张凌燕 赖伟强 唐华伟 郑光军
（武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉 430070）
摘要 对硅灰石粉的表面改性效果及填充ABS 塑料力学性能的研究表明，不同的改性剂、改性剂用量、改性时间等工艺条件对硅灰石的改性效果有重要影响。经γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷改性后的硅灰石填充工程塑料ABS，增强了复合材料的刚性和熔体流动，其他力学性能虽有小幅下降，但不影响其在工程上的使用；同时降低了ABS塑料使用的成本，在填充量为20%时，可降低成本15%［1～6］。
关键词 硅灰石；改性；填充；ABS。
第一作者简介：张凌燕，湖北武汉理工大学资源与环境工程学院副教授，主要研究方向：非金属矿物材料及其应用。电话：027-87882128。
硅灰石属于链状偏硅酸盐，化学分子式为CaSiO3，粉碎后，颗粒呈纤维状或针状。硅灰石无毒，具有低吸油性、低吸水性、热稳定性和化学稳定性，白度高，并有独特的粉体纤维，应用广泛。而改性硅灰石粉体，因其表面性能得到改善，提高了其疏水亲油的能力，应用于塑料、橡胶基体材料中，能更均匀地分散，并与基体材料有很强的亲和性能，可改善塑料、橡胶制品的力学性能和抗老化性能。工程塑料是指可作为结构性材料使用的塑料，可在较宽的温度范围和较长的时间内保持优异性能，并能承受较高机械应力和在较为苛刻的化学物理环境中长期使用［1］。但与通用塑料相比，工程塑料因价格昂贵，使用受到限制。本试验对硅灰石进行表面改性，分析了改性条件对改性效果的影响，并对改性硅灰石填充ABS的性能进行了研究。
一、试验
（一）主要原料、设备及仪器
树脂基材为ABS（丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物），中国石油吉林石化分公司；硅灰石微粉，原矿来自青海都兰县海寺，硅灰石矿物含量为大于90%，CaO 41.74%；SiO251.25%，d90为13.81μm，长径比为11，白度80；硅烷偶联剂，γ-氨丙基三乙氧基硅烷（WD-50）、γ-（2，3-环氧丙氧基）丙基三甲基硅烷（WD-60）、γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷（WD-70），武汉大学有机硅新材料股份有限公司。改性助剂氨水（分析纯），市售；塑料助剂，有增塑剂（DEP）、抗氧剂（1010）、分散剂（石蜡）、润滑剂（硬脂酸钙）等。
实验室用高速捏合机，GH-1ODY型，北京英特塑料机械总厂；双螺杆配混挤出机，SJSH-30型，南京橡塑机械厂；冷切粒机，LQ-100，南京橡塑机械厂；注射成型机，CJ50E-2型，震德塑机厂；静滴接触角测量仪，JC2000A，上海中晨数字技术设备有限公司；扫描电镜，日本JEOL公司；电子拉力试验机，RGD-5，深圳市瑞格尔仪器有限公司；巴氏硬度计，HBa-1型，无锡市计量科学研究所；熔体流动速率仪，ZRZ-40型，深圳新三思材料检测有限公司。
（二）硅灰石微粉表面改性
由于硅灰石微粉具有亲水疏油性，与ABS的兼容性差，为提高它与ABS的兼容性，须对它进行表面改性，从而改善它在聚合物体系中的分散性。采用GH-10DY型高速捏合机进行表面改性，搅拌速度1250 r/min，改性助剂氨水用量为1%，氨水用蒸馏水以2∶1的比例稀释，改性工艺流程见图1［2，5］。
图1 硅灰石微粉表面改性工艺流程
（三）改性效果测试
1.润湿接触角
取改性硅灰石微粉压片，用静滴接触角测量仪测量其润湿接触角，测试溶液为水。
2.活化指数
取一定量的改性硅灰石微粉加到烧杯中，加入蒸馏水，经剧烈搅拌，静止分层后，分别取出上浮物M1和下沉物M2，干燥后，称其质量，活化率为M1/（M1＋M2）。
（四） ABS-硅灰石复合材料制备
一次的试样总量为600g；塑料助剂用量：DEP 2%、抗氧剂1010 0.5%、石蜡0.5%、硬脂酸钙0.2%。挤出造粒工艺参数：挤出温度170～185℃，螺杆转速140～160 r/min。注射成型工艺参数：温度190～220℃，注射时间6s，保压时间14s。ABS 硅灰石复合材料制备工艺流程［3，5］：（改性硅灰石微粉，ABS和助剂）→混料→挤出复合→造粒→注射成型→后处理→性能测试。
（五）复合材料性能测试方法
