礦物與塑料—非金屬礦物填料的特性及應(yīng)用

1、礦物與塑料非金屬礦物填料的特性及應(yīng)用76第十一卷第二期堆質(zhì)拽礦論叢7,礦物與塑料矽.非金屬礦物填料的特性及應(yīng)用奎建王謝垂銎(北京辯拄大學(xué))要本文論述了塑料業(yè)中無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的特性及影響因素,介紹了幾種常見(jiàn)非金屬礦提要本文論述了塑料業(yè)中無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的特性及影響因素,介紹了幾種常見(jiàn)非金屬礦美蕾詞皇星芏塑壟塾墓拉應(yīng)用)1前言l隨著高分子科學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展,石油化工的迅速發(fā)展和成型加工技術(shù)的不斷開(kāi)拓,作為高分子合成材料的塑料以其原料豐富,制造容易,成本低廉,比強(qiáng)度大和性能優(yōu)良,適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),已從部分替代金屬,木材,皮革及無(wú)機(jī)材料,發(fā)展成各個(gè)部門不可缺少的一種化學(xué)材料,因而被稱為重要的非金屬材

2、料之一.但是塑料和其他材料相比,又有一系列缺點(diǎn),如與鋼鐵相比?其剛度和強(qiáng)度低,尺寸穩(wěn)定性差.表面硬度低.易擦傷,耐熱性差等.對(duì)塑料進(jìn)行改性處理,可以大大提高塑料材料的性能,降低產(chǎn)品成本,擴(kuò)大原有材料的品種,這是近二十年來(lái)國(guó)內(nèi)外科研和生產(chǎn)的發(fā)展重點(diǎn).其中用無(wú)機(jī)非金屬材料填充增強(qiáng)是對(duì)塑料進(jìn)行改性的重要方法,它能擴(kuò)大塑料的應(yīng)用范圍”.近年來(lái)由于新的表面處理技術(shù)的應(yīng)用,使填充增強(qiáng)技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展.許多無(wú)機(jī)非金屬礦物如碳酸鈣,高嶺土,滑石,石英,云母,硅灰石等都可以作為塑料的填充改性劑.目前,填充聚氯乙烯和不飽和聚脂產(chǎn)品已用于汽車零件,管材,建材產(chǎn)品及電氣和電子部件,它已同鋼鐵,木材,水泥一起并列

3、為四大建筑材料,因此,世界塑料工業(yè)中的礦物填料用量一直在迅速增長(zhǎng).t藕日期.1995.918,改回日期:19%.3.1第十一卷第二期李建平等,礦鈁與塑料非金屬礦物填科的特性盈應(yīng)用772礦物填料的特性及影響因素所謂填料就是在主要材料中添加另外一種材料,所以也叫做添加劑,可分為兩種:一種是為了降低成本,用廉價(jià)材料添加在價(jià)格較高的材料中,并不改變材料性能的惰性填料;另一種添加劑是功能性填料,具有特殊功能,如電絕緣,導(dǎo)電,磁性,阻燃,抗靜電,增強(qiáng),補(bǔ)強(qiáng)等,加入后使材料性能得到改善.填料的各種特性,是填料使用和加工中必須考慮的重要因素,最為重要的有以下方面一:2.1大小與形狀填料的粒徑一般為0.115f

4、m從與塑料樹(shù)脂作用來(lái)看,填料粒徑越小越好,填料越細(xì),表面積越大,高分子樹(shù)脂對(duì)其吸附作用也隨接觸界面增大而增加近年來(lái),塑料填料中的超細(xì)填料,大有代替普通填料的趨勢(shì).填料的形狀,對(duì)于填料的補(bǔ)強(qiáng)和加工影響很大.不同形狀填料充填的塑料制品,其機(jī)械強(qiáng)度一般是纖維狀>片狀>柱狀,塊柱>立方體>圓球形.即長(zhǎng)徑比越大,機(jī)械強(qiáng)度越高,如普通加工片狀云母粉,補(bǔ)強(qiáng)作用甚小,當(dāng)加工成高縱橫比形狀時(shí)(縱/橫>100),則成為一種高級(jí)補(bǔ)強(qiáng)填料.2.2寰面性質(zhì)填料的表面性質(zhì)包括物理性質(zhì)(如表面積,表面能,表面形態(tài))和化學(xué)性質(zhì)(包括晶體結(jié)構(gòu),表面官能團(tuán)).這些性質(zhì)對(duì)填料活性,分散及其與有機(jī)樹(shù)脂結(jié)

