無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的研究及應(yīng)用

李曉 曹煥章 楊智偉 高志飛 吳曉軍

摘 要：聚合物材料和復(fù)合材料，例如塑料，橡膠和粘合劑，是當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)和日常使用的重要產(chǎn)品。 無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的使用可以有效改善塑料制品的理化性能，提高塑料制品的使用效率。 目前，由于無(wú)機(jī)非金屬礦物填料導(dǎo)熱系數(shù)的提高，縮短了成型周期，提高了塑料的加工性能，改善了塑料的加工性能，改性無(wú)機(jī)非金屬礦物粉末填料在我國(guó)塑料橡膠等行業(yè)的應(yīng)用正日益擴(kuò)大。 塑料的穩(wěn)定性，并提高了塑料的阻燃性。它的市場(chǎng)需求和可利用的應(yīng)用領(lǐng)域仍然非常廣闊。

關(guān)鍵詞：無(wú)機(jī);非金屬;礦物填料;應(yīng)用

一、無(wú)機(jī)非金屬礦物填料現(xiàn)狀

塑料制品是當(dāng)今人們生活中最常用的物品之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上每年塑料制品超過2億噸，而中國(guó)在使用塑料方面居世界第二。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，預(yù)計(jì)未來中國(guó)的塑料用量將繼續(xù)增加。然而，由于環(huán)境保護(hù)的需要，無(wú)機(jī)非金屬礦物填料由于其改善塑料性能的作用而受到越來越多的關(guān)注。

將無(wú)機(jī)非金屬礦物填料填充到塑料中，不僅可以降低塑料生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，而且可以提高塑料的硬度，耐高溫性，抗沖擊性等性能。基于塑料中添加的15%無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的比例，全球每年對(duì)無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的需求量接近300萬(wàn)噸。

二、無(wú)機(jī)非金屬礦物填料理化性質(zhì)

（一）物理性質(zhì)

1.硬度

無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的硬度是一個(gè)混合指標(biāo)。 一方面，填料顆粒的硬度對(duì)加工設(shè)備的磨損很重要。 但是，另一方面，無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的硬度越高，其填充的塑料產(chǎn)品的耐磨性越好。 仍然很受歡迎。 因此，需要結(jié)合具體情況確定硬度指數(shù)。

2.密度

無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的密度分為表面密度和真實(shí)密度。 真正的密度，即填料的密度與礦物的來源一致，當(dāng)填料顆粒均勻地分散到基質(zhì)中時(shí)，填料的真實(shí)密度會(huì)影響填料的密度。 在填充過程中，表面密度還受到無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的尺寸，分布，形狀，體積和其他因素的影響。 例如，將礦物質(zhì)壓碎時(shí)，較大的顆粒稱為“重鈣”，而通過化學(xué)反應(yīng)獲得的顆粒稱為“輕鈣”。 實(shí)際上，它們的真實(shí)密度是相似的，沒有輕重，但表面密度卻大不相同。

3.光學(xué)特性

為了不希望無(wú)機(jī)非金屬礦物填料影響填充塑料的顏色和透明度，因此人們通常不希望填料對(duì)基質(zhì)的顏色和光澤產(chǎn)生不利影響，因此通常希望 填料本身是無(wú)色的。 這需要對(duì)無(wú)機(jī)非金屬礦物填料粉末的光學(xué)性能進(jìn)行抽樣測(cè)試，但專門用于著色的顏料填料除外（對(duì)于大多數(shù)填料而言這是不可能的，但應(yīng)至少為白色），并且白度越高越好。 測(cè)量粉末樣品表面的反射率和白度，以確保無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的組合滿足材料要求。

4.電性能

通常，無(wú)機(jī)非金屬礦物填料是由電絕緣體制成的，但有兩種特殊情況，一種是由于周圍環(huán)境的影響，顆粒表面的堆積凝結(jié)在一層水分子，鉛上 要改變其性能，另一種是在粉碎和磨碎中使小包裝的要求很高，常常導(dǎo)致無(wú)機(jī)非金屬礦物填料帶有靜電，引起其相互吸引。因此，分散到基體中的填料的電性能可能不同于僅存在填料時(shí)所反映的電性能。

（二）化學(xué)性質(zhì)

1.化學(xué)成份

無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的化學(xué)成分會(huì)影響耐腐蝕性，樹脂結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性。 通常，有必要區(qū)分由樹脂基體組成的塑料，是耐酸材料還是耐堿材料，以匹配相應(yīng)的無(wú)機(jī)非金屬礦物填料。 避免無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的離子與塑料的離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。 在耐高溫塑料中，不適合使用無(wú)機(jī)非金屬礦物填料，例如含有三水的鋁土礦。

