塑料增强剂

增强剂

增强剂是一种增加塑料制品力学性能的材料，一般增强剂主要是纤维类材料，常用的是玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维等。塑料中添加了各种纤维类材料后，各种力学性能，尤其是拉伸强度、冲击强度会很快提高，这种改性是塑料的增强改性。还有一种是提高塑料的韧性，提高制品的冲击强度，一般采用橡胶弹性体，如PP为了提高其韧性冲击强度，常在其中添加POE和三元乙丙共聚橡胶，为了提高PP同POE和EPOM弹性体的亲和性，可以添加马来酸酐接技PP作为相容剂，如PP-G-MAH，上海日之升科技发展有限公司生产这种相容剂。

一、玻璃纤维

玻璃纤维按原料组成可分为：无碱玻纤(E型)，指其碱金属氧化物含量在2%以下;低碱玻纤，碱金属氧化物在6%～12%;无碱无硼玻纤，指三氧化二硼只占10%左右;特种玻纤是由纯镁、铝、硅三种元素组成的高强度玻纤;石英玻纤指SiO2含量在99.95%;耐化学玻纤是由镁、铝、硅、钙元素组成;含铅玻纤指玻纤中含有铅等。玻纤组成不同，强度也不同，直径为5μm的无碱玻纤和中碱玻纤，其强度可分别达到2000MPa和1600MPa。玻纤愈细，其拉伸强度越大，当玻纤细度相同时，在一定范围内，其长度越短，拉伸强度越大，例如直径为13μm时长

度分别为5mm、20mm、90mm，而强度分别为1500MPa、1200MPa和760MPa。

二、碳纤维

碳纤维是将有机纤维在惰性环境中碳化、煅烧而成。其原料有沥青、聚丙烯腈、人造丝、芳香族聚酰胺、聚乙烯醇等。根据原料不同选用不同的制法，制得的碳纤维性能也不相同。碳纤维具有高温稳定性能，可分为低弹性模量、中弹性模量、高弹性模量几种等级。碳纤维按结构可分为石墨纤维和无定型纤维。石墨基本上是由碳组成。石墨晶体高度定向排列，碳原子层与纤维轴平行，有较高的模量和良好的导电性和热传导性。无定形碳纤维中，碳的重量占一半以上，纤维中没有能形成较长的点向结构的石墨结晶，而是由结构比较紊乱的微细颗粒组成。石墨纤维和无定型碳纤维的区别主要是制造碳纤维时的热处理条件不同，石墨热处理温度高于2000℃，而碳纤维则在低于2000℃下处理。表9-1列出了各种增强材料的物理性能。

表9-1各种增强材料的物理性能

纤维名称	商品名	软化点/℃	密度 g/cm3	直径 μm	拉伸强度/GPa	弹性模量/GPa	伸长率/%
玻璃纤维	E-GF S-2GF	700 840	2.60 2.49	8～12 8～12	3.50 4.50	72 87	2.6 4.1
碳纤维	T-300(东丽) T-1000(东丽) T-55J(东丽) Thornelp55 Thornelp100	3650 3650 3650 - -	1.77 1.82 1.93 2.01 1.6	7 5.3 4.8 - -	3.53 7.04 3.63 2.1 2.0	230 294 540 380 700	1.5 2.4 0.7 0.5 0.3
凯芙拉纤维	KF-29 KF-49 HM-50(帝人)	262 260 -	1.44 1.45 1.39	12 12 12	2.7 3.5 3.1	62 131 132	4.4 2.8 -
硼纤维	BF(W) BF(C)	- -	2.40 2.23	100～150 100	3.52 3.28	410 360	0.9 0.9
高强PE 纤维		-	0.96	-	2.50	90	4
氧化铝纤维	纤维FP(Dupont) Altex(佳化)	2040 -	3.96 3.30	20 10～15	1.40 1.82	385 210	0.4 -
碳化硅纤维	诺卡纶(日本碳) CVD法(AVCO)	- -	2.55 3.0～3.4	12～14 -	3.0 3.31	220 428	1.4 0.8
金属纤维	不锈钢	1400	7.86	13	2.28	210	1.3
合金纤维	铝合金钛合金	- -	2.8 4.5	- -	0.60 1.20	72 100	- -