5、合及表面改性等有著很大影響填料的表面積(cm/g),是填料表面物性中最重要因素之一除一些多孔礦物本身具有較大表面積外,礦物的形狀和粒徑大小是影響表面積的主要因素.一般填料的長(zhǎng)徑比越大,表面積越大;填料越細(xì);表面積越大.表面積越大,與樹(shù)脂結(jié)臺(tái)力越強(qiáng),則填料性質(zhì)越優(yōu)良.表面能除了與表面積有關(guān)外,更主要的決定于礦物本身.幾種常見(jiàn)礦物的表面能(10j/m.)為:云母24002500,玻璃1200,tio2650,高嶺土500600,碳酸鈣6570,滑石6070一般表面能大,影響填料分散性,對(duì)極性大的有機(jī)樹(shù)脂更為明顯.作為填料的表面化學(xué)性質(zhì),最主要的是表面官能團(tuán),如粘土礦物硅氧四面體表面及二層結(jié)構(gòu)粘土棵

6、露的鎂鋁鐵八面體表面,它們對(duì)活性與樹(shù)脂結(jié)臺(tái)強(qiáng)度及表面改性的難易有重要影響.2.3化學(xué)性質(zhì)填料的化學(xué)成分對(duì)塑料主要有以下影響:影響耐腐蝕性.如在耐酸塑料中,不能選用碳酸鈣,硅灰石及金屬等填料而耐堿塑料制品中,則不能選用石英等作為填料.影響塑料樹(shù)脂結(jié)構(gòu)填料中某些金屬離子,常與有機(jī)樹(shù)脂直接或問(wèn)接作用,影響了樹(shù)脂內(nèi)部結(jié)構(gòu).如在聚氯乙烯樹(shù)脂中,不宜選擇含有鐵離子的填料.因?yàn)殍F離子不單影響制品色澤,而且在加工時(shí)會(huì)使樹(shù)脂解聚.影響熱穩(wěn)定性.如在耐高溫塑料中,不宜選擇含水氧化鋁或三術(shù)鋁石等作為填料.因?yàn)楫?dāng)加熱至3003以上,填料中的結(jié)構(gòu)水放出,使塑料內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞.影響塑料的某些性質(zhì),如作為電絕緣的煅燒高嶺土壤

7、料,其al/si0比值越高,絕緣性越好78第十一卷第二期垮質(zhì)拽礦論叢2.4熱學(xué)性質(zhì)一般礦物填料的導(dǎo)熱系數(shù)比樹(shù)脂高,比熱較樹(shù)脂低,熱穩(wěn)定性要好.因此填料加人后不僅可使塑料制品熱穩(wěn)定性提高,而且可使塑料加工時(shí)導(dǎo)熱變快,從而縮短了熔融和冷卻時(shí)間,提高生產(chǎn)率,降低能耗.一般礦物填料熱膨脹率只是樹(shù)脂類的0.20.5.由于冷卻收縮大小不同,易在填料與樹(shù)脂結(jié)合面產(chǎn)生應(yīng)力,發(fā)生裂紋,易老化,但同時(shí)也會(huì)提高塑料制品的剛性.此外.影響礦物填料使用的還有其光性,白度,硬度,密度,吸油性,介電常數(shù),熔點(diǎn).3幾種常用礦物填料的特性及其在塑料中的應(yīng)用塑料種類,性能,組成不同,對(duì)其中礦物填料的種類,用量,添加方式及填料自身

8、的特性要求也不同,應(yīng)根據(jù)塑料使用目的與性能要求而適當(dāng)選用.例如,填料價(jià)格(包括改性后的售價(jià))要低于樹(shù)脂,且有充足來(lái)源,要無(wú)毒,無(wú)刺激性,無(wú)味,不與基體或添加劑發(fā)生有害反應(yīng);工藝性較好,如易于濕潤(rùn),分散,粘度和流變性好;穩(wěn)定性好,有利于改進(jìn)復(fù)合材料的性能等.滿足這些要求的礦物主要有:粒狀礦物方解石,石英(包括組成為caco,sio2的化學(xué)物質(zhì)),重晶石,長(zhǎng)石,霞石正長(zhǎng)巖,三水船石,石膏等;片狀礦物高嶺石,滑石,云母,葉臘石,石墨,水鎂石等纖維狀礦物石棉,纖維水鎂石,玻璃纖維,硅灰石及人造纖維等.盡管礦物的種類和性質(zhì)是十分多樣的,但目前已開(kāi)發(fā)的,能滿足塑料制造技術(shù)與塑料產(chǎn)品性能要求的礦物卻是有限的

9、.表1列舉了幾種常用礦物在塑料中的填加量及其主要填充效果.寰1常見(jiàn)童料填料礦物一覽寰table1thecodifftobmlaeralsplasticfillersandtlirftmeflons.礦物主要樹(shù)脂制品舉例及添加量主要功髓abs?氟塑辯,pp,柔韌pvc1738,pp碳酸鈣ps,pvc,pu,環(huán)氧3o40,pvc塑辯溶艘制品量常用的填辯,增加抗壓系散改善750,其他pvc昔表面光精度,控帝i牯滯度,合成樹(shù)脂,tpespcc.3o,pvc地板硅448o尼龍,pu,pvc,汽車尼龍配件如前燈,輪罩等最廣泛用于電線和電纜,smc,高.暈土peu,tpes,聚烯烴204obmcp及乙烯基地

