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非金属矿物填料在塑料工业中的应用

2021-11-18
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作者:埃尔派
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非金属矿物填料通常是指大自然中存在、且被人工开采、加工利用具有改进强度和各种性质,或为降低成本,被添加在塑料中的非金属矿物材料。非金属矿物填料分为:氧化物、氢氧化物、碳酸盐、(亚)硫酸盐、硅酸盐、碳素等。氧化物主要包括:二氧化硅、硅藻土、氧化铝、二氧化钛、氧化铁、氧化锌、氧化镁、浮石粉等。...

非金属矿物填料通常是指大自然中存在、且被人工开采、加工利用具有改进强度和各种性质,或为降低成本,被添加在塑料中的非金属矿物材料。

非金属矿物填料分为:氧化物、氢氧化物、碳酸盐、(亚)硫酸盐、硅酸盐、碳素等。氧化物主要包括:二氧化硅、硅藻土、氧化铝、二氧化钛、氧化铁、氧化锌、氧化镁、浮石粉等。氢氧化物主要包括:氢氧化铝、氢氧化镁、盐基性碳酸镁等。碳酸盐主要包括碳酸钙、碳酸镁、白云石、碱式碳酸钠铝等。(亚)硫酸盐主要包括硫酸钡、硫酸铵、硫酸钙、亚硫酸钙等。硅酸盐主要包括滑石粉、粘土、云母、石棉、硅酸钙、蒙脱石、膨润土、玻璃微珠、玻纤等。碳素主要包括炭黑、石墨、碳素中空球、炭纤维等。除此之外,非金属矿物填料还有硼酸锌、硼酸钙、硼酸钠、偏硼酸钡、钛酸钾等。

Non-metallic mineral filler-1

Non-metallic mineral filler-2

非金属矿物填料的主要改性技术有:表面化学改性、表面物理包覆、等离子体表面处理、用相溶剂处理、机械力化学改性、表面接枝改性、沉淀反应改性、原位聚合技术。

物理性质及其影响

比表面积:比表面积越大,对填料与树脂之间的亲合性越好,但填料表面活化处理越难,成本越高。

硬度:硬度高可以提高制品的耐磨性,但会磨损加工设备。

颜色:多数塑料生产要求百度越高越好。

光学:有些制品可以利用其吸光性提高温度,例如:农用塑料大棚。

电性:颗粒表面凝水或粉碎使其价键断裂而带电,使颗粒分布不均,实际生产中应避免。

化学性质及其影响

化学成分:影响制品的耐腐蚀性、树脂结构和称定性。不同种类填料对产品具有不同影响,按需要的产品特性而选择不同的填料。

热化学效应:高分子聚合物容易燃烧,但大多数无机矿物填料由于自身的不然性,在加入到聚合物基体中后减少了可燃物质量,延缓基本的燃烧。

做填料的性能要求:化学稳定性高、耐热型好、在塑料树脂中分散混合性好、吸收塑料树脂量小、纯度高、不溶于溶剂、耐酸碱性好、不吸潮。

填料添加在塑料中所起的作用

  • 碳酸钙

碳酸钙是当前塑料行业中使用最多、应用面最广的粉体填料。重质碳酸钙因价廉、色白、加工性能好,可满足填充塑料的性能要求,其用量大幅度增加。

  • 滑石粉

滑石粉在塑料中可提高塑料的刚性和耐热性,在塑料中可增加薄膜散射率的透光率,并对7-25μm波长的红外线具有阻隔作用,已用于功能性薄膜,提高大棚夜间保温性,促进农作物生长。

  • 高岭土

高岭土在聚氯乙烯电缆料中,可显著提高电缆护套的电绝缘性;在塑料薄膜中,高岭土的红外线阻隔作用优于滑石粉,用于农膜改性;还用于聚丙烯做成核剂,提高其机械强度。

  • 硅灰石

硅灰石可以用作塑料的增强剂,能提高塑料制品的耐磨性和尺寸稳定性,可提高有机阻燃剂的阻燃效果。

  • 云母

云母的独特片状结构,使它成为塑料中典型的增强填料,主要用于提高塑料制品的刚性、耐热性和尺寸稳定性。在塑料薄膜中使用云母,其散射光透过率可大大提高,优于其他无机填料。

