《矿物与塑料—非金属矿物填料的特性及应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿物与塑料—非金属矿物填料的特性及应用（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、矿物与塑料矿物与塑料非金属矿物填料的特性及应非金属矿物填料的特性及应用用76 第十一卷第二期堆质拽矿论丛7,矿物与塑料矽.非金属矿物填料的特性及应用奎建王谢垂銎(北京辩拄大学)要本文论述了塑料业中无机非金属矿物填料的特性及影响因素,介绍了几种常见非金属矿提要本文论述了塑料业中无机非金属矿物填料的特性及影响因素,介绍了几种常见非金属矿美蕾词皇星芏塑垄塾墓拉应用)1 前言l随着高分子科学的创立和发展,石油化工的迅速发展和成型加工技术的不断开拓,作为高分子合成材料的塑料以其原料丰富,制造容易,成本低廉,比强度大和性能优良,适应性强等特点,已从部分替代金属,木材,皮革及无机材料,发展成各个部门不可缺少
2、的一种化学材料,因而被称为重要的非金属材料之一.但是塑料和其他材料相比,又有一系列缺点,如与钢铁相比?其刚度和强度低,尺寸稳定性差.表面硬度低.易擦伤,耐热性差等.对塑料进行改性处理,可以大大提高塑料材料的性能,降低产品成本,扩大原有材料的品种,这是近二十年来国内外科研和生产的发展重点.其中用无机非金属材料填充增强是对塑料进行改性的重要方法,它能扩大塑料的应用范围”.近年来由于新的表面处理技术的应用,使填充增强技术得到了进一步的发展.许多无机非金属矿物如碳酸钙,高岭土,滑石,石英,云母,硅灰石等都可以作为塑料的填充改性剂.目前,填充聚氯乙烯和不饱和聚脂产品已用于汽车零件,管材,建材产品及电气和
3、电子部件,它已同钢铁,木材,水泥一起并列为四大建筑材料,因此,世界塑料工业中的矿物填料用量一直在迅速增长.t 藕日期.1995.918,改回日期:19%.3.1第十一卷第二期李建平等,矿钫与塑料非金属矿物填科的特性盈应用 772 矿物填料的特性及影响因素所谓填料就是在主要材料中添加另外一种材料,所以也叫做添加剂,可分为两种:一种是为了降低成本,用廉价材料添加在价格较高的材料中,并不改变材料性能的惰性填料;另一种添加剂是功能性填料,具有特殊功能,如电绝缘,导电,磁性,阻燃,抗静电,增强,补强等,加入后使材料性能得到改善.填料的各种特性,是填料使用和加工中必须考虑的重要因素,最为重要的有以下方面一
4、:2.1 大小与形状填料的粒径一般为 0.115Fm 从与塑料树脂作用来看,填料粒径越小越好,填料越细,表面积越大,高分子树脂对其吸附作用也随接触界面增大而增加近年来,塑料填料中的超细填料,大有代替普通填料的趋势.填料的形状,对于填料的补强和加工影响很大.不同形状填料充填的塑料制品,其机械强度一般是纤维状片状柱状,块柱立方体圆球形.即长径比越大,机械强度越高,如普通加工片状云母粉,补强作用甚小,当加工成高纵横比形状时(纵/横100),则成为一种高级补强填料.2.2 寰面性质填料的表面性质包括物理性质(如表面积,表面能,表面形态)和化学性质(包括晶体结构,表面官能团).这些性质对填料活性,分散及
5、其与有机树脂结合及表面改性等有着很大影响填料的表面积(cm/g),是填料表面物性中最重要因素之一除一些多孔矿物本身具有较大表面积外,矿物的形状和粒径大小是影响表面积的主要因素.一般填料的长径比越大,表面积越大;填料越细;表面积越大.表面积越大,与树脂结台力越强,则填料性质越优良.表面能除了与表面积有关外,更主要的决定于矿物本身.几种常见矿物的表面能(10J/m.)为:云母 24002500,玻璃 1200,TiO2650,高岭土 500600,碳酸钙 6570,滑石 6070 一般表面能大,影响填料分散性,对极性大的有机树脂更为明显.作为填料的表面化学性质,最主要的是表面官能团,如粘土矿物硅氧