10、扳中l(wèi)降低成類樹(shù)脂本,改善光潔度.abs,氟塑辯,尼龍,聚烯烴結(jié)構(gòu)泡沫塑料lo薄片增加勁度,增強(qiáng)絕緣性,耐熱云母pc,tpes,pp,熱屆25i酚醛塑料60,環(huán)氧樹(shù)脂性及機(jī)挑性能.塑辯,聚烯烴類樹(shù)脂5o尼龍,聚烯烴類樹(shù)pp154o槽石脂,pvc,酚醛塑辯,hdpe2030增加抗壓,拉伸強(qiáng)度,抗蠕變-pu,ps,pp等ps304o第十一考第二期李建平等,礦銜與塑料非金屬物填科的特性及應(yīng)用79尼龍,pc,tpes,ps,尼龍50增加強(qiáng)度,降低噯亦率.提高熱和硅灰石熱屆塑料,聚烯烴類ldpe40尺寸穩(wěn)定性,改善介電指標(biāo)和電絕pp2328樹(shù)脂緣性ps30abs.tpes,ldpe.pe灌缸6o%鋁礬土

11、pvc,環(huán)氧村脂.酚pvc電線和電纜9%50增加拉伸強(qiáng)度,抗熱,阻燃醛塑料,pu長(zhǎng)石和基丙烯酸類樹(shù)脂.纖維特殊填料.易于攝濕和分散.增加蠢,pp,ps,pvc,剮性pvc薄膜23石正長(zhǎng)巖柔較pvc板材33透明度和半透明度,增強(qiáng)抗風(fēng)化和pec,環(huán)氧樹(shù)脂化學(xué)攝蝕能力增加比重和磨擦系數(shù),增強(qiáng)耐化”aide2thetechaiolnpeclfkatloiofnaturalcaldamcarbonatecaco98.599.5mgo0.5fe20l0.2硅酸鉛(膠態(tài))l-0灼燒失重43.343.8濕含量(din53198.iso/dis787/2一l979)0.2密度2.豫/cm羹氏硬度自度(elre曲

12、.綠色游光囂.mg0100%)8595%ph(din532.0,i90/i)is787/9-1979)9.09.5噯油值(din53l99)92lg/loog粉末d()p指數(shù)(astmd28l一31)933g/100g粉末比表面l15m/g80第十一卷第二期地質(zhì)拽礦論叢高質(zhì)量的碳酸鈣應(yīng)具有以下性能特點(diǎn):化學(xué)純度高,不含有能催化聚合物中老化過(guò)程的重金屬離子沒(méi)有形成聚集體的傾向;方解石結(jié)構(gòu)具有比較小的比表面積,對(duì)增塑劑及其它添加劑沒(méi)有大的吸收作用;白度高,有可能部分代替昂貴的白色顏料分散性良好;可提高勁度和彈性模量,減小制品的收縮率改進(jìn)捌品的表面質(zhì)量,提高穩(wěn)定性和耐老化性,提高沖擊強(qiáng)度;無(wú)毒,無(wú)臭

13、,無(wú)味,耐熱性達(dá)600,且價(jià)格低廉.3.1.2合成的沉淀碳酸鈣(輕質(zhì)碳酸鈣)這種碳酸鈣相對(duì)于天然碳酸鈣來(lái)講,又稱為輕質(zhì)碳酸鈣,系由cac1.和caco溶液反應(yīng)或ca(oh)和naco.溶液反應(yīng)制成,粒度細(xì),白度高.在國(guó)外,輕質(zhì)碳酸鈣結(jié)晶時(shí),曾加入一種晶種,使其成一向生長(zhǎng),達(dá)到纖維化,產(chǎn)品具有很好的補(bǔ)強(qiáng)作用.輕質(zhì)碳酸鈣表面經(jīng)脂肪酸皂處理,使之具有膠體活化能,易與塑料結(jié)合,使補(bǔ)強(qiáng)作用和用量有明顯改善和增加,使用后塑料制品外觀平滑.作為塑料填料,碳酸鈣最早用于聚氯乙烯,后又推廣到熱塑性,熱固性塑料中去.碳酸鈣填料是我國(guó)年產(chǎn)量和用量最大的填料,目前生產(chǎn)各種不同用途碳酸鈣填料的廠家約有150個(gè),年產(chǎn)總量

