玻璃微珠在塑料改性中的应用方法探讨

毛世杰

(河南神马华威塑胶股份有限公司，河南 平顶山 467021)

玻璃微珠在塑料改性中的应用方法探讨

Application discussion of glass bead in the modif cation of plastics

毛世杰

(河南神马华威塑胶股份有限公司，河南 平顶山 467021)

玻璃微珠作为一种新型的、用途广泛的无机非金属材料，其具有良好的化学稳定性和高分散性，因此，可以充当填充材料应用被广泛的应用于航天、交通等领域。本文在介绍玻璃微珠特性的基础上，分析了玻璃微珠对塑料改性指标的影响，并以尼龙为例，阐述了玻璃微珠对塑料改性的方法。

玻璃微珠；塑料改性；尼龙；拉伸强度；冲击强度

1 玻璃微珠的成分及特征分析

1.1 玻璃微珠的成分构成

玻璃微珠的主要构成成分是二氧化硅，其所占比为67%以上，另外还有一些金属氧化物，如氧化镁2.5%以上，氧化钙8%以上，氧化钠14%左右，此外还有少量的氧化铝、氧化铁以及其他成分。另外，玻璃微粒体内的气泡量是低于10%的。

1.2 玻璃微珠的特征分析

第一，玻璃微珠质轻、体积较大。由于玻璃微粒的密度较小，因此，以其作为填充材料，不仅能够减轻产品的负重，还能够有效的降低被填充物品的生产成本。

第二，玻璃微珠的表面具有有机改性，加之玻璃微珠质轻、易分散，因此玻璃微珠可以广泛的应用到热塑性塑料、热固性塑料的改性处理之中。

第三，玻璃微珠的流动性较高，由于其形态呈现圆球状，因此，其流动性要远远高于诸如片状、不规则形状的填充材料，且能够保证收缩率，从而使产品的尺寸、模型更加稳定。

第四，玻璃微珠隔音、隔热效果显著，且不易吸水，这同其内部气泡结构是息息相关的。

2 玻璃微珠含量对材料改性指标的影响分析

本文以玻璃微珠和尼龙混合改性为例，利用玻璃微珠来进行尼龙改性的过程中，其具体流程为混合尼龙6和玻璃微珠，然后进行塑炼、粉碎、注射和制样，最后进行性能测试。

2.1 玻璃微珠含量与材料拉伸强度之间的关系

玻璃微珠的填充量与材料拉伸强度之间呈现一定的线性关系。在尼龙6质量一定的前提下，随着玻璃微珠含量的不断增加，塑料的整体拉伸强度会呈现出先上升后下降的趋势，由实验数据可知，玻璃微珠的含量值达到15%时，材料的拉伸强度是最大的，因此，并不是玻璃微粒的数量越多越好，而是应该控制在最佳比例，从而降低玻璃微珠的无效损耗。

2.2 玻璃微珠含量与材料冲击强度之间的关系

玻璃微珠的填充量与材料冲击强度之间也呈现出一定的线性关系。在尼龙6质量一定的前提下，随着玻璃微珠含量值的加大，材料的整体冲击强度会先加大，然后再出现回落。据试验资料可知，当玻璃微珠的含量值在20%时，塑料的冲击强度达到了最大值。

2.3 玻璃微珠含量与材料布氏硬度之间的关系

将玻璃微珠填充到尼龙6之中，通过观察、分析可知，玻璃微珠填充含量的增加，会促进塑料硬度的的提升。另外，玻璃微珠的主要成分是二氧化硅，属于刚性材料，因此，尼龙6与玻璃微珠混合后所得的塑料材料的刚性、硬度都会得到提升。

2.4 玻璃微珠含量与材料耐热性之间的关系

玻璃微珠含量的增加，会使改性后的材料的耐热性变大，但不是一直增大下去，当玻璃微珠达到一定的含量后，材料的整体耐热性就趋于稳定的值了。玻璃微珠在尼龙6中的填充，能够有效的减缓反应的速率，从而使材料的整体结构趋于稳定，这样材料在日常使用过程中就可以避免光热现象所带来的材料老化。

