PVC塑料電纜料用煅燒超細活性高嶺土的研究報告

摘 要：煅燒超細活性高嶺土是PVC塑料中的一種優(yōu)良的電性改良劑，通過試驗研究確立了煅燒高嶺土的原料選擇、煅燒溫度、保溫時間。

關鍵詞：活性高嶺土；煅燒溫度；煅燒時間

1 前言

高嶺土是天然硅酸鹽礦，煅燒超細活性高嶺土（陶土）是將優(yōu)質高嶺土經過物理加工而成的。煅燒陶土是PVC塑料中的一種優(yōu)良的電性改良劑，國外在絕緣用PVC電纜料中廣泛地使用煅燒陶土。國內也有幾家小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)生產，但普遍存在粒度分布、細度、偏高嶺石轉化率、色澤等技術問題未達指標。為此特定設立課題，對不同品種，不同產區(qū)的高嶺土，從化學組分、結晶構造、偏高嶺石轉化率、粒度分布、白度、混濁度進行較為深入細致的研究和探討，掌握影響煅燒陶土性能的內在規(guī)律性，從而達到定點供應原礦，定點精細加工。

煅燒陶土對塑料電性能的提高效果主要由三個因素所決定，一是原料高嶺土的本身質量；二是煅燒溫度及保溫時間、煅燒方式的確定，三是高嶺土自然粒度和加工粒度的影響。因此，著重以上三個方面進行研究工作，找出最佳高嶺土原料、煅燒溫度、保溫時間、煅燒方式、粒度組成。

2 原料高嶺土的選用

將不同礦區(qū)采集的高嶺土樣品加入規(guī)定的PVC塑料配方中，制成規(guī)定尺寸的試樣，測定塑料的體積電阻率以鑒定煅燒陶土的效果。為掌握規(guī)律有意識加入部分雜質和對陶土進行洗礦、漂白等處理以提高純度并考察其效果，研究情況分述如下：

2.1 高嶺土礦的組分選擇

將不同礦區(qū)采集的樣品在600℃下煅燒成的煅燒陶土加入PVC塑料配方中，測定塑料的體積電阻率（ρV）參數見表1。

PVC塑料配方：PVC100份、DOP45份、三鹽基性硫酸鉛3份、二鹽基性亞磷酸鉛3份、二鹽基性硬脂酸鉛1份、煅燒陶土10份。

從表1可見， Al2O3%與 SiO2%越接近高嶺土的理論值（理論值Al2O339.5%，SiO246.5%），即成份越純，制得的煅燒高嶺土的電性改良效果就越好。

2.2 在高嶺土中加入其它雜質對電性改良效果的影響

高嶺土礦內含鐵鈦雜質的混入，將會影響煅燒高嶺土的色澤，尤其是褐鐵礦以及針鐵石、鈦鐵礦雜質含量高，使煅燒高嶺土對PVC塑料的顏色污染極嚴重，從而影響了它在塑料中的應用，而且鐵雜質對PVC塑料老化也會帶來不良影響。這些雜質對PVC塑料ρV的影響見表2。

從表2可以看出，Fe2O3、TiO2含量高，煅燒后白度相應地低，PVC塑料體積電阻率也下降。因此必須嚴格控制高嶺土的鈦、鐵雜質含量，試驗表明高嶺土Fe2O3+TiO2總量不應高于0.6%。

2.3 煅燒高嶺土的粒度組成對PVC塑料電性提高效果的影響

煅燒高嶺土由于失去結晶水，形成許多空穴，產生大量吸附中心，能吸附離子雜質，從而減少了PVC塑料中游離子的濃度。PVC塑料正是由于PVC樹脂聚合和加工過程中及各種配合劑帶入的離子雜質，影響了PVC塑料的絕緣性能。煅燒高嶺土的粒子越細，粒度分布范圍越窄，亦即是比表面積越大，在煅燒中所形成的空穴就越多，相應吸附離子雜質也越多，提高PVC塑料電性能的效果就越好。根據試驗煅燒高嶺土的粒度分布越細，越狹窄，即平均粒徑（D50）越小，-2μm含量越多，對于PVC塑料電性能提高越明顯。

3 高嶺土煅燒條件的確定

3.1 高嶺土在煅燒過程中的結構變化

高嶺土在煅燒過程中，在100℃左右有一個小的吸熱峰，這是由于表面的吸附水脫去引起的。從400℃左右開始在接近600℃時有一個吸熱高峰，這是由于結構中的結晶水產生的脫水反應，此時發(fā)生急劇失重反應生成偏高嶺石，隨著溫度的升高到了980℃左右又有一個放熱峰，高嶺土開始向莫來石和方石英轉化。

在600℃左右高嶺土脫去結晶水，結構發(fā)生變化，此時在脫去羥基的部位形成許多空穴，這些空穴是吸附中心，特別容易吸附離子雜質，另一觀點認為，由于脫去結構中的羥基水，使氧化硅和氧化鋁的活性提高，氧化鋁很容易溶于酸和堿及堿土金屬反應，從而減少了PVC塑料中游離子離子的濃度，從而提高了PVC塑料的電氣絕緣性能。但是如果煅燒溫度超過800℃，在980℃左右產生新的結晶物質，不具備吸附離子雜質的特性，所以對PVC塑料的電性能提高沒有效果。

3.2 煅燒溫度的確定。

不同煅燒溫度制得的煅燒高嶺土呈現不同的結構，具備相異的特性，作為PVC塑料電性改良劑的煅燒陶土，煅燒溫度必須控制恰當，對于不同煅燒溫度下制得的GG高嶺土加入PVC塑料中進行電性提高效果的測定，試驗結果列于表3。

由表3可明顯看到，對GG高嶺土的最佳煅燒溫度為600～700℃，如GG礦在750℃時，體積電阻率比不加煅燒高嶺土提高34倍。

3.3 保溫時間的選擇

煅燒高嶺土使它轉化為偏高嶺石，要有足夠的保溫時間，以便結晶水能有足夠時間逸出，根據實驗GG和MM兩種礦在到達預定的煅燒溫度后要求不少于4個小時的恒溫時間，時間過短未燒透形成所謂“欠燒”，對提高PVC塑料的電性能不利，保溫時間過長，也沒有必要，在生產中考慮成本諸因素也不可取。

4 結束語

4.1 通過對不同礦山的高嶺土進行同一溫度下煅燒后，加入到PVC塑料中的體積電阻率的變化，掌握了如何選用原料高嶺土礦。一是要求高嶺土礦的化學組成越接近純高嶺土愈好；二是要求高嶺土礦的雜質含量越少越好特別Fe2O3、TiO2雜質要嚴格控制；三是要求高嶺土礦的細度越細越好，特別是小于2μm顆粒要大于60%。

4.2 通過對高嶺土在煅燒過程中的變化分析、提高電性能的原理分析以及煅燒條件、保溫時間的選擇，確定了最佳煅燒溫度為600～700℃，恒溫時間4h為宜。