注：1.BF(W)指钨芯，BF(C)指碳纤维芯。

2.实际碳材料没有软化点，在高温下发生升化。

碳纤维既可用于热塑性塑料，也可用于热固性塑料，用于制造航空航天行业的零部件，有极好的耐热性及良好的强度、耐磨性、刚性和尺寸稳定性。碳纤维主要有三大类：沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维。我国生产碳纤维的企业有吉化集团碳纤维材料厂、中科院山西煤炭化学研究所、山西榆次化纤厂、兰州金利化工毛纺有限公司、辽源石油化工厂、上海合成纤维所、北京化工大学和山东大学，主要是生产聚丙烯腈基碳纤维。国外生产碳纤维的企业是日本的东丽、东邦、旭化成、爱克纶、三菱人造丝以及美国BASF、英国考特尔慈公司。表9-2列出了日本东丽公司生产的碳纤维型号和性能。

表9-2日本东丽公司生产的碳纤维型号和性能

漆雾净化器

类别	单碳数/ 束	拉伸强度 GPa	弹性模量 GPa	伸长率 %	线密度 g/1000m	密度 g/cm3
T300	1000 3000 6000 12000	3.54 3.54 3.54 3.54	231 231 231 231	1.5 1.5 1.5 1.5	66 198 396 800	1.76 1.76 1.76 1.76
T400H	3000 6000	4.43 4.43	2.51 2.51	1.8 1.8	198 396	1.80 1.80
T700S	12000 24000	4.92 4.92	2.31 2.31	2.1 2.1	800 1600	1.80 1.80
T800H	6000 12000	5.51 5.51	296 296	1.9 1.9	223 445	1.81 1.81
T1000	12000	7.02	296	2.2	485	1.80
M35J	6000 12000	4.73 4.73	345 345	1.4 1.4	225 450	1.75 1.75
M40J	6000 12000	4.43 4.43	379 379	1.2 1.2	225 450	1.75 1.75
M46J	6000 12000	4.23 4.23	438 438	1.0 1.0	223 445	1.84 1.84
M50J	600	3.94	478	0.8	216	1.88
M55J	6000	4.03	541	0.8	218	1.91
M60J	3000 6000	3.94 3.94	590 590	0.7 0.7	100 200	1.94 1.94
M30S	18000	5.51	296	1.9	745	1.73
M30G	18000	5.12	296	1.8	745	1.73

注：1.1000根单丝数/束=1K，3000根单丝数/束=3K，6000根单丝数/束=6K，12000根单丝数/束=12K。

2.T为碳纤维，M为石墨纤维。

日本三菱化学公司每年生产600t的沥青基碳纤维长丝，日本石墨纤维公司每年生产120t，美国Amoco公司每年生产230t;日本ベトカ公司每年生产1300t的沥青基碳纤维短丝。日本吴羽化学工业公司生产通用级沥青基碳纤维。我国鞍山东亚精细化工有限公司从美国阿什兰石油公司引进年产200t的通用沥青基碳纤维和年产45t的活性碳纤维的技术和设备;活性炭纤维生产厂还有山西东绿活性碳纤维厂、秦皇岛山海关金龙环保材料厂、南通市活性炭纤维厂、河北中环环保设备有限公司。活性炭纤维的特点是：(1)单丝直径细达8～20μm，活性炭1～3mm长，表面积大;(2)有效吸附孔分布窄;(3)没有或很少有大孔;(4)外表面积0.2～2.0m2/g，较活性炭(0.001m2/g)大得多，吸附位多，吸附容量大;(5)体密度小，漏损小，处理速度快;(6)杂质少，纯度高，不会污染吸附的气体或液体;(7)强度高，粉尘少;(8)形态多，后加工性好，有纤维、布、毡、纸及蜂窝状结构;(9)导电、导热、蓄热量小。碳纤维增强热固性塑料(FRP)或碳纤维增强热塑性塑料(CFRTP)，在飞机的一次性结构材料(如主翼

、尾翼、机体)、二次性结构材料(如辅翼、方向舵、升降舵制动)、内装材料(如舵尾板、行李架、厕所、座椅)以及制动盘、制动片、隐身材料、结构隐身材料上应用广泛，在宇宙飞行器、卫星、航天飞机、火箭及宇宙空间站中也有应用。利用碳纤维的轻量化、耐疲劳、耐热、耐磨损、尺寸稳定、耐烧蚀等特点，碳纤维也可用于文体用品上。