通过分析玻璃微珠含量对塑料改性性能的影响，然后在以上理论的数据基础上对注塑材料进行混合、塑化、挤出、造粒等程序，完成注塑制样等多个流程，对产出的塑料材料进行性能测试，从性能测试结果可以总结出以下结论：

第一，经过化学活化后的玻璃微珠对尼龙6塑料改性的过程中，由于玻璃微珠自身的球面结构，其在熔体中受到外力的作用后，能够发挥辊轴功能，从而加速玻璃微珠的整体流动性，这样，改性后的塑料表面，光滑、细腻有光泽，而且还能够大大的改善浮纤外露的情况。

第二，改性后的塑料硬度增加，所以改性后的材料耐磨性大大提高，除非特非坚硬的物质（莫氏硬度排位7或以上材料），才能对改性的塑料产生一定的刻划，改性后的塑料可塑性较强，玻璃微珠能够有效提高塑料材料的拉伸强度和抗冲击性能。

第三，由于玻璃微珠具有各项同性的特点，因此，在塑料改性过程中填充玻璃微珠，能够很好的降低玻纤各向异性的影响，从而有效的降低后翘曲现象的发生。

第四，玻璃微珠作为新型的无机非金属材料，其成本低廉，化学性能突出，因此，合理的填充玻璃微珠，能够有效的降低塑料改性的成本。

3 玻璃微珠对塑料表面改性的方法

目前，玻璃微珠对塑料表面进行改性，常见的方法有四种，即化学反应改性、化学镀法、表面包覆改性以及高能表面改性。

第一，化学反应改性。通过利用表面改性剂与材料表面的颗粒发生化学反应的方式来进行材料改性。表面改性剂可以使用偶联剂或不饱和有机酸。

第二，化学镀法。通过利用金属盐溶液来与玻璃微珠发生还原反应，从而在材料表面形成金属纳米膜的形式来改变材料的表面改性。

第三，表面包覆法。通过借助无机物、有机物的化学性能来包覆玻璃微珠等无机粒子来实现塑料表面的改性。

第四，高能表面改性。通过运用高能辐射，如红外线、电子束辐射以及电晕放电等手段来对玻璃微珠粉体进行表面改性的过程。

4 玻璃微珠应用于塑料生产各环节工艺要求

捏合工艺：（以Z型500立升捏合机为例）；投料量一般要求在150～250 kg/次，捏合时间锁定在60～70次/min，要求温度为110℃左右。在符合上述规范的前提下，捏合粉料达到松散、疏软、不黏手状态为止，捏合流程结束。

塑化：（假定采用550炼胶机）；设备数量为两台，一台对捏合料进行初塑化处理，另一台负责材料的终塑化拉片工艺；其中初塑化温度略高于终塑化工艺，为160～180℃，初塑化时间约为终塑化拉片工艺的3倍左右，维持在10～15 min左右；翻料次数要求有较大差异，初塑化尽可能断清通一次，终塑化拉片需要保证在5次以上，非必要情况下不要更改。

造粒：切粒工艺需要待片料温度低于45℃时再进行，粒径约为4×4 mm，不要长条颗粒；对切粒时产生的杂色粒、油污铁屑要保证在第一时间剔除，进而保证塑料质量。

挤出：长度维持在1 300 mm左右，螺杆直径65 mm即可；

最终塑料产物要求：颜色一直，塑化状态优秀，表面光滑凭证，分子材料紧密，塑料硬度、韧度适当，相对结实，表面无短节和孔洞，且厚度相对均匀。

[1] 张麟，李瑞珍，杨学军．HGB改性酚醛／高硅氧布复合材料的制备及性能． 工程塑料应用．2013,9.

[2] 孙永兴，宋博，王引．真中空玻璃微珠对超高分子量聚乙烯性能的影响．工程塑料应用，2015,9.

(R-03)

TQ320.51

1009-797X(2016)24-0055-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.24.014

毛世杰（1973-），男，助工，大专学历，研究方向为尼龙改性。

2016-11-18