1.Τι ακριβώς είναι «τι πράγματα»;
1) Ανθρακικό ασβέστιο: CaCO3, ουσιαστικά ένα ιοντικό κρυσταλλικό ορυκτό με κανονική δομή και υψηλή σκληρότητα, αλλά εγγενώς φτωχή συμβατότητα με οργανικά πολυμερή.
2) Διοξείδιο του πυριτίου: SiO 2, κυρίως άμορφο (όπως λευκό αιθάλη), με ισχυρή δομή ομοιοπολικού δικτύου. Η επιφάνεια είναι πλούσια σε ομάδες υδροξυλίου πυριτίου, με μεγάλη ειδική επιφάνεια και υψηλή δραστηριότητα.
3) Σκόνη ταλκ: Mg3Si4O10 (OH)2, είναι ένα στρωματοποιημένο πυριτικό άλας με κρυστάλλους που μοιάζουν με πλάκες, που διαθέτει φυσική αίσθηση λίπανσης και ορισμένο βαθμό ακαμψίας.
4) Καολίνη: Το Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4, είναι επίσης ένα στρωματοποιημένο πυριτικό άλας, αλλά η δομή και οι επιφανειακές του χημικές ιδιότητες είναι διαφορετικές από τη σκόνη τάλκη, συνήθως με καλύτερη ηλεκτρική μόνωση και χημική αδράνεια.
Από τη δομή, μπορεί να φανεί ότι έχουν αρκετές κρίσιμες διαφορές:
① Το ανθρακικό ασβέστιο είναι η λιγότερο πολυμερής ουσία
Είναι ένα τυπικό σκληρό και εύθραυστο ανόργανο σωματίδιο και η δεσμευτική δύναμη διεπαφής μεταξύ αυτού και της πολυμερούς μήτρας βασίζεται κυρίως στη φυσική προσρόφηση και την περιορισμένη επιφανειακή επεξεργασία, με ασθενή εγγενή συγγένεια.
② Το διοξείδιο του πυριτίου είναι ένα από τα πληρωτικά με τις ισχυρότερες επιφανειακές αλληλεπιδράσεις
Ειδικά για την κατακρημνισμένη λευκή αιθάλη, η επιφάνεια αποτελείται εξ ολοκλήρου από ομάδες υδροξυλίου, οι οποίες μπορούν να δημιουργήσουν ισχυρή φυσική προσρόφηση και ακόμη και δίκτυα δεσμών υδρογόνου με τμήματα αλυσίδας. Μπορεί εύκολα να επηρεάσει τη ρεολογική και μηχανική συμπεριφορά των πολυμερών συστημάτων
③ Η σκόνη ταλκ και ο καολίνης είναι ουσιαστικά πληρωτικά με "δόμη σαν φύλλο"
Αυτή η μορφή τους δίνει ανισοτροπία και μπορεί να σχηματίσει φυσικά εμπόδια στη μήτρα, περιορίζοντας την κίνηση των μοριακών αλυσίδων. Ως εκ τούτου, είναι πιο αποτελεσματικό στη βελτίωση της ακαμψίας, της σταθερότητας των διαστάσεων και της απόδοσης φραγμού.
Από την άποψη της φυσικής των πολυμερών, ο ρόλος των πληρωτικών μπορεί να συνοψιστεί ως εξής:
1). Περιορίστε την κίνηση του τμήματος (επηρεάζοντας το Tg, το μέτρο, τον ερπυσμό)
2). Αλλαγή μετάδοσης και κατανομής στρες (επηρεάζοντας τη δύναμη και τη σκληρότητα)
3). Επηρεάζει τη συμπεριφορά κρυστάλλωσης και τη ρεολογία επεξεργασίας (πυρήνωση, ιξώδες, συρρίκνωση)
Διαφορετικές μορφές πληρωτικών (σφαιρικά, σε σχήμα φύλλου, άμορφα υψηλής ειδικής επιφάνειας) έχουν πολύ διαφορετικούς μηχανισμούς και αποτελέσματα για την επίτευξη αυτών των αποτελεσμάτων.
