Bariumsulfat, auch Baryt genannt, ist eine farb- und geruchlose, ungiftige anorganische Verbindung mit der chemischen Formel BaSO4. Es zeichnet sich durch seine hohe Dichte, hohe Weiße, gute chemische Stabilität und Beständigkeit gegen Säuren und Laugen aus. Es ist außerdem in Wasser und den meisten Säuren unlöslich. Diese Eigenschaften machen Bariumsulfat in vielen Industriebereichen weit verbreitet. Bariumsulfat zeigt einzigartige Vorteile insbesondere bei der Kunststoffmodifizierung und bei der Modifizierung von Nylon (PA).
Nylon, ein Polymer mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, Verschleißfestigkeit, chemischer Beständigkeit und selbstschmierenden Eigenschaften, wird in vielen Industriezweigen eingesetzt. Nachteile wie hohe Wasseraufnahme und geringe Dimensionsstabilität schränken seinen Anwendungsbereich jedoch ein. Daher ist die Modifizierung von Nylon zur Verbesserung seiner Leistungsfähigkeit besonders wichtig geworden. Als neutraler Füllstoff spielt Bariumsulfat bei der Nylonmodifizierung eine wichtige Rolle, unter anderem bei der Verstärkung, Härtung und Verbesserung des Oberflächenglanzes.
Verstärkungseffekt
Als anorganischer Füllstoff kann Bariumsulfat die Steifigkeit (Modul) und Härte von Nylon deutlich verbessern. Es eignet sich für Industrieteile, die eine hohe Steifigkeit erfordern, wie beispielsweise Zahnräder und Lager.
Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass eine Erhöhung des Nano-Bariumsulfat-Gehalts sowohl den Biegemodul als auch den Zugmodul von Nylon verbessert. Insbesondere wenn der Massenanteil von Nano-Bariumsulfat einen optimalen Wert erreicht (z. B. 3%), erreichen die mechanischen Eigenschaften von Nylon ihren Höhepunkt. Dieser Verstärkungseffekt ist hauptsächlich auf die inhärente Steifigkeit des Bariumsulfats und seine gute Grenzflächenbindung mit der Nylonmatrix zurückzuführen.
Dimensionsstabilität: Bariumsulfat reduziert Schrumpfung und Verformung während der Verarbeitung oder Verwendung und verbessert so die Dimensionspräzision.
Wärmeverformungstemperatur (HDT): Durch die Einschränkung der Bewegung der Polymerketten wird die thermische Stabilität verbessert und die Anwendbarkeit von Nylon in Umgebungen mit hohen Temperaturen, wie beispielsweise bei Motorteilen in Kraftfahrzeugen, erweitert.
Härtende Wirkung
Neben der Verstärkung trägt Bariumsulfat auch zur Zähigkeit von Nylon bei. Nano-Bariumsulfatpartikel interagieren mit der Nylonmatrix und bilden eine elastische Übergangsschicht. Diese Schicht trägt dazu bei, Grenzflächenspannungen zu verteilen und zu absorbieren, wodurch die äußere Aufprallenergie gemildert und die Zähigkeit des Materials erhöht wird.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass ein übermäßiger Bariumsulfatgehalt zur Partikelagglomeration führen kann, was die Leistung beeinträchtigen kann.
Verbesserter Glanz
Bariumsulfat verfügt über eine starke Lichtreflexion im ultravioletten und infraroten Wellenlängenbereich, wodurch es in Kunststofffarbformeln eine hohe Helligkeit aufweisen kann.
Durch die Wahl von Bariumsulfat mit geeigneter Partikelgröße als Füllstoff für Nylon lässt sich der Oberflächenglanz des verarbeiteten Produkts deutlich verbessern. Da der Brechungsindex von Bariumsulfat dem von Polymeren wie Nylon sehr nahe kommt, trägt es zudem dazu bei, die Helligkeit und den Farbton der zugesetzten Pigmente zu erhalten.
Praktische Anwendung
In der Praxis wird Bariumsulfat üblicherweise in Nanoform durch Schmelzmischung in Nylon eingearbeitet. Dieser Ansatz nutzt den Größeneffekt, die hohe spezifische Oberfläche und die starke Grenzflächenwechselwirkung von Nano-Bariumsulfat. Das Ergebnis ist ein Verbundwerkstoff, der die Steifigkeit, Dimensionsstabilität und Hitzebeständigkeit von Bariumsulfat mit der Zähigkeit, Verarbeitbarkeit und den dielektrischen Eigenschaften von Nylon vereint und so eine hervorragende Gesamtleistung erzielt.
Bariumsulfat hat vielfältige Effekte gezeigt, wie beispielsweise eine deutliche Verbesserung der Festigkeit, Härte und Glanzverbesserung bei der Nylonmodifizierung. Durch die sorgfältige Kontrolle des Gehalts und der Partikelgrößenverteilung können Hersteller die mechanische Leistung von Nylon optimieren, die Haltbarkeit und das Erscheinungsbild der Produkte verbessern, Kosten und Leistung in Einklang bringen und Formulierungen für spezifische Anwendungen anpassen – was die Einsatzmöglichkeiten von Nylon erheblich erweitert.
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