一、热塑性塑料的翘曲问题
热塑性材料种类对产品的尺寸稳定性有极为显著的影响，收缩性较强的塑料材料很难加工出尺寸稳定的产品。目前，热塑性材料产品的翘曲是注塑成型最常见的问题之一，并且在产品的设计阶段其将会产生的翘曲程度也很难有效地预测。
塑料制品为什么产生翘曲？
产品的翘曲主要是在成型过程中发生的，导致塑料制品产生翘曲的原因有很多，包括塑料结晶、分子取向、玻纤取向、模具上下冷却不均等。
我们通常把塑料制品注塑成型时分为两个方向：流动方向和垂直流动方向，由于分子取向或玻纤取向而导致各方向收缩不均匀的情况下则会发生翘曲，各方向收缩均匀则会使产品等比例缩小而不会发生翘曲变形。
分子取向：结晶性的材料比如PP、PA、POM等，在注射完后冷却时，分子开始取向结晶，特别是结晶度高、结晶速度快的这一类材料在完成结晶后会残留内部应力，导致冷却定型后发生收缩翘曲。添加无机填料，如滑石粉、碳酸钙、云母、硅微粉等能够限制高分子链间的相互移动，降低基材的结晶能力，降低材料的结晶度，从而降低材料的收缩率。
纤维取向：材料中加入玻纤后，注塑成型流动过程中，由于玻璃纤维长径比大，玻璃纤维会随着流动方向一字排列（如图1纤维取向a），当冷却定型后，流动方向与玻纤取向方向一致，所以在此方向上的收缩率较小，而在垂直流动方向上收缩相比更容易，两个方向存在的收缩差异导致产品翘曲变形。各向异性小的填充料如云母片可以减少产品翘曲变形，而各向同性的玻璃微珠则可以较好地改善抗翘曲性能。
二、空心玻璃微珠解决塑料翘曲的优越性
图2 空心玻璃微珠（左图显微镜观察、右图为扫描电镜观察）
空心玻璃微珠（图2）的空心圆球结构、玻璃材质、微米级的粒径等特点，使其成为一种拥有功能性的轻质填料。
空心玻璃微珠在塑料制品中如何解决收缩和翘曲？
空心玻璃微珠是一种微米级的无机粉体填料，结晶性塑料在加入空心玻璃微珠后，会影响结晶塑料的结晶性能。表现为降低了材料分子链的有序排列，使晶区的缺陷增多，结晶完善程度降低，分子链进入晶区的速度也相应降低，从而使得结晶速率降低[1]，这样会减小材料由于快速结晶而残留的应力，减少收缩问题。
在添加有纤维的复合材料中，由于纤维的长径比大，材料表现为各向异性；空心玻璃微珠是球形粒子，流动性好，可以使纤维在材料中自由随机分布（如图1纤维取向b），在流动方向和垂直流动方向上均有纤维的分布，使得材料冷却定型时各方向性能相近，这是其他不规则形状的粉体填料不可比拟的。
此外，相比于其它粉体材料，由于空心玻璃微珠是圆球结构，各向同性，在减少收缩和翘曲问题的同时，很好的保证了塑料制品本身的尺寸稳定性[2]。而且常规无机粉体填料比如滑石粉、碳酸钙其密度在2.0g/cm3以上，空心玻璃微珠密度在0.2-1.6g/cm3之间，同样的填充体积其用量更少，在一定程度上能够降低复合材料的密度。
空心玻璃微珠在塑料制品中的添加比例
郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司有HL\HS\HM三个系列产品。实验结果表明，HM系列空心玻璃微珠在热塑性塑料中减少收缩翘曲的表现最优，在3-10%的添加量时便能达到很好的抗翘曲效果。
图3. 添加空心玻璃微珠的材料翘曲度效果对比
空心玻璃微珠的添加还能为塑料材料带来哪些好处？
空心玻璃微珠具有低密度、高强度、低导热、低介电、耐高温、耐酸碱等多种性能，相比于一般的无机填料，除了减少收缩和翘曲，保持尺寸稳定性外，还能为塑料制品带来更多的性能上的提升：
1）降低比重；
2）提高材料的加工性能；
4）提高材料的刚性；
5）提升产品外观，解决浮纤问题；
6）降低材料的介电常数；
7）提高隔热和降噪性能；
8）减少树脂用量，降低VOC；
9）提高阻燃性，减少发烟量。
注：[1]李军伟,赵巍,李勇. PP/空心玻璃微珠复合材料非等温结晶研究[J]. 现代塑料加工应用,2012,24(01):5-8.
[2]蔡耀武,刘海彪,赵胜勇,刘菲. 空心玻璃微珠制备方法及应用研究进展[J]. 河南化工,2019,36(11):11-13.