14、40多萬(wàn)噸,其中90為碳化法生產(chǎn)的輕鈣.盡管輕鈣具有白度高,粒度細(xì),活性大等優(yōu)點(diǎn),但由于工藝復(fù)雜,生產(chǎn)成本高,目前世界上大有重鈣代替輕鈣使用的趨向.如各國(guó)塑料填料中使用的重鈣與輕鈣比例為:日車4:1,歐洲16:1,美國(guó)18:1.近年我國(guó)重鈣開(kāi)發(fā)也取得重大進(jìn)展,當(dāng)前主要是要解決粒度問(wèn)題.目前浙江,江蘇,廣東,四川i等地生產(chǎn)的重鈣粒度達(dá)5001250目,四川寶興年產(chǎn)十幾萬(wàn)噸超細(xì)重鈣基地的建立,將會(huì)轉(zhuǎn)變我國(guó)重鈣生產(chǎn)水平低的現(xiàn)象.3.2高嶺土高蛉土系由高嶺礦物組成的松散集合體,按其成因可分為殘積性,沉積性,酸性地下水蝕變型和與碳酸鹽巖喀斯特凹地有關(guān)的高嶺土等幾種類型.由于高嶺土具有可塑性和結(jié)合性,懸浮

15、性和分散性,耐火性和耐酸堿性等一系列優(yōu)良性能,使其可作為聚氯乙烯,聚丙烯,聚醑,尼龍和酚醛樹(shù)脂等塑料的填充劑,適用于地板料,家俱,玩具,汽車零件,電線電纜包皮等制品.高嶺石的添加量一般為560,如在汽車尼龍配件中的添加量為2040,粒度一般在100目以上.高嶺石亦可以作為增強(qiáng)劑,改善制品的耐化學(xué)性,吸水性,電性,抗開(kāi)裂性及耐沖擊性.如在聚氯乙烯中加入重量為10的高嶺土可提高電絕緣性能510倍.作為聚丙烯的結(jié)晶成桉劑,在高密度聚丙烯中掭加40的高嶺土,則其強(qiáng)度提高,變形溫度為96.一:.目前高嶺土填料的加工技術(shù)很多,主要有空氣浮選;其產(chǎn)品具有表面積大,補(bǔ)強(qiáng)效果好,結(jié)晶接劑效應(yīng)強(qiáng)等特點(diǎn);水瀝濾法及

16、用化學(xué)方法處理;其產(chǎn)品具有白度,片度,表面性能優(yōu)良等特點(diǎn)最后一種為煅燒法.周淑文等.對(duì)產(chǎn)于烈山煤礦煤系地層中的優(yōu)質(zhì)高嶺巖(土),進(jìn)行了在塑料工業(yè)中的應(yīng)用研究.其中高嶺巖的處理方法用的就是煅燒法.礦石中的s045.67,a1zo37.75,燒失量14,s02/a10一2.o5,近似于高嶺石之理論值.鏡下鑒定以顯微一隱晶質(zhì)高嶺石為主,約占總量的9o以上;次要礦物有石英,白云石,菱鐵礦,伊和石等,但含量均很少.其煅燒工藝及工藝條件為:原礦一破碎篩分加定量可氧化細(xì)粒物質(zhì)充分混合第十一卷第二期事建平等礦物與塑科一一非金屬礦暫填料舶特性丑應(yīng)用81煅燒一焙燒粉末(2o.目).將加工成的各類粉末,送部分塑料廠

17、工業(yè)性小試,產(chǎn)品質(zhì)量絕大部分均可達(dá)到或接近國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),從而證明了硬質(zhì)高嶺巖(土)粉料在塑料工業(yè)中應(yīng)用的可行性.我國(guó)有著豐富的高嶺土資源,特別是產(chǎn)在煤系地層中的高峙巖(煤矸石),將其用于塑料工業(yè),有著廣闊的前景,其中改善表面性能,改善憎水性是高嶺土塑料填料的研究方向.3.3滑石滑石系層狀硅酸鹽礦物,具有三八面體型結(jié)構(gòu).這一點(diǎn)使它近來(lái)在勁度問(wèn)題居于首位的聚合物中找到了特殊的用途滑石粉作為塑料填料,可提高制品的硬度,耐火性,抗酸堿性,電絕緣性,尺寸穩(wěn)定性,耐蠕變性.但由于不同產(chǎn)地滑石的化學(xué)成分,結(jié)晶構(gòu)造不同,則填充塑料的性能也不相同.在選用滑石粉作填料時(shí),必須注意當(dāng)?shù)鼗鄣钠肺缓途w結(jié)構(gòu).滑石粉填充