  • 氢氧化铝和氢氧化镁

氢氧化铝和氢氧化镁,在塑料中兼具填充、阻燃、消烟三大作用;还是煤矿用聚氯乙烯运输带的主要添加剂,还常常是环氧树脂和不饱和聚酯制品的填加剂,其用量可达40%以上。

添加非金属矿物的塑料

Non-metallic mineral filler-3

填料在塑料中所起的作用

降低成本:在塑料中加入廉价的填料作为填充剂以降低成本,其代表性实例,如在聚氯乙烯和聚丙烯中加入大量的碳酸钙。

改善机械性能:与高分子树脂相比,非金属矿硬度和模量高,且其活性表面可与高分子链相结合,所以适当添加非金属矿能有效改善塑料硬度、模量、强度等机械性能。

增强阻燃性能:非金属矿物具有热稳定性好、毒性低或无毒、不产生腐蚀气体、在储存过程中不发挥、不易析出、有持久阻燃效果等优点,并且原料来源丰富、价格低廉,在解决大量易燃工程塑料的阻燃以及低烟、低毒问题上,仍然是一种既简单而又富有实效的方法。

增强稳定性:塑料的使用环境多种多样,非金属矿物填料可以增强塑料的稳定性,如热稳定性、电稳定性、耐溶剂性、耐光热老化性。

功能作用:添加大多数填料后塑料产品具有原先不曾有的特殊功能,这是填料的化学组成起着重要作用。例如加石墨可增加塑料的导电性、耐磨性。

塑料制品使用矿物填料的情况

塑料制品

使用填料种类

添加量(phr)

作用

聚丙烯扁丝

碳酸钙

10~20

增量、增白、改善印刷性

聚丙烯打包带

碳酸钙

50~150

增量、提高摩擦系数

聚乙烯薄膜

碳酸钙

40~50

增量、环保

聚乙烯管材

碳酸钙

20~40

增量

聚乙烯缠绕管、波纹管

滑石粉

20~40

提高刚性

聚丙烯注塑制品

碳酸钙、滑石粉

40~50

代替ABS,降低成本

聚乙烯大棚膜

滑石粉、高岭土

5~10

提高保温性

聚乙烯垃圾袋

碳酸钙

40~50

提高可焚烧性

聚丙烯快餐托盘

碳酸钙

200

降低成本,提高稳定性

汽车保险杠

滑石粉

20~30

保持刚性,提高抗冲击性

汽车、家电部件

滑石粉

30~50

提高耐热性

聚氯乙烯门窗异型材

碳酸钙

10

提高韧性和成型加工性

聚氯乙烯管材

碳酸钙

20~60

降低成本

聚氯乙烯发泡材料

碳酸钙

30~80

降低成本,提高均匀性

聚氯乙烯装饰板

碳酸钙

200

降低成本

电缆护套料

碳酸钙

10~15

降低成本

聚氯乙烯人造革

碳酸钙

10~60

增量,降低成本

动力电缆芯绳

碳酸钙

180~200

降低成本

高绝缘动力电缆护套料

煅烧高岭土

10~15

提高电绝缘强度

高光泽聚丙烯

沉淀硫酸钡

40~50

保持塑料表面光泽度

无卤低烟电缆护套料

氢氧化铝、氢氧化镁

150

阻燃、消烟

汽车用电机风扇叶等

云母

40~50

提高耐热性

空调、电视机等外壳及零部件

碳酸钙、滑石粉

40~60

降低成本,提高尺寸稳定性

使用矿物填料的主要动力是降低塑料制品原材料成本,因此价格是首要影响因素。粗粒径的填料往往比细粒径的便宜。并不是所有塑料制品都适合使用矿物填料,有的是使用性能决定不能使用,如透明制品;有的是由于使用矿物填料后带来的问题,如增重、着色不鲜艳等。

非金属矿物填料粒径越小,在使用得当的情况下,填充塑料的物理力学性能越好,但在目前技术水平和装备条件允许的范围内,粒径太小反而不易用好,不仅价格高,而且影响成型加工流动性和填充材料的力学性能。

非金属矿物填料的功能性越来越受到重视,因此在开发新品种矿物填料时,首先要考虑它可以为塑料材料带来什么新的功能。

 

文章来源:中国粉体网

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