度是影响混合物体系粘度的主要原因,因此应优化这些因素,使其纹理更流畅、气泡更易排除,特别是当树脂的温度小于21℃时。碳酸钙的粒度应小于30目,以减少对玻璃微珠的损伤. 表1　配方中是否含有中空玻璃微珠的人造大理石密度比较 配方Ｗｔ% Ｖｏｌ% 密度 标准树脂 23 41 碳酸钙 77 59 2.079 合计 100 100 含中空玻璃微珠树脂 30.2 37.4 碳酸钙 3.8 26.8 1.466 中空玻璃微珠 66 35.8 合计 100 100 5 修补复合材料(树脂腻子) 修补用的复合材料,其典型的应用是在树脂中加入中空玻璃微珠以取代部分碳酸钙、滑石粉等填料制成各种腻子,具有质量轻、附着力强、容易涂沫、低收缩性等优点,尤其是砂磨和抛光等加工性能显著提高。对空心微珠来说,灰尘是一个问题,有趣的是,在后处理过程中,比如打磨,导致空心微珠的破坏形成的灰尘其密度同玻璃的一样,这样它便不会漂于空中而很容易地降落到地面上。这样会大大减少空气中粉尘含量过高的缺点。这种腻子广泛用于玻璃钢制品、汽车、船舶、机床等的修补作业中。应当注意的是中空玻璃微珠的直径不宜过大,防止打磨后留下太大的针孔,同时要选择更加理想的级配。表2是典型的腻子配方,当然要根据树脂的粘度等因素来做适当的优化。 表2　含有中空玻璃微珠的腻子配方 组　成密度Ｗｔ% Ｖｏｌ% 树　脂 1.14 37 42 中空玻璃微珠 0.23 5 29 滑石粉 2.60 58 29　　 这个配方的密度为1.3ｇ/ｃｍ3,而普通腻子为1.89ｋｇ/ｃｍ3左右。 6　合成泡沫塑料块及轻质芯材 早在1971年ＳＰＩ年会上就有一篇研究论文中介绍道,在环氧树脂中加入中空玻璃微珠得到了较高质量的泡沫,并且密度降低了20%～30%。泡沫密度为0.66ｇ/ｃｍ3时静压强度为1136ｋｇ/ｃｍ2。在制造轻质ＧＲＰ芯材时,正是由于采用了中空玻璃微珠才使得技术问题得以解决。与通常玻璃钢相比,这种芯材的使用大大提高了制品的刚度并降低重量,根据刚度来选择芯材的厚度。芯材的密度为0.57ｇ/ｃｍ3～0.67ｇ/ｃｍ3,抗压强度为284ｋｇ/ｃｍ2～426ｋｇ/ｃｍ2。广泛应用于各种工业制品,如车辆、船舶、建筑用夹层复合板,运动器材、模型、深水浮体等。 7　聚酯家具 聚酯家具是中空玻璃微珠的另一应用领域,主要是降低其密度,例如,它能使混合物的密度达到0.9ｇ/ｃｍ3,而用珍珠岩为1.09ｇ/ｃｍ3,用碳酸钙为1.46ｇ/ｃｍ3。同时也提高了砂磨和抛光等加工性能,节约工时为50%左右。随着中空玻璃微珠比例的增加其刚度也明显地提高。 8　玻璃钢喷涂工艺 含有中空玻璃微珠的树脂体系可以采用无气喷涂设备来喷涂,再加上玻璃纤维短切毡、布及其它织物能够制造船舶用层合板。随着体系内压力的不同来选择相应类型的中空玻璃微珠。较为典型的配方是中空玻璃微珠的体积含量为22%,相应的重量含量为5%左右。利用较低剪切力的搅拌设备便能很好地使之分散到树脂中去。 9　ＳＭＣ和ＢＭＣ制品 在ＳＭＣ和ＢＭＣ中加入中空玻璃微珠能够使其最终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,介电性能也得到大大地改善。选择合适的配方能够制造出符合特定要求的绝热板。较为典型的应用实例是能够制造出较为轻质的汽车和建筑零部件。 10　玻纤缠绕和拉挤工艺 在纤维缠绕和拉挤工艺中应用中空玻璃微珠能够降低成本,降低复合材料的密度,提高复合材料的抗冲击强度和机械加工性能。在拉挤工艺中采用中空玻璃微珠能够降低树脂和玻纤的用量。添加8%的中空玻璃微珠就能减少15%以上的玻纤用量。除了减少重量以外,还能够改善制品的物理、介电和绝缘性能。此外，另一个优点是它在树脂体系中能够起到润滑剂的作用,可以使拉挤速度提高25%～70%。 11　其它树脂体系 中空玻璃微珠除了添加到聚酯中以外还可添加到环氧树脂中,制成合成泡沫塑料块。在美国环氧/玻璃微珠合成泡沫已经成功地应用到船舵中。这种泡沫塑料块作为船舵的芯材而表层为玻璃钢。同聚酯相比环氧在减轻重量的前提下还能够使之强度得到显著地增加。实验室测得的数据表明,用这种材料制成的船舵,其抗弯曲载荷可达2500kg,是工程塑料ABS强度的3倍。在德国也有用聚酰亚胺树脂和中空玻璃微珠合成的泡沫塑料块来制造船舵的,这个船舵用在长12.5ｍ,重55kg的帆船上。在结构材料中已经成功地采用了刚性的聚酰亚胺泡沫塑料块,这种结构能够使其压缩、弯曲强度及模量,高温条件下的尺寸稳定性得以提高。 我公司与相关科研单位合作投资生产的人造纯白色中空玻璃微珠(空心微珠)是目前国内价格最低、类型规格最多的。欢迎各行业的厂商来人来电垂询！我们乐意提供相关资料及免费样品试用，以谋共同发展！详细资料请阅：http://songlin.114nic.com/