18、塑料時(shí),制品的剛性大,各異性小,可用于加工大型和平面制品材料從滑石粉的熱分解曲線看,在塑煉成型溫度時(shí)(一般”<300)不分解,不變色,亦即滑石粉中的結(jié)合水在此溫度時(shí)不發(fā)生脫水反應(yīng),可以提高塑料制品的耐火性能.滑石粉填充聚丙烯可分為二類:一類是填充量高的(30以上,一般為4o).這類填充材料的應(yīng)用包括電器設(shè)備,電器配件,儀表配件,汽車內(nèi)的配件等.對(duì)這類制品的外觀要求不高,主要考慮的是熱變形溫度,柔性模量等方面的性能.如在對(duì)聚苯二甲酸丁二酯中加入3o滑石粉時(shí),熱變形溫度由原來(lái)的55提高到150,強(qiáng)度提高.在聚丙烯中加入50的滑石粉時(shí),強(qiáng)度高,斷裂伸長(zhǎng)率為60;當(dāng)加入40時(shí),耐電弧性由馬上熔融

19、延長(zhǎng)到140秒熔融,介電常數(shù)由原來(lái)的1.9提高到2.4.另一類是填充量較低的(一般102o),發(fā)展這類共混物是為了代替價(jià)格較貴的材料,使之用于商品儀器罩,汽車內(nèi)裝飾品等.作為片狀礦物,滑石粉可作為增強(qiáng)填料,除了一般的白度,粒度,表面處理外,縱橫比是一個(gè)加工關(guān)鍵.增加縱橫比,改善使用后聚合物抗沖擊強(qiáng)度并仍保持其他突出優(yōu)點(diǎn),表面改性,降低成本,提高高溫下的剛度,是滑石粉填料的主要發(fā)展方向.3.4硅灰石硅灰石是一種新興的工業(yè)礦物.自然界產(chǎn)出的硅灰石一般是纖維狀,針狀或放射狀集合體.單晶體呈沿b軸延伸的板狀或板柱狀硅灰石具有高電阻和低介電常數(shù)的優(yōu)良特性與其他非金屬礦物相比,硅灰石還具有低的吸濕性,吸油

20、性,快速分散性和低的粘度.纖維狀硅灰石經(jīng)粉碎后仍保持針狀晶形和具有一定的長(zhǎng)寬比,其長(zhǎng)寬比l/d一般為1:5,經(jīng)特殊粉碎后,其l/d可達(dá)到15:120:1.正因?yàn)楣杌沂哂羞@些特點(diǎn),使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,作為塑料用增強(qiáng)改性填料,性能明顯優(yōu)于其他無(wú)機(jī)非金屬礦物.硅灰石作為各種塑料的填充增強(qiáng)改性劑,幾乎可以改善所有塑料的性質(zhì),并能保證產(chǎn)品具有高的熱穩(wěn)定性,低的介電指標(biāo)和低的吸水率,高的機(jī)械強(qiáng)度,并能降低成本.硅灰石對(duì)聚脂澆鑄,對(duì)聚乙烯溶膠,環(huán)氧樹(shù)脂等復(fù)合材料都有很好的增強(qiáng)和改性效果,并用在pp,pe,pvc等膜,管,鑄件中.國(guó)內(nèi)已有用硅灰石作填充劑制成性能優(yōu)良的人參膜和聚丙烯復(fù)合制品用江西上高硅灰石

21、作增白劑,部分取代鈦白粉,立德粉應(yīng)用于橡膠,塑料工業(yè),效果良好.日本專利報(bào)道,用5硅灰石的聚氯乙烯塑料溶液,在140下貼于鋼材表面形成3mm薄膜,薄膜抗82笫十一卷第二期地質(zhì)拽礦論叢拉,抗扯,延展率可達(dá)215;用潤(rùn)滑劑和硅灰石作填料,可制成象紙一樣薄的聚乙烯薄膜含硅灰石和碳酸鹽的聚砜樹(shù)脂用于鑄膜印刷電路板,具有極好的電渡,機(jī)械和熱性能.用含硅灰石熱塑樹(shù)脂鎧裝履蓋光纖維電纜一光纖維芯線束+體積穩(wěn)定性得到改善硅灰石的生產(chǎn)技術(shù)主要為選礦提純和深加工兩個(gè)方面.目前,硅灰石選礦產(chǎn)品在發(fā)達(dá)國(guó)家主要為機(jī)選產(chǎn)品,而在我國(guó)及不發(fā)達(dá)國(guó)家則主要為手選產(chǎn)品.硅灰石選礦方法目前主要為強(qiáng)磁選,浮選和強(qiáng)磁選一浮選聯(lián)合流程或