2. Εάν θέλετε μόνο να «μειώσετε το κόστος» - τότε επιλέξτε ανθρακικό ασβέστιο
Εάν ο πρώτος σας στόχος είναι να μειώσετε το κόστος, το ανθρακικό ασβέστιο πρέπει να είναι η πρώτη επιλογή.
Επειδή η ουσία του ανθρακικού ασβεστίου είναι:
Πρώτη ύλη: Ασβεστόλιθος, με μεγάλο απόθεμα. Διαδικασία: Η επεξεργασία λείανσης/διαβάθμισης/επιφανειακής επεξεργασίας είναι σχετικά απλή και ώριμη. Τιμή μονάδας όγκου: Σχεδόν η χαμηλότερη μεταξύ όλων των ανόργανων πληρωτικών. Από μηχανολογική άποψη, η μεγαλύτερη αξία του ανθρακικού ασβεστίου βρίσκεται σε μια φράση: είναι ένα "πληρωτικό όγκου", όχι ένας "τροποποιητής απόδοσης". Τα κύρια αποτελέσματα που μπορεί να επιφέρει περιλαμβάνουν τη σημαντική μείωση του κόστους των πρώτων υλών για τα προϊόντα. Σε κάποιο βαθμό, βελτιώστε την ακαμψία και το μέτρο των σύνθετων υλικών. Μειώστε τη συρρίκνωση και βελτιώστε τη σταθερότητα των διαστάσεων. Βελτιώστε την απόδοση επεξεργασίας (όπως η ρευστότητα) σε ορισμένα συστήματα. Αλλά θα πρέπει επίσης να γνωρίζετε ότι η βοήθειά του στη δύναμη, τη σκληρότητα, την αντοχή στη θερμότητα και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία είναι πολύ περιορισμένη, και συχνά ακόμη και αρνητική. Από μικροσκοπική άποψη, ο λόγος είναι επίσης πολύ απλός: ουσιαστικά δεν υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ σωματιδίων ανθρακικού ασβεστίου και πολυμερών αλυσίδων. Ουσιαστικά, είναι η "πέτρινη σκόνη θαμμένη στη μήτρα της ρητίνης" που είναι επιρρεπής σε αποκόλληση στη διεπιφάνεια, να γίνει πηγή ρωγμών και πρόωρη αστοχία όταν υποβάλλεται σε πίεση. Επομένως, η εμπειρία είναι ότι το ανθρακικό ασβέστιο είναι ένα πληρωτικό με βάση το κόστος.
Κατάλληλο για καθημερινές ανάγκες, προϊόντα μιας χρήσης, μη δομικά εξαρτήματα και μεγάλες ποσότητες προϊόντων χαμηλής τιμής με χαμηλές απαιτήσεις για μηχανική απόδοση και μακροπρόθεσμη αξιοπιστία
Δεν είναι κατάλληλο για: οποιαδήποτε δομικά στοιχεία ή κρίσιμα μέρη με σαφείς απαιτήσεις για αντοχή, σκληρότητα ή ανθεκτικότητα
Κατάλληλο για καθημερινές ανάγκες, προϊόντα μιας χρήσης, μη δομικά εξαρτήματα και μεγάλες ποσότητες προϊόντων χαμηλής τιμής με χαμηλές απαιτήσεις για μηχανική απόδοση και μακροπρόθεσμη αξιοπιστία
Δεν είναι κατάλληλο για: οποιαδήποτε δομικά στοιχεία ή κρίσιμα μέρη με σαφείς απαιτήσεις για αντοχή, σκληρότητα ή ανθεκτικότητα
3.Όταν αρχίσετε να επιδιώκετε την «απόδοση», πρέπει να κοιτάξετε τα άλλα τρία
Εάν ο στόχος σας αλλάξει από «όσο λειτουργεί» σε», αυτό το πράγμα πρέπει να είναι σταθερό, αξιόπιστο και να έχει δομική αντοχή «Τότε το ανθρακικό ασβέστιο θα βγει αυτόματα από την κύρια σκηνή.