6、四面体表面及二层结构粘土棵露的镁铝铁八面体表面,它们对活性与树脂结台强度及表面改性的难易有重要影响.2.3 化学性质填料的化学成分对塑料主要有以下影响:影响耐腐蚀性.如在耐酸塑料中,不能选用碳酸钙,硅灰石及金属等填料而耐碱塑料制品中,则不能选用石英等作为填料.影响塑料树脂结构填料中某些金属离子,常与有机树脂直接或问接作用,影响了树脂内部结构.如在聚氯乙烯树脂中,不宜选择含有铁离子的填料.因为铁离子不单影响制品色泽,而且在加工时会使树脂解聚.影响热稳定性.如在耐高温塑料中,不宜选择含水氧化铝或三术铝石等作为填料.因为当加热至 3003 以上,填料中的结构水放出,使塑料内部结构破坏.影响塑料的某些
7、性质,如作为电绝缘的煅烧高岭土壤料,其 Al/Si0 比值越高,绝缘性越好78 第十一卷第二期垮质拽矿论丛2.4 热学性质一般矿物填料的导热系数比树脂高,比热较树脂低,热稳定性要好.因此填料加人后不仅可使塑料制品热稳定性提高,而且可使塑料加工时导热变快,从而缩短了熔融和冷却时间,提高生产率,降低能耗.一般矿物填料热膨胀率只是树脂类的 0.20.5.由于冷却收缩大小不同,易在填料与树脂结合面产生应力,发生裂纹,易老化,但同时也会提高塑料制品的刚性.此外.影响矿物填料使用的还有其光性,白度,硬度,密度,吸油性,介电常数,熔点.3 几种常用矿物填料的特性及其在塑料中的应用塑料种类,性能,组成不同,对
8、其中矿物填料的种类,用量,添加方式及填料自身的特性要求也不同,应根据塑料使用目的与性能要求而适当选用.例如,填料价格(包括改性后的售价)要低于树脂,且有充足来源,要无毒,无刺激性,无味,不与基体或添加剂发生有害反应;工艺性较好,如易于湿润,分散,粘度和流变性好;稳定性好,有利于改进复合材料的性能等.满足这些要求的矿物主要有:粒状矿物方解石,石英(包括组成为 CaCO,SiO2的化学物质),重晶石,长石,霞石正长岩,三水船石,石膏等;片状矿物高岭石,滑石,云母,叶腊石,石墨,水镁石等纤维状矿物石棉,纤维水镁石,玻璃纤维,硅灰石及人造纤维等.尽管矿物的种类和性质是十分多样的,但目前已开发的,能满足
9、塑料制造技术与塑料产品性能要求的矿物却是有限的.表 1 列举了几种常用矿物在塑料中的填加量及其主要填充效果.寰 1 常见童料填料矿物一览寰Table1TheCODIfftOBmlaeralsplasticfillersandtlirftmeflons.矿物主要树脂制品举例及添加量主要功髓ABS?氟塑辩,PP,柔韧 PVC1738,PP碳酸钙 PS,PVC,PU,环氧 3O40,PVC 塑辩溶艘制品量常用的填辩,增加抗压系散改善750,其他 PVC 昔表面光精度,控帝 I 牯滞度,合成树脂,TPESPCC.3O,PVC 地板硅 448O尼龙,PU,PVC,汽车尼龙配件如前灯,轮罩等最广泛用于电线
10、和电缆,SMc,高.晕土 PEU,TPES,聚烯烃204OBMCp及乙烯基地扳中 l 降低成类树脂本,改善光洁度.ABS,氟塑辩,尼龙,聚烯烃结构泡沫塑料 lO薄片增加劲度,增强绝缘性,耐热云母 PC,TPES,PP,热届 25I 酚醛塑料 60,环氧树脂性及机挑性能.塑辩,聚烯烃类树脂 5O尼龙,聚烯烃类树 PP154O槽石脂,PVC,酚醛塑辩,HDPE2030 增加抗压,拉伸强度,抗蠕变-PU,PS,PP 等 PS304O第十一考第二期李建平等,矿衔与塑料非金属物填科的特性及应用 79尼龙,PC,TPES,Ps,尼龙 50 增加强度,降低嗳亦率.提高热和硅灰石热届塑料,聚烯烃类 LDPE4
11、0 尺寸稳定性,改善介电指标和电绝PP2328树脂缘性PS30ABS.TPES,LDPE.PE 灌缸 6O%铝矾土 PVC,环氧村脂.酚 PVC 电线和电缆 9%50 增加拉伸强度,抗热,阻燃醛塑料,PU长石和基丙烯酸类树脂.纤维特殊填料.易于摄湿和分散.增加蠢,PP,PS,PVC,剐性 PVc 薄膜 23石正长岩柔较 PVc 板材 33透明度和半透明度,增强抗风化和PEC,环氧树脂化学摄蚀能力增加比重和磨擦系数,增强耐化”aIde2ThetechaiolnpeclfkatloiofnaturalcaldamcarbonateCaCO98.599.5Mgo0.5Fe20l0.2硅酸铅(胶态)l
