【行业知识】塑料改性技术常用的无机填料种类介绍,干货满满值得收藏!

企业   2024-10-18 10:01   广东  

无机矿物类填料


1
碳酸钙


碳酸钙(CaCO3)碳酸钙是目前最常用的粉状无机填料,其价格低廉,来源 丰富,无毒无味,白度可达到96%,可自由着色,且化学稳定性好,易干燥,故在许多塑料中得到广泛应用。


从填料角度碳酸钙可分为三类:重质碳酸钙、轻质碳酸钙和活性碳酸钙。


重质碳酸钙,简称重钙,由石灰石等经机械粉碎、筛选、分级、表面处理而制 得。按其粉碎方法又分为干式重质碳酸钙(商品名双飞粉)和湿式重质碳酸钙。


因为是机械粉碎,故形状无规则,粒子大小也不相同,平均粒径为1~ 10μm,其中3μm以下的占50%,密度2.7~2.9g /cm3,几乎不溶于水。近年来,由于粉碎(如气流粉碎)和分级技术的进步,可以制得更微细的产品,甚至制得0. 1μm超细重质碳酸钙。重质碳酸钙常用于 PVC 中,其作用是降低成本,改善尺寸稳定性,与黏土并用能改善弹性和热变形。


轻质碳酸钙,简称轻钙,是用化学方法生产的碳酸钙,又称沉降碳酸钙。其粒子形状多为纺锤形、针形或柱形,粒径为1~10μm,其中3μm以下的占80%,密度2. 65g/cm3 。轻质碳酸钙常用于聚烯烃中,其作用与重质碳酸钙相同,增强效果好,耐酸性更好。


活性碳酸钙,又称胶质碳酸钙、改性碳酸钙,日本将其称为白艳华,是采用表 面处理剂(硬脂酸,质量分数约3%)对轻质碳酸钙或重质碳酸钙粉体表面进行改性活化处理而成的。外观为白色、细腻、软质的粉末,密度为1. 99~2. 01g/cm3 活性碳酸钙填充的塑料制品,具有一定的强度和光滑的表面,且润滑性良好,容易加工。


碳酸钙按粒度分级规定为:粒径1~5μm时,为微粒碳酸钙;粒径0. 1~ 1μm 时,为微细碳酸钙;粒径0. 02~0. 1μm时,为超细碳酸钙;粒径小于 0. 02μm时,为超微细碳酸钙。


目前生产超细级碳酸钙多采用连续喷雾碳化和喷雾干燥工艺(即双喷工艺), 这样可使碳酸钙表观团粒微细化,且粒子表面活化均匀。当粒径为0. 005~0. 02μm 时,其补强作用与白炭黑相当。



2
滑石粉


滑石粉(3MgO·4SiO2·H2O)主要成分为水合硅酸镁,由天然滑石粉碎精选而得,是典型的鳞片状填料,化学性质不活泼,有滑腻感,密度2. 7~2. 8g/ cm3 。滑石粉是一种用量仅次于CaCO3的填料,作为塑料填料,可提高制品的硬度、阻燃性、耐酸碱性、电绝缘性、尺寸稳定性、耐蠕变性,并具有润滑性,可减少对机械及模具的磨损;但用量过多,会影响产品的焊接性。


由于滑石粉是片状填料,所以填充塑料时制品的刚性大,各向异性小,可用于加工大型和平面制品。滑石粉主要用于 PP 的结晶成核剂,使 PP 的球晶微细化,提高结晶度,并能增加刚性,也可用于 PVC、PE、PA 及 PC 等树脂中,添加量一般为10%~40% 。其成型工艺条件及设备与碳酸钙填充塑料相似, 都可通过挤出、压制、注射、压延等方法制造各种类型的塑料制品。滑石粉无毒,可用于与食品接触的制品。



3
硅灰石


硅灰石(CaSiO3 )硅灰石是仅次于CaCO3和滑石粉的第三大填料。天然硅灰石具有 β 型硅酸钙化学结构,是针状、棒状及粒状混合体,其中以针状为主。硅灰石外观为白色晶体,不带结晶水,吸湿性小,无毒,热胀系数小, 热稳定性高,耐化学腐蚀,耐气候老化,力学性能及电性能优良。