22、配合光電選或靜電選預(yù)選流程硅灰石深加工發(fā)展方向主要為超細(xì)粉碎,針狀粉生產(chǎn),表面改性和各種硅灰石為基料或充填料的產(chǎn)品配方研制及應(yīng)用.深加工硅灰石粉分類見(jiàn)表3.超細(xì)粉碎技術(shù)要求所加工的硅灰石的粒度細(xì).且保持其針狀形態(tài)+還要達(dá)到最大的長(zhǎng)寬比.如通過(guò)特殊粉碎機(jī)械及分離方法,可使45/m以下及38/m以下的礦粉,長(zhǎng)寬比達(dá)(812):1,部分達(dá)15:1;131om礦粉長(zhǎng)寬比達(dá)(1215):1+部分達(dá)20:1;6m以下,長(zhǎng)寬比仍能保持(1o12):1.美國(guó),芬蘭,印度等幾個(gè)主要硅灰石生產(chǎn)國(guó)都十分重視生產(chǎn)微粉級(jí)針狀硅灰石及高長(zhǎng)徑比硅灰石產(chǎn)品.我國(guó)這項(xiàng)技術(shù)還處于研究階段,國(guó)產(chǎn)設(shè)備還不過(guò)關(guān).表面改性技術(shù)是為了滿足

23、塑料,橡膠工業(yè)對(duì)硅灰石填料日益增長(zhǎng)的各種不同的需求而發(fā)展起來(lái)的.硅灰石如同石灰石,長(zhǎng)石,螢石等屬于高化學(xué)活性類,對(duì)硅灰石表面改性主要取決于各種化學(xué)處理劑的正確選擇目前采用硅烷偶聯(lián)劑處理硅灰石是成功的.衰3深加工硅灰石粉分類table3thedassifieatl0ffurtherprocessingwollaston|tpowder至2000年的級(jí)別粒度應(yīng)用領(lǐng)域需求預(yù)測(cè),kt普通級(jí)>500目(25)建筑陶瓷,冶金保護(hù)澆鑄,塑料,橡料,橡膠100超細(xì)級(jí)500-1250目(10)油漆滁料,橡膠,塑料.造紙10超赦細(xì)級(jí)12502500目(5,平均2)油裱涂料,橡膠,塑料,造紙,牯結(jié)劑10針狀級(jí)

24、粒度不一-但l/d】5201建材,檬腔,塑料,制動(dòng),復(fù)合材料20政性級(jí)廣泛*特別是2500目(5)3?5云母.云母是一種含鉀,鎂,鐵,鋰的層狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物,是一種重要的工業(yè)原料.由于云母具有高度的絕緣性,耐熱性,抗酸堿性,低的熱傳導(dǎo)率,機(jī)械強(qiáng)度和彈性等性能+所以云母增強(qiáng)塑料在這些性能方面都有相應(yīng)的改善.另外,云母的片狀特性,使得云母增強(qiáng)塑料的彎曲性能及抵抗氣體或液體的透過(guò)能力提高.云母的脫水溫度較高(約500),因此可提高塑料制品的耐熱性能,降低制品的收縮率,翹曲率.將云母加到不飽和聚酯中,則制品的耐化學(xué)藥品性能提高.在聚苯乙烯或聚乙烯中,加人37%的云母,則塑料制品的耐氣體滲透性能可太

25、大提高,可作汽油桶等制品.此外,它的添加量在聚烯烴結(jié)構(gòu)泡沫塑料中為1025;在酚醛塑料中為6o;在環(huán)氧樹(shù)脂中為5oi在聚丙烯中為5o;在聚對(duì)苯二甲酸丁二脂中可達(dá)3o;在聚苯乙烯中為2o6o.第-卷第期李建平等:礦物與塑料非金屬礦物填料的特性l蜃應(yīng)用83云母的研究方向,是加工中應(yīng)解決大縱橫比的問(wèn)題.一般云母填料為0.o10.02美元/磅,而高縱橫比品級(jí)為0.16美元/磅,當(dāng)前國(guó)外加工高縱橫比云母的濕法中,采用輪碾機(jī)研磨,云母與水比為1或更多,為o.5.用溫法加工的云母,棱角清晰,色彩,白度好,縱橫比大,易分散.此外,云母經(jīng)800c焙燒.具有更好的剝分性,可以獲得更大的表面積.3.6其他礦物除了上

26、述幾種工業(yè)礦物外,塑料工業(yè)中使用的礦物填料還有長(zhǎng)石類,霞石類,霞石正長(zhǎng)巖,硅藻土,粉石英,膨潤(rùn)土,重晶石,鉛礬土等.長(zhǎng)石類,霞石類特別適用于那些大量填充填料,以獲得表面電阻的場(chǎng)合,它填充的環(huán)氧樹(shù)脂和聚脂樹(shù)脂復(fù)合物的介電強(qiáng)度等于或稍低于二氧化硅填充的復(fù)合物,由于它們很易被潤(rùn)溫和分散,故其表面與聚合物接合非常充分.由于此類礦物的折射率多為1_53(士).因而填充的復(fù)合材料透明和半透明.硅藻土可用來(lái)充填聚氯乙烯,聚烯烴,熱周性塑料等.如在聚氯己烯中添加40的硅藻土,則材料的抗張強(qiáng)度為300kg/cm;在酚醛樹(shù)脂中孺加硅藻土,可提高耐熱性,電l生能3礦物填料的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景填料礦物是發(fā)展較快,持續(xù)