三、玻璃微珠、陶瓷微球

美国3M公司是世界上生产塑料助剂的著名公司，由该公司生产的作为塑料增强材料的玻璃微珠、陶瓷微球的牌号及性能见表9-3。

表9-3 3M公司玻璃微珠和陶瓷微球的牌号和性能

牌号	抗压强度 MPa	g/ml	粒径/μm			性状
牌号	抗压强度 MPa	g/ml	10%	50%	最大	性状
1.玻璃微珠普通系列(碱碳硼硅酸盐玻璃)
K1+3	1.72creg	0.125	30	60	120	白，制品耐磨
牌号	抗压强度 MPa	g/ml	粒径/μm			性状
牌号	抗压强度 MPa	g/ml	10%	50%	最大	性状
K15+3	2.07	0.15	30	60	115	白，耐蚀性好
G15+3	2.07	0.15	25	55	75	白，较小的颗粒直径地址标准化
K20	3.45	0.20	30	65	120	白、高强度、惰性
K25	5.17	0.25	25	55	125	坚硬、球形颗粒
S32	13.78	0.32	20	40	80
S35	20.67	0.35	18	40	85
K37	20.67	0.35	20	40	85
K38	27.56	0.38	15	40	85
S38HS	37.90	0.46	15	40	80
K46	41.34	0.60	15	30	65
S60	68.9	0.60	15	30	60	用于挤出成型
S60HS	124.02	0.60	11	30	60	用于注射、模塑
2.玻璃微珠漂浮系列(碱碳硼硅酸盐玻璃)
A16/500	3.45	0.16	35	70	135	白，MCC表面处理

A20/1000	6.89细胞核染	0.20	30	60	120	白，MCC表面处理
H20/1000	6.89	0.20	30	60	120	环氧硅烷表面处理
D32/4500	31.01	0.32	20	40	185	网络电视直播系统白，MCC表面处理
H50/10000	68.90	0.50	20	40	60	白，环氧硅烷表面处理
3.高强度陶瓷微球灰系列(氧化硅铝陶瓷)
G200	413.41	2.5	1	4	12	灰，颗粒最细，消光最少，用于粉末涂料、工业油漆
G400	413.41	2.4	1	5	24	灰，汉克门细度6
G600	413.41	2.3	1	6	40	灰，粒径0.044mm(325目)
牌号	抗压强度 MPa	g/ml	粒径/μm			性状
牌号	抗压强度 MPa	g/ml	10%	50%	最大	性状
G800	413.41	2.2	1	6	200	灰、成本低、粒径分布宽，用于聚合物混凝土、环氧地、装饰涂料
G850	413.41	2.1	12	40	200	灰，粒径比G800稍粗
4.高强度陶瓷微球白系列(碱性氧化硅铝陶瓷)
W210	>413.41	2.4	1	3	12	白，颗粒最细，消光最少，用途基本同灰系列，用于浅或透明涂层
W410	>413.41	2.4	1	4	24	白，汉克门细度
W610	>413.41	2.4	1	10	40	白、325目，消光最多
5.中空陶瓷微球系列(氧化硅铝陶瓷)
G3125	>13.78	0.7	50	95	125	灰，用于制造保龄球
G3150	>13.78	0.7	55 贝克曼梁	105	145	灰，用于制造人造石、油井、水泥、屋顶涂料、耐火材料、轻质水泥、保温层
G3500	>13.78	0.7	65	130	225	灰，是最经济的中空陶瓷微球

3M公司的玻璃微珠及陶瓷微球可以广泛用于汽车部件的SMC(sheet moulding compound)、BMC(bulk moulding compound)RIM(反应注射模塑)及各类热塑性塑料零部件的生产中。载货汽车底盘油漆需要低的VOC，而陶瓷微球在高固含量工业涂料中，能降低涂料的VOC，提升涂料的硬度、耐磨性、耐蚀性并改善喷涂性，其应用范围如表9-4所示。

表9-4 3M公司陶瓷微球的应用范围

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