2.熱化學(xué)效應(yīng)

作為高聚物，塑料通常具有良好的易燃性，這可能會(huì)影響塑料的正常使用。 相反，無(wú)機(jī)非金屬礦物填料通常是不可燃的。 無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的添加降低了聚合物中可燃分子的密度，從而降低了塑料的可燃性。 降低可燃性的實(shí)際效果可以通過根據(jù)生產(chǎn)過程中的實(shí)際需要控制無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的填充比例來確定。

三、無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的應(yīng)用效益

1.用于改善塑料機(jī)械性能

在材料的硬度和模量方面，用于制造塑料的聚合物樹脂都有很大的改進(jìn)空間。 通過添加無(wú)機(jī)非金屬礦物填料，可以將無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的活性表面吸附在聚合物樹脂的聚合物鏈上，從而提高聚合物樹脂的理化性能，增強(qiáng)樹脂的強(qiáng)度，硬度和模量。 聚合物樹脂及其制成品。 但是從另一個(gè)角度來看，高分子樹脂原料具有不同的表面性能，形貌和粒徑等，結(jié)合不同的無(wú)機(jī)非金屬礦物填料的程度是不同的，因此在選擇無(wú)機(jī)非金屬礦物填料時(shí) 類型，比例和密度，再加上聚合物材料的性質(zhì)，都需要決定，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械性能的優(yōu)化。

2.用于提升塑料加工性能

通常，塑料具有良好的加工性能。 但是，填充無(wú)機(jī)非金屬礦物填料會(huì)影響塑料的加工性能。這時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩種情況：如果添加高含量，低質(zhì)量的無(wú)機(jī)非金屬礦物填料，則會(huì)降低 塑料的可加工性; 相反，如果添加適量的優(yōu)質(zhì)無(wú)機(jī)非金屬礦物填料，將改善塑料的加工性能。 因此，盡管添加無(wú)機(jī)非金屬礦物填料會(huì)降低塑料的生產(chǎn)成本，但如果添加的含量和質(zhì)量不能滿足要求，則會(huì)相應(yīng)地增加加工難度，增加生產(chǎn)成本，反之 影響。 在加工過程中，企業(yè)需要進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算和控制。

3.用于提升塑料穩(wěn)定性

塑料具有較強(qiáng)的可塑性，從外觀上看，前部易于加工，但穩(wěn)定性差。 添加無(wú)機(jī)非金屬礦物填料可有效提高塑料制品的熱穩(wěn)定性，耐溶劑性，電穩(wěn)定性，耐光熱老化性和物理性能。 隨著工業(yè)的發(fā)展和人們生活的進(jìn)步，對(duì)塑料產(chǎn)品的穩(wěn)定性提出了更高的要求。 例如，變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，要求使用具有很高絕緣性的裝置。 在生產(chǎn)過程中，有必要添加足量的優(yōu)質(zhì)無(wú)機(jī)非金屬礦物填料，以滿足其長(zhǎng)期保溫工作的需要。

4.用于提升塑料阻燃性

塑料通常具有良好的易燃性。 并對(duì)當(dāng)代工業(yè)和生活對(duì)防火耗材的性能提出了很高的要求。 改善塑料的阻燃性已成為塑料產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型方向。 使用反應(yīng)性阻燃劑，有機(jī)添加劑阻燃劑等，成本非常高。 使用無(wú)機(jī)非金屬礦物填料，提高塑料的阻燃性，不僅具有良好的熱穩(wěn)定性，而且在阻燃過程中不會(huì)產(chǎn)生沉淀，無(wú)毒無(wú)害，其阻燃作用具有持久性，是 最廣泛使用的塑料阻燃手段。

參考文獻(xiàn)

[1]陶靖，辛淑敏，黃科林.膨潤(rùn)土的性質(zhì)及應(yīng)用[J].大眾科技，2012，3.

[2]鄭玉琴.非金屬礦物的表面改性技術(shù)及其在橡膠工業(yè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2015，5.

[3]任會(huì)學(xué)，姜佳慧，高志敏.非金屬礦物改性及吸附重金屬離子的研究進(jìn)展[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，5.

[4]孫金陸，甄衛(wèi)軍.滑石粉、氧化鋅柱撐有機(jī)皂石復(fù)合填料對(duì)聚乳酸結(jié)晶及性能的影響[J].中國(guó)塑料，2014，11.

[5]魯光輝，劉杰，申保磊.陶土橡膠填料的表面改性配方研究[J].非金屬礦，2012，1.