硅灰石的折光指数为1. 62,与 PVC 混合料接近,是 PVC 透明制品的首选填料。由于硅灰石的针状结构,它对塑料具有一定的补强作用,可部分代替价格昂贵的玻璃纤维。硅灰石可用于 PVC、PP、PE、PA、聚酯、环氧树脂及酚醛等树脂中, 加入量一般在 40% 以下,并常用硅烷类偶联剂进行表面处理。



4
高岭土


高岭土(A12O3·2SiO2 ·2H2O)高岭土属于黏土的一种,即黏土矿物的粉 末,又称陶土、白土、瓷土,是以含水硅酸铝为主要成分的硅酸盐,呈层状结构,质软且有滑腻感,密度为2. 2~2. 6g/cm3,pH值为5~6,无毒,具有阻燃性。高岭土成型加工性优于CaCO3,填充量达到树脂的3倍仍可以成型,而CaCO3填充量达到1倍即成型困难。


作为塑料填料,高岭土具有优良的电绝缘性能,可用作PVC绝缘电线包皮, PE、PP电缆,薄膜复合材料等。例如在PVC中加入质量为10%的高岭土,可提高电绝缘性能5~10倍。高岭土还可掺入到聚苯乙烯基的薄膜复合材料中,用来制造印刷纸张。在聚酯和环氧树脂中可调节树脂的黏度及成型加工性能,提高耐磨性。高岭土可以用作 PP 的成核剂,还具有一定的阻燃作用。


高岭土在塑料中的添加量一般为5%~60%,粒度在 100 目以上。需要注意的是高岭土的吸湿性较大,应注意在贮存时防止受潮结块,在使用高岭土以前一定要将其烘干,以免影响塑料制品质量。有时要对高岭土表面进行亲油性处理,改善与塑料的亲和性。



5
云母


云母的组成十分复杂,是铝、钾、锂、镁、铁等元素的层状含水铝硅酸盐矿物。云母填料为天然云母碎片经粉碎加工而成的云母粉,其粒径通常为8~10μm,长径比通常为30左右,是典型的片状结构,具有玻璃光泽,含水量为1. 0%~4. 2% ,无毒,可用于与食品接触的制品。


云母粉可填充 PE、PP、PVC、PA 、ABS、聚酯等热塑性塑料,还可填充 EP(酚醛树脂)、PF(环氧树脂)等热固性塑料, 加入量一般为10%~40%,粒度为100~325目。


云母作为塑料填充剂, 可大大提高塑料制品的拉伸弹性模量和弯曲弹性模量,赋予制品优良的电绝缘性、耐热性和尺寸稳定性,提高耐湿性和耐蚀性,缺点为价格较高。 



6
硅藻土


硅藻土是由单细胞藻类积沉于海底或湖底所形成的一种化石,主要成分为 SiO2,多孔,质轻,极易研磨成粉,外观为白色或浅黄色粉末,粒径为25 ~40μm,密度为1.6~2.3g/cm3 。


硅藻土为一种优质的轻质填料,可用于PVC、PO及热固性塑料;还可作为防粘连剂,用于轻质、隔声、隔热等建筑复合材料。缺点是吸油量及吸树脂量较大。



7
炭黑


炭黑是在控制条件下不完全燃烧烃类化合物生成的物质,品种较多,按制法可分为槽法炭黑、炉法炭黑和热裂解法炭黑等。炭黑加入聚合物中既有保护光降解和抗热氧化作用,又能提高塑料制品的刚性。炭黑的细度影响制品的性能,颗粒越细, 黑度越高,紫外线屏蔽作用越强,耐老化性能越好,制品的表面电阻率越低,但在 某种程度上分散较困难。


作为填料用的炭黑,可以使用较大粒径的炉法炭黑, 一般为25~75μm。



8
二氧化硅


(SiO2)二氧化硅是一类岩石粉末, 可分为石英粉和硅石粉。天然 SiO2 粉主要用于热固性树脂中, 如用于不饱和聚酯和 EP 中,生产人造玛瑙和人造大理石。SiO2 也可以合成,一般称为白炭黑,是一种补强作用仅次于炭黑的填料,具有消光 作用,可以提高塑料的电绝缘性和硬度,缺点是流动性差、黏度高。


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