中國粉體網(wǎng)訊 塑料的填充改性是指在樹脂中加入低成本的填料從而降低聚合物制品成本的一類復(fù)合技術(shù)，其首要目的往往是降低成本。但既然是填充改性，填充之后提高某些性能也是可以實(shí)現(xiàn)的。
在熱塑性塑料中，填充可以改善復(fù)合制品的耐熱性、剛性、硬度、尺寸穩(wěn)定性、耐蠕變性、耐磨性、阻燃性、消煙性及可降解性，降低成型收縮率以提高制品精度；在熱固性塑料中，除前述的性能改善外，對(duì)某些樹脂是加工中必不可少的補(bǔ)強(qiáng)材料，如不飽和樹脂、酚醛樹脂及氨基樹脂等都需要進(jìn)行填充補(bǔ)強(qiáng)。
一、傳統(tǒng)塑料填充改性VS新型塑料填充改性
傳統(tǒng)塑料填充改性最大缺點(diǎn)為在降低制品成本的同時(shí)，導(dǎo)致制品某些性能的下降甚至是大幅度下降和密度大幅度提高，其中最明顯的下降性能有沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、透明性及制品表面光澤度等。新型塑料填充改性最大的優(yōu)點(diǎn)為既可以降低成本又可以改善性能。這是因?yàn)殡S著填料品種的不斷開發(fā)和粒度的不斷細(xì)化，隨著聚合物填充包覆技術(shù)的不斷發(fā)展，聚合物的填充完全可以實(shí)現(xiàn)改性功能。
對(duì)塑料填充影響最大的技術(shù)有如下兩項(xiàng)。一是超細(xì)填料和納米填料的開發(fā)。眾所周知，常規(guī)粒度填料的加入會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的大幅度下降，而超細(xì)填料和納米填料的加入不但復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度不會(huì)下降，反而會(huì)有不同程度的升高，這就是剛性增韌和增強(qiáng)技術(shù)。此外，超細(xì)粉體還具有比表面積大、表面活性高、化學(xué)反應(yīng)速率快、燒結(jié)溫度低且燒結(jié)體強(qiáng)度高、遮蓋率高等優(yōu)良的物理化學(xué)性能，加工及應(yīng)用范圍也進(jìn)一步擴(kuò)寬。
我國超細(xì)粉碎設(shè)備是伴隨著現(xiàn)代高技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來的新興產(chǎn)業(yè)。目前所生產(chǎn)的機(jī)種類型與國外相差不大，國際上成熟的機(jī)型在我國幾乎都能生產(chǎn)，基本上能滿足國內(nèi)市場日益增長的需求。目前常見的超細(xì)粉碎設(shè)備類型主要有高速機(jī)械沖擊磨、氣流磨、攪拌磨、振動(dòng)磨、旋轉(zhuǎn)筒式磨、塔式磨、旋風(fēng)自磨機(jī)、離心磨、高壓射流粉碎機(jī)等。
各型磨機(jī)的粉碎原理及適用范圍
超細(xì)粉碎設(shè)備按粉碎方式不同可分為干式和濕式兩種，在工業(yè)上多用濕式方式，如濕式攪拌磨等，干式粉碎設(shè)備以氣流式粉碎機(jī)、高速機(jī)械沖擊磨、旋風(fēng)自磨機(jī)等為主，也有干、濕兩用的介質(zhì)攪拌磨、旋轉(zhuǎn)筒式磨、高壓射流粉碎機(jī)等�？傮w來看，設(shè)備的大型化、高效化、節(jié)能化和超細(xì)研磨是當(dāng)今設(shè)備設(shè)計(jì)開發(fā)的主要趨勢(shì)。
二是填料表面的多功能復(fù)合處理技術(shù)：填料表面的處理技術(shù)發(fā)展越來越快，其發(fā)展經(jīng)歷了從硬脂酸→單一偶聯(lián)劑→多功能偶聯(lián)劑→大分子偶聯(lián)劑→相容劑→復(fù)合偶聯(lián)劑的歷程，使填料與樹脂的結(jié)合力越來越大，對(duì)制品性能的提高幅度也越來越大。目前礦物粉體表面改性常用的方法有干法和濕法兩類，包含有機(jī)表面改性、無機(jī)表面（沉淀包覆）改性、機(jī)械力化學(xué)改性、插層改性以及復(fù)合（無機(jī)/有機(jī)復(fù)合、機(jī)械力化學(xué)/有機(jī)或無機(jī)復(fù)合）改性等。
非金屬礦物粉體表面改性常用的表面改性劑、表面改性設(shè)備及應(yīng)用
填料在填充前都要處理嗎?其實(shí)，并非如此。是否進(jìn)行處理，要看具體情況而定。
一方面看填充量大小，填充量較小時(shí)，可不進(jìn)行處理；二方面要看填料的粒度大小，如果粒度小于800目其自身分散性就很好，就不需要進(jìn)行偶聯(lián)處理；三方面看對(duì)復(fù)