27、穩(wěn)定增長(zhǎng)的工業(yè)礦物之一.近年來(lái),美國(guó)塑料的年增長(zhǎng)率為4,而填料礦物消耗量增長(zhǎng)率卻達(dá)19,其中滑石,石英等填料每年以高于2o的速度增長(zhǎng).1985年消耗改性碳酸鈣,高嶺土,膨潤(rùn)土,石英等共17萬(wàn)噸,其中用于塑料的占80以上,主要是熱塑性樹(shù)脂(聚氯乙烯,尼龍和聚丙烯),汽車輪胎,電纜等,全塑汽車的出現(xiàn)引起了全球填料礦物界的極大關(guān)注_.歐洲的塑料工業(yè)約占全球填料礦物消耗量的三分之一,主要礦物是球形碳酸鈣,輕鈣,滑石,硅灰石,高嶺土,云母等.1993年消耗總量約為126萬(wàn)噸.由于汽車工業(yè)的發(fā)展,其增長(zhǎng)率在逐年增加.據(jù)統(tǒng)計(jì),每部小汽車上使用塑料約120kg(1992),主要為pp,pu,peu,pvc等,

28、遍布汽車的內(nèi)外及底盤,據(jù)估計(jì)1995年,僅歐洲用于汽車的填料礦物約達(dá)140萬(wàn)噸”.近年來(lái),我國(guó)塑料工業(yè)電以空前的速度迅猛發(fā)展.隨著小轎車走進(jìn)尋常百姓家的愿望的逐步實(shí)現(xiàn),我國(guó)汽車工業(yè)用礦物填料的市場(chǎng)潛力將會(huì)很大,開(kāi)發(fā)既能大量節(jié)約樹(shù)脂,又能改善制品性能的非金屬礦物填料勢(shì)在必行.我國(guó)有各種適宜作塑料填料的非金屬礦物,然而這一資源優(yōu)勢(shì)一迄今并未充分體現(xiàn)在塑料工業(yè)中.目前,我國(guó)非金屬礦物原料在塑料工業(yè)中的應(yīng)用情況大致分為三類;大量應(yīng)用的,有碳酸鈣,高峙土,滑石,石棉;用量少的,如金紅石,鋁礬土,氫氧鎂石;正在研究和有發(fā)展前途的如硅灰石,云母,石英,硅藻土,長(zhǎng)石,霞石(霞石正長(zhǎng)巖),珍珠巖,海泡石等.從應(yīng)

29、用領(lǐng)域看不夠廣泛,其中以碳酸鈣,高嶺土,滑石等占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),而其他礦物填料尚處于開(kāi)發(fā)研究階段,總用量不超過(guò)50因此,必須進(jìn)行進(jìn)一步的應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究工作.3,1加強(qiáng)新型非金礦物填料的開(kāi)發(fā)和利用通過(guò)對(duì)非金屬礦物填料的物理,化學(xué)性能,特別是礦物表面性質(zhì)的深入研究.不斷開(kāi)發(fā)和利用其他非金屬礦物填料,特別是開(kāi)發(fā)新的母料填料.是當(dāng)前發(fā)展我國(guó)塑料填料礦物的關(guān)鍵所84第十一卷第二期地質(zhì)拽礦論叢在.母料填料是近年來(lái)國(guó)外發(fā)展起來(lái)的一種新型塑料填料.大致方法是:按一定比例將填料和樹(shù)脂母料混合,并使用一些表活劑,經(jīng)過(guò)高剪切混合擠出,切粒而制成母料填料.這種母料填料與塑料樹(shù)脂混合,具有較好的分散性,與樹(shù)脂結(jié)合力強(qiáng),熔融均勻

30、,添加量高,機(jī)械磨損小,使用方便.我國(guó)八十年代研制出無(wú)規(guī)聚丙烯碳酸鈣母料,并形成工業(yè)生產(chǎn),主要用于塑料編織帶等0耳前又研制出新型母料,均屬于碳酸鈣母料.采用的工藝大致有以下三種(以caco.為例):caco一干燥一高混(加偶聯(lián)劑,助劑)一混煉拉片(加載體樹(shù)脂)一母料;caco.一干燥一.高混(加偶聯(lián)劑,助劑,載體樹(shù)脂)一擠出一母料;caco.一干燥一活化(加偶聯(lián)劑)一密煉(加助劑載體樹(shù)脂)一混煉拉片一母料.世界上母料填料發(fā)展處于領(lǐng)先的國(guó)家有美國(guó),日本,意大利及西德等”.3.2發(fā)展礦物壤料的加工技術(shù)從耳前填料加工技術(shù)發(fā)展來(lái)看,主要是在工藝上和填料自身的改造上.在工藝上采用直接添人法;在填料自身改