拉伸性能，GB/T1040—1992；弯曲性能，GB 9341—88；冲击性能，GB/T 1843—80（89）；巴氏硬度，GB/T 9342—1988；熔体流动速率，GB3682—83。
二、试验结果与讨论
（一）不同改性工艺条件对改性效果的影响
1.不同改性剂的影响
以相同的改性剂用量1%和相同的改性条件（改性温度120℃、改性时间20 min），分别采用WD-50、WD-60、WD-70作为改性剂，对硅灰石微粉进行改性，结果见表1。从表1可看出，WD-70的改性效果比其他两种的好。
表1 不同型号硅烷改性剂对硅灰石微粉改性效果
2.不同改性剂用量的影响
以WD-70作为改性剂，改性温度120℃、改性时间20 min，对不同改性剂用量进行对比试验，结果见图2。从图2可看出，随改性剂用量增加，润湿接触角和活化指数都在不断增大，当改性剂用量大于1%时，增加趋势变缓。综合经济因素考虑，改性剂用量应控制在1%左右。
3.改性时间的影响
以WD-70作为改性剂，改性剂用量1%，改性温度为120℃，对不同改性时间进行对比试验，结果见图3。从图3可看出，随改性时间的延长，润湿接触角和活化指数都在不断增大，当改性时间长于20 min时，增加趋势变缓，随着时间的延长，改性效果增加不明显。因此，较适宜的改性时间应为20 min。
图2 改性剂用量与改性效果的关系
图3 改性时间与改性效果的关系
（二）硅灰石填充量对复合材料性能的影响
从图4a可看出，复合材料的拉伸强度随硅灰石填充量的增加，先增大后减小，在硅灰石填充量为20%时，达到峰值。说明20%是硅灰石填充ABS拉伸强度的临界量，超过此填充量，硅灰石粉体在ABS树脂连续相中的分散性变差，硅灰石与树脂基体界面粘结变差，易产生界面脱黏。但填充量20%的复合材料的拉伸强度仍低于纯ABS，不过下降幅度较小，仅下降了13.2%，且显著高于ABS树脂国标GB 12672-90的最低要求（27MPa）。从图4a还可看出，复合材料的弯曲强度随硅灰石填充量的增加而减少，但其最小值也高于上述国标的最低要求（47MPa）。
图4 硅灰石填充量对复合材料性能的影响
从图4b可看出，复合材料的缺口冲击强度随硅灰石填充量的增加而下降，而其硬度则随硅灰石的填充量增加而增大，最高能达到纯ABS的2.7倍。这说明硅灰石的加入，使复合材料的韧性变差，而刚性得到增强。
从图4 c可看出，复合材料的熔体流动速率随硅灰石填充量的增加而增大，最高能达到纯ABS的1.75倍，这说明硅灰石的加入，使复合材料的流动性得到改善。
（三）复合材料拉伸断面的微观结构分析
从图5可看出，随硅灰石填充量的增加，硅灰石粒子在ABS基体中的分散性变差，易聚集成团，使复合材料在微观上出现不均匀性。同时在拉伸断面上还能看到，硅灰石粒子被不同程度拔出的现象。从图5 c可明显看到，有大颗粒的硅灰石粒子被拔出的痕迹。这说明硅灰石粒子与ABS基体的黏结不佳，在受外力作用时，易于脱黏，导致复合材料力学性能有所下降。相比较而言，图5b的两相界面较模糊，硅灰石粒子被拔出的也较少。说明硅灰石粒子与ABS基体结合较好，力学性能也相对较好，这与前（二）节分析的结果相吻合。
图5 复合材料拉伸断面SEM 图
硅灰石填充量：a—10%；b—20%；c—40%
三、结论
1）对硅灰石改性工艺条件的研究表明，γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷（WD-70）比γ-氨丙基三乙氧基硅烷（WD-50）和γ-（2，3-环氧丙氧基）丙基三甲基硅烷（WD-60）的改性效果要好。在温度120℃、WD-70用量1%、时间20 min的条件下，硅灰石的改性效果较好。
2）硅灰石填充ABS的力学性能研究结果表明，改性硅灰石的加入，使复合材料的刚性和熔体流动性得到增强，其他力学性能虽有所下降，但不影响其在工程上的使用，且能降低成本。从试验结果看，硅灰石较适宜的填充量为20%，此填充量的复合材料的成本比纯ABS降低了15%。同时，硅灰石作为工程塑料的填料，与其他填料相比具有自己的优势：与轻钙、滑石粉相比，硅灰石填充体系黏度低，可进行高填充，有利于节约树脂、降低成本；与碳酸钙相比，硅灰石填充体系耐化学腐蚀性好，对增塑剂吸收量小，制品表面光洁度好；与玻璃纤维相比，则具有较大的价格优势；硫酸钙、滑石粉和白炭黑等，一般都含结晶水，受热时有脱水问题，而硅灰石则具有较好的热稳定性。因此，硅灰石是一种较好的工程塑料填料。