12、-0灼烧失重 43.343.8湿含量(DIN53198.ISO/DIS787/2 一 l979)0.2密度2.豫/cm羹氏硬度自度(Elre 曲.绿色游光嚣.Mg0100%)8595%pH(DIN532.0,I90/I)Is787/9-1979)9.09.5嗳油值(DIN53l99)92lg/lOOg 粉末D()P 指数(ASTMD28l 一 31)933g/100g 粉末比表面 l15m/g80 第十一卷第二期地质拽矿论丛高质量的碳酸钙应具有以下性能特点:化学纯度高,不含有能催化聚合物中老化过程的重金属离子没有形成聚集体的倾向;方解石结构具有比较小的比表面积,对增塑剂及其它添加剂没有大的吸收
13、作用;白度高,有可能部分代替昂贵的白色颜料分散性良好;可提高劲度和弹性模量,减小制品的收缩率改进捌品的表面质量,提高稳定性和耐老化性,提高冲击强度;无毒,无臭,无味,耐热性达 600,且价格低廉.3.1.2 合成的沉淀碳酸钙(轻质碳酸钙)这种碳酸钙相对于天然碳酸钙来讲,又称为轻质碳酸钙,系由 CaC1.和 CaCO 溶液反应或Ca(OH)和 NaCO.溶液反应制成,粒度细,白度高.在国外,轻质碳酸钙结晶时,曾加入一种晶种,使其成一向生长,达到纤维化,产品具有很好的补强作用.轻质碳酸钙表面经脂肪酸皂处理,使之具有胶体活化能,易与塑料结合,使补强作用和用量有明显改善和增加,使用后塑料制品外观平滑.
14、作为塑料填料,碳酸钙最早用于聚氯乙烯,后又推广到热塑性,热固性塑料中去.碳酸钙填料是我国年产量和用量最大的填料,目前生产各种不同用途碳酸钙填料的厂家约有 150 个,年产总量 40 多万吨,其中 90 为碳化法生产的轻钙.尽管轻钙具有白度高,粒度细,活性大等优点,但由于工艺复杂,生产成本高,目前世界上大有重钙代替轻钙使用的趋向.如各国塑料填料中使用的重钙与轻钙比例为:日车 4:1,欧洲 16:1,美国 18:1.近年我国重钙开发也取得重大进展,当前主要是要解决粒度问题.目前浙江,江苏,广东,四川 I 等地生产的重钙粒度达 5001250 目,四川宝兴年产十几万吨超细重钙基地的建立,将会转变我国
15、重钙生产水平低的现象.3.2 高岭土高蛉土系由高岭矿物组成的松散集合体,按其成因可分为残积性,沉积性,酸性地下水蚀变型和与碳酸盐岩喀斯特凹地有关的高岭土等几种类型.由于高岭土具有可塑性和结合性,悬浮性和分散性,耐火性和耐酸碱性等一系列优良性能,使其可作为聚氯乙烯,聚丙烯,聚醑,尼龙和酚醛树脂等塑料的填充剂,适用于地板料,家俱,玩具,汽车零件,电线电缆包皮等制品.高岭石的添加量一般为560,如在汽车尼龙配件中的添加量为 2040,粒度一般在 100 目以上.高岭石亦可以作为增强剂,改善制品的耐化学性,吸水性,电性,抗开裂性及耐冲击性.如在聚氯乙烯中加入重量为 10 的高岭土可提高电绝缘性能 51
16、0 倍.作为聚丙烯的结晶成桉剂,在高密度聚丙烯中掭加 40 的高岭土,则其强度提高,变形温度为 96.一:.目前高岭土填料的加工技术很多,主要有空气浮选;其产品具有表面积大,补强效果好,结晶接剂效应强等特点;水沥滤法及用化学方法处理;其产品具有白度,片度,表面性能优良等特点最后一种为煅烧法.周淑文等.对产于烈山煤矿煤系地层中的优质高岭岩(土),进行了在塑料工业中的应用研究.其中高岭岩的处理方法用的就是煅烧法.矿石中的 S045.67,A1zO37.75,烧失量 14,S02/A10 一 2.O5,近似于高岭石之理论值.镜下鉴定以显微一隐晶质高岭石为主,约占总量的 9O 以上;次要矿物有石英,白云石,菱铁矿,伊和石等,但含量均很少.其煅烧工艺及工艺条件为:原矿一破碎筛分加定量可氧化细粒物质充分混合第十一卷第二期事建平等矿物与塑科一一非金属矿暂填料舶特性丑应用 81煅烧一焙烧粉末(2o.目).将加工成的各类粉末,送部分塑料厂工业性小试,产品质量绝大部分均可