31、造上著重于改變顆粒狀態(tài)和表面改性.3.2.1直接加入法近幾年引入注意的填料礦物應(yīng)用已嘗試不在混煉階段加入,而是將物質(zhì)填料直接引入最終產(chǎn)品的形成過(guò)程中.加工工藝包括預(yù)處理碳酸鈣的混合,球粒和熱塑性細(xì)粒粘合在一步轉(zhuǎn)化過(guò)程中,粉體直接引入成型過(guò)程,在混合部分由長(zhǎng)的螺旋桿完成.在美國(guó)的豐田汽車制造上已獲得這樣的專利技術(shù),該專利用于在聚合過(guò)程中粘土直接加入pa中,制成的汽車配件具有良好的機(jī)械性能”3.2.2壤料履粒加工技術(shù)改變填料的顆粒狀態(tài),如生產(chǎn)超細(xì)填料和生產(chǎn)長(zhǎng)徑比大的填料.近來(lái)國(guó)外超細(xì)磨加工設(shè)備主要有球磨,環(huán)滾磨,錘式磨,液能磨,氣流磨,塔式磨及超聲波粉碎等.磨礦方式可分為干法和濕法.耳前發(fā)展出一種

32、新的無(wú)害小顆粒作為介質(zhì),與填料同時(shí)研磨,最后將填料與介質(zhì)一起排出,通過(guò)分離回收裝置獲得超細(xì)填料,其平均粒度可達(dá)0.30.5m.我國(guó)超細(xì)填料產(chǎn)量正在不斷增加,通過(guò)引進(jìn)設(shè)備和技術(shù)以及原有設(shè)備的改造,已制造出碳酸鈣,高嶺土,措石,硅灰石等多種型號(hào)超細(xì)填料制品”“.3.2.3壤料表面改性技術(shù).包括化學(xué)改性和物理改性.由于填料表面改性處理改變或提高了填料與樹(shù)脂的相容性,耳前在塑料業(yè)中經(jīng)過(guò)化學(xué)改性的礦物填料用量,以每年15速率上升,比普通礦物填料高6.?經(jīng)過(guò)化學(xué)表面改性的礦物填料優(yōu)點(diǎn)主要包括:降低樹(shù)脂與填料表面能,提高其結(jié)合能力,塑料模量,機(jī)械強(qiáng)度,提高填料的使用量,有利于加工,改善塑料制品的外觀及防腐性

33、能.改性常用的方法有:涂敷法在填料生產(chǎn)過(guò)程中,在填料表面涂上一層活性物質(zhì),改善填料與塑料樹(shù)脂的相容性,使填料更易分散.耳前國(guó)外使用的這種有機(jī)涂敷物主要是各種脂肪酸,脂肪酸鹽,酯,酰胺等有機(jī)物,其中以有機(jī)酸最為廣泛;偶聯(lián)劑處理填料通過(guò)有機(jī)偶聯(lián)劑對(duì)礦物表面進(jìn)行處理.偶聯(lián)劑處理填料比涂敷法填料具有更大的補(bǔ)強(qiáng)作用,它的兩個(gè)官能團(tuán),一個(gè)可與填料鍵合,另一個(gè)則與聚合物樹(shù)脂反應(yīng).耳前世界上使用的偶聯(lián)劑主要有四類:有機(jī)硅烷化合物,有機(jī)鈦化合物,有機(jī)磷化合物以及有機(jī)鉻化合物.偶聯(lián)劑研究是國(guó)外耳前塑料填料應(yīng)用加工的一個(gè)活躍課題;煅燒處理耳的在于提高填料白度,純度,改變礦物填料的第十一卷第二期李建平等礦榜與塑料非金屬礦物填料的特性廈應(yīng)用85晶體結(jié)構(gòu),表面性能及加工性能.常需煅燒的非金屬礦物填料有高嶺土,云母,滑石,菱鎂礦,珍珠巖等;水瀝濾目的也是為了提高填料的片度,白度.總之,發(fā)展我國(guó)非金屬礦物塑料填料工業(yè),經(jīng)濟(jì)效益顯著,能太幅度降低塑料原料成本(樹(shù)脂與礦物填料的成本比約為4:1)礦物經(jīng)表面改性后,能拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域,并提高塑料制品的物理化學(xué)性能,進(jìn)而提高塑料制品的質(zhì)量和使用壽命.非金屬礦物作為塑料填料,對(duì)開(kāi)拓塑料制品的新品種,尤其在汽車工業(yè)具有巨大的潛力.參考文獻(xiàn)1塑辯用填辯及增強(qiáng)手冊(cè).化工出版杜.19852德3r.蓋希特等纏,陳振興等譯.塑辯藩加劑手冊(cè).中國(guó)石化出版杜3馮