参考文献
［1］杨世英，陈栋传.鲍靖工程塑料手册［M］.北京：中国纺织出版社，1994
［2］郑水林.粉体表面改性［M］.北京：建材工业出版社，1995
［3］刘英俊，刘伯元.塑料填充改性［M］.北京：中国轻工业出版社，1998
［4］闻狄江.复合材料原理［M］.武汉：武汉工业大学出版社，1998
［5］牛艳萍.硅酸盐矿物-聚合物复合材料的制备及其界面机理的研究［D］.武汉：武汉理工大学，2005
［6］张凌燕，赖伟强.不同形态矿物复合增强LDPE的研究［J］.塑料工业，2006（10）：48
Study on Surface Modification of Wollastonite ＆Application of Modified Wollastonite in ABS
Zhang Lingyan，Lai Weiqiang，Tang Huawei，Zheng Guangjun
（College of Resource and Environment Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei 430070）
Abstract：Surface modification of wollastonite and mechanical property of wollastonite-filled ABS were studied.The results showed that different modification reagents，quantity of modification reagents，time of modification would affect surface modification of wollastonite.Wollastonite treated by γ-methacryloxypropyl trimethoxy silane filled ABS can improve composite’s rigidity，but its other mechanical properties had a little decline.Wol lastonite-filled ABS not only can reduce product’s cost，but also does not effect its application in engineering.When filling ratio of wollastonite reaches 20%，the cost will be reduced by l5%.
Key words：wollastonite，modification，filling，ABS.
根据您的疑问，金昶泰的实验室型捏合机一般功率在1.1-2.2KW之间，温度可控的。希望帮上您。
不知道你这个捏合机是做什么用的，微型捏合机也就是小型、实验室捏合机来的，广东这边可以去金昶泰机械看看，应该能帮到你。
分析：因为在水溶液中,反应介质的极性很高,有利于醚的SN1反应机理,生成叔碳正离子中间体,碘与叔碳正离子结合生成叔丁基碘.而如果反应在乙醚中进行,反应介质的极性小,有利于SN2反应机理,亲核试剂碘负离子优先从空间位阻较小的甲基碳原子背面进攻,得到的产物就是碘甲烷和叔丁醇
捏合机的工作原理：
1、卧式捏合机
高性能的HKD捏合机所实现的出色捏合和分散是基于DUPLEX捏合浆的啮合原理，有相互剥离作用。捏合刀片的速度比为2:1。这将产生一个彼此远离的叶片表面的交替运动。这会产生高压和剪切力，从而在物料中产生高摩擦力，致使物料实现密集的混合和精细的分散。
2、立式捏合机
HKS是Z形捏合浆横向排列的捏合机。就HKS来说，捏合浆轴之间的距离大于刀片的外径。因此，捏合刀片不会产生互逆作用。捏合刀片以相反方向旋转，根据旋转的方向，使物料从捏合盆的侧壁向捏合盆的中心或反方向连续运动。捏合刀片的速度比为5:3。以相反方向旋转的捏合刀片的不同转速产生高压力，从而达到密集混合。
3、连续式捏合机
CONTERNA捏合机的构造作为一个模块化系统，即捏合腔体的数量以及捏合工具和出料模块的设计可以根据不同的应用和期望的效果。这能够为每个应用单独调整机器中的捏合强度和物料停留时间。标准的6腔捏合机已安装有4室、5室、8室和12室，以满足处理物料的每一个要求。