Σε αυτό το σημείο, πρέπει να λάβετε υπόψη τη σκόνη διοξειδίου του πυριτίου, τη σκόνη τάλκη και τον καολίνη.
① Διοξείδιο του πυριτίου: Όταν θέλετε να "ενδυναμώσετε" και να "ελέγξετε τη ρεολογία"
Τα τυπικά σενάρια εφαρμογής του επικεντρώνονται σε μεγάλο βαθμό σε: ενισχυτικές κόλλες για προϊόντα από καουτσούκ (όπως ελαστικά και σόλες παπουτσιών), θιξοτροπία στεγανωτικών, επιστρώσεις κατά της χαλάρωσης, αντικαθίζηση μελανιών και πάχυνση διοξειδίου του πυριτίου (ιδιαίτερα με υψηλή ειδική επιφάνεια λευκού άνθρακα).
Το πιο μοναδικό είναι ότι δεν συμπληρώνεται απλώς, αλλά μάλλον «χτίζει ένα δίκτυο εντός του συστήματος»
Τα τυπικά σενάρια εφαρμογής του επικεντρώνονται σε μεγάλο βαθμό σε: ενισχυτικές κόλλες για προϊόντα από καουτσούκ (όπως ελαστικά και σόλες παπουτσιών), θιξοτροπία στεγανωτικών, επιστρώσεις κατά της χαλάρωσης, αντικαθίζηση μελανιών και πάχυνση διοξειδίου του πυριτίου (ιδιαίτερα με υψηλή ειδική επιφάνεια λευκού άνθρακα).
Το πιο μοναδικό είναι ότι δεν συμπληρώνεται απλώς, αλλά μάλλον «χτίζει ένα δίκτυο εντός του συστήματος»
Από μικροσκοπική άποψη, ένας μεγάλος αριθμός υδροξυλομάδων στην επιφάνεια μπορεί να σχηματίσει ισχυρή προσρόφηση με αλυσίδες πολυμερών και ακόμη και να σχηματίσει δίκτυα δεσμών υδρογόνου μεταξύ τους, με αποτέλεσμα σημαντική αύξηση του συντελεστή (ειδικά εφελκυστική τάση) των σύνθετων υλικών. Το ιξώδες του συστήματος αυξάνεται απότομα, με αποτέλεσμα τη σημαντική συμπεριφορά αραίωσης της διάτμησης (θιξοτροπία). Η διασύνδεση των διασκορπισμένων φάσεων είναι ισχυρή, γεγονός που διευκολύνει τη μετάδοση της τάσης.
Έτσι θα διαπιστώσετε ότι κάθε σύστημα που χρειάζεται «να στέκεται, να μην καταρρέει και να μην ρέει» χρησιμοποιεί συχνά πυρίτιο.
② σκόνη ταλκ: Όταν θέλετε "ακαμψία + σταθερότητα διαστάσεων + αντίσταση στη θερμότητα"
Η βασική αξία του ταλκ δεν έγκειται στη χημική του σύνθεση, αλλά στη δομή του που μοιάζει με φύλλο, η οποία φέρνει τρία πολύ σημαντικά μηχανικά αποτελέσματα: περιορισμό της παραμόρφωσης του τμήματος της αλυσίδας σαν μια μικρή ατσάλινη πλάκα, ισχυρή καταστολή της θερμικής συρρίκνωσης και σημαντική αύξηση του συντελεστή κάμψης και της θερμοκρασίας θερμικής παραμόρφωσης. Επομένως, σε εσωτερικούς χώρους αυτοκινήτων και δομικά εξαρτήματα PP με υψηλές απαιτήσεις σταθερότητας διαστάσεων για κελύφη οικιακών συσκευών, η σκόνη ταλκ είναι σχεδόν το προτιμώμενο ή τυπικό πληρωτικό
Από μικροσκοπική άποψη, η σκόνη τάλκη είναι ουσιαστικά ένα ανόργανο στρώμα που χρησιμεύει ως πλαίσιο για τα πολυμερή.
Η βασική αξία του ταλκ δεν έγκειται στη χημική του σύνθεση, αλλά στη δομή του που μοιάζει με φύλλο, η οποία φέρνει τρία πολύ σημαντικά μηχανικά αποτελέσματα: περιορισμό της παραμόρφωσης του τμήματος της αλυσίδας σαν μια μικρή ατσάλινη πλάκα, ισχυρή καταστολή της θερμικής συρρίκνωσης και σημαντική αύξηση του συντελεστή κάμψης και της θερμοκρασίας θερμικής παραμόρφωσης. Επομένως, σε εσωτερικούς χώρους αυτοκινήτων και δομικά εξαρτήματα PP με υψηλές απαιτήσεις σταθερότητας διαστάσεων για κελύφη οικιακών συσκευών, η σκόνη ταλκ είναι σχεδόν το προτιμώμενο ή τυπικό πληρωτικό
Από μικροσκοπική άποψη, η σκόνη τάλκη είναι ουσιαστικά ένα ανόργανο στρώμα που χρησιμεύει ως πλαίσιο για τα πολυμερή.
③ Καολίνη: Όταν δίνετε προσοχή στις "ηλεκτρικές ιδιότητες, ιδιότητες φραγμού, σταθερότητα συστήματος"
Σε σύγκριση με τη σκόνη τάλκη, ο καολίνης έχει καλύτερη ηλεκτρική μόνωση, υψηλότερη καθαρότητα, λιγότερες ιοντικές ακαθαρσίες και μεγαλύτερη αντίσταση όγκου. Καλές ιδιότητες φραγμού: Η πολυεπίπεδη δομή είναι κανονική και μπορεί να επεκτείνει τη διαδρομή διείσδυσης αερίων και υγρών. Ισχυρότερη χημική αδράνεια: Με χαμηλότερη οξύτητα επιφάνειας, έχει μικρότερο αντίκτυπο στη διαδικασία σκλήρυνσης ή γήρανσης ορισμένων συστημάτων, όπως οι κόλλες και το καουτσούκ. Έτσι, χρησιμοποιείται συνήθως ως λειτουργικό υλικό πλήρωσης για μονωτικά υλικά σύρματος και καλωδίων, προϊόντα από καουτσούκ (όπως ελαστικά ελαστικών, ελαστικοί σωλήνες), ορισμένες επικαλύψεις και στεγανωτικά υψηλής απόδοσης και πλαστικές μεμβράνες φραγμού. Δομικά, είναι επίσης ένα φύλλο σαν πυριτικό, αλλά πιο λειτουργικό πληρωτικό παρά φθηνή ενίσχυση.
Σε σύγκριση με τη σκόνη τάλκη, ο καολίνης έχει καλύτερη ηλεκτρική μόνωση, υψηλότερη καθαρότητα, λιγότερες ιοντικές ακαθαρσίες και μεγαλύτερη αντίσταση όγκου. Καλές ιδιότητες φραγμού: Η πολυεπίπεδη δομή είναι κανονική και μπορεί να επεκτείνει τη διαδρομή διείσδυσης αερίων και υγρών. Ισχυρότερη χημική αδράνεια: Με χαμηλότερη οξύτητα επιφάνειας, έχει μικρότερο αντίκτυπο στη διαδικασία σκλήρυνσης ή γήρανσης ορισμένων συστημάτων, όπως οι κόλλες και το καουτσούκ. Έτσι, χρησιμοποιείται συνήθως ως λειτουργικό υλικό πλήρωσης για μονωτικά υλικά σύρματος και καλωδίων, προϊόντα από καουτσούκ (όπως ελαστικά ελαστικών, ελαστικοί σωλήνες), ορισμένες επικαλύψεις και στεγανωτικά υψηλής απόδοσης και πλαστικές μεμβράνες φραγμού. Δομικά, είναι επίσης ένα φύλλο σαν πυριτικό, αλλά πιο λειτουργικό πληρωτικό παρά φθηνή ενίσχυση.
4. Η αληθινή λογική της μηχανικής δεν είναι «ποιον να διαλέξεις», αλλά «τι θέλεις»
Στο τέλος, θα διαπιστώσετε ότι δεν υπάρχει "καλύτερο" filler, μόνο αυτό που πληροί καλύτερα τον στόχο. Μπορείτε να ακολουθήσετε αυτή τη λογική και να αναρωτηθείτε:
Αυτό που θέλω είναι:
Κόστος; → Ανθρακικό ασβέστιο,
Ενίσχυση ή έλεγχος ροής; → Διοξείδιο του πυριτίου,
Άκαμπτο+Διαστατικό Σταθερότητα; → Τάλκης σε σκόνη,
Μόνωση/Φράγμα/Σταθερότητα; → Καολίνη
Αυτό που θέλω είναι:
Κόστος; → Ανθρακικό ασβέστιο,
Ενίσχυση ή έλεγχος ροής; → Διοξείδιο του πυριτίου,
Άκαμπτο+Διαστατικό Σταθερότητα; → Τάλκης σε σκόνη,
Μόνωση/Φράγμα/Σταθερότητα; → Καολίνη
Κατά την επιλογή υλικών, πρέπει να σκεφτούμε περισσότερο: τα υλικά πλήρωσης δεν "προστίθενται", αλλά "συμμετέχουν στην κατασκευή της δομής του συστήματος".
Η εισαγωγή του καθορίζει άμεσα την κινητικότητα των μοριακών αλυσίδων (γυάλινη μετάβαση, συμπεριφορά χαλάρωσης)
Ο μηχανισμός μετάδοσης και διάχυσης εξωτερικών δυνάμεων (δύναμη, σκληρότητα, συμπεριφορά θραύσης)
Η διαδρομή έναρξης και διάδοσης των ελαττωμάτων (κόπωση, ανθεκτικότητα)
Η διαδικασία διείσδυσης και διάχυσης (γήρανση) περιβαλλοντικών μέσων (νερό, οξυγόνο)
Η κατανόηση των ουσιωδών διαφορών και των ορίων των δυνατοτήτων τους είναι το κλειδί για να μην είστε τυφλός κατασκευαστής δοκιμών και σφαλμάτων κατά το σχεδιασμό τύπων, αλλά μάλλον ένας ξεκάθαρος αρχιτέκτονας.
Η εισαγωγή του καθορίζει άμεσα την κινητικότητα των μοριακών αλυσίδων (γυάλινη μετάβαση, συμπεριφορά χαλάρωσης)
Ο μηχανισμός μετάδοσης και διάχυσης εξωτερικών δυνάμεων (δύναμη, σκληρότητα, συμπεριφορά θραύσης)
Η διαδρομή έναρξης και διάδοσης των ελαττωμάτων (κόπωση, ανθεκτικότητα)
Η διαδικασία διείσδυσης και διάχυσης (γήρανση) περιβαλλοντικών μέσων (νερό, οξυγόνο)
Η κατανόηση των ουσιωδών διαφορών και των ορίων των δυνατοτήτων τους είναι το κλειδί για να μην είστε τυφλός κατασκευαστής δοκιμών και σφαλμάτων κατά το σχεδιασμό τύπων, αλλά μάλλον ένας ξεκάθαρος αρχιτέκτονας.