连续排列的多个处理腔体能实现连续混合。每个处理腔体有2个DUPLEX型的捏合元件，上下排列，可通过电机无级调速。注入的液体或固体成分在从最后一个腔体排出之前，由捏合元件从一个腔体到另一个腔体连续输送。
而在传统的挤出工艺中，物料的停留时间较短，因此，只有有限的能量输入是有可能的，CONTERNA连续式多腔体捏合装置提供更长的物料停留时间，可根据需要设定。物料从一个腔体到另一个腔体的连续输送确保了物料剧烈、稳定和均匀地混合。此外，与传统挤出机相比，取得的固体含量明显更高。
捏合机的结构：
捏合机主要是由混捏部分、机座部分、液压系统、传动系统和电控系统等五大部分组成。液压系统由一台液压站来操纵大油缸，来完成启闭功能，液压系统由一台液压站来操纵油缸，来完成翻缸、启盖等功能，细节参数可以由用户任意选择和要求，操作方便、可靠。
传动系统由电动机、减速机和齿轮组成、根据捏合机的型号配套电机。
捏合机传动部分，是由电机同步转速，经弹性联轴器至减速机后，由输出装置传动快浆，使其达到规定的转速，也可由变频器进行调速。捏合机拥有两个Sigma型桨叶，两个桨叶的速度是有差别的，根据不同的工艺可以设定不同的转速，最常见的转速是42/28转每分钟。捏合机可以根据需求设计成加热和不加热形式，换热方式通常有：电加热，蒸汽加热，循环热油加热，循环水冷却等。合机出料方式有液压翻缸倾倒、球阀出料，螺杆挤出等。缸体及浆叶与物料接触部分均采用SUS304不锈钢制成，确保产品质量。
捏合机的分类
1、捏合机可制成普通型、压力型、真空型、高温型。
2、根据材质可分为碳钢捏合机、不锈钢捏合机及特种材质捏合机。
3、出料方式有液压翻缸倾倒、球阀出料，螺杆挤压等。
4、根据机器设计容积分为：NHZ-0.5-3000升等微型捏合机、小型捏合机、实验室捏合机和工业捏合机。
5、根据载热介质不同，分为蒸气加热、导热油电加热及水冷却型。
6、根据载荷的轻重和冲击程度，分为标准型和加重强力型。
7、根据形态结构可分为卧式捏合机、立式捏合机 、连续式捏合机 。
8、根据用途可分为标准普通通用型捏合机、油墨颜料专用型捏合机、高速捏合机、真空系列捏合机、CMC纤维素专用型捏合机、食品化妆品专用捏合机 、螺杆挤出型捏合机、瓜尔胶型捏合机、BMC型捏合机、DMC型捏合机、加压加重型捏合机等。
一条大中型生产线规模配置：1. 5L强力分散机（实验用/建议配备）；2. 实验室检测仪器（实验用/建议配备）3. 一台烤箱；4. 一台研磨机（高等胶选用）/ 双螺杆混合机；5. 一套5000L强力分散机(基料搅拌机）；6. 两套1100L强力分散机（制胶机）/ 静态混合机；7. 一套600L强力分散机（调色搅拌机）；8. 灌装机（4套硬管包装机/2套软包装机）。至于一条生产线需投入多少钱，主要得根据产能来设定生产线设备的大小型号，大概需要50万元。
拓展资料：
1.生产玻璃胶的生产方法：主要成分是硅酮，α，ω-二羟基聚甲基硅氧烷。其它添加材料用量极少，酸性玻璃胶，中性玻璃胶配方各有不同。酸性玻璃胶是一类酸性单组份室温硫化硅橡胶密封剂。还有一种是玻璃状的胶水玻璃也叫“泡化碱”，主要成分是硅酸钠；一般由石英砂与碳酸钠高温熔融后和水蒸煮而成。或由浓碱溶液和石英砂在加压条件下共热制得。水玻璃是粘稠液体，溶液水解呈碱性，用作胶结剂、防腐剂和防火材料，也广泛用于制纸、肥皂及纺织等工业。硅酸盐大多数都不溶于水。可溶性硅酸盐中，最常见的是Na2SiO3，它的水溶液俗名水玻璃。水玻璃是无色粘稠的液体，是一种矿物胶，它既不能燃烧又不受腐蚀，在建筑工业上可用作粘合剂等，木材浸过水玻璃后，具有防腐性能，且不易着火。水玻璃还可用作耐火材料。
2.生产玻璃胶的原料，主要分两大类：硅酮胶 中性 酸性 室内 室外耐候，聚氨酯胶可将107室温硫化硅橡胶和碳酸钙、白炭黑、助剂等混合均匀，抽真空制成玻璃胶。化学方程式：107RTV+SiO2+CaCO3=玻璃胶。根据工艺要求选用的化工设备也会不尽相同。常见的玻璃胶设备如下：1.JMSFYF不锈钢反应釜系列制作硅油2.JMSNHZ系列玻璃胶用捏合机系列3.JMSXJB行星搅拌机系列4.JMSQLF系列强力分散机搅拌机系列5.JMSDLH系列动力混合机系列等主要制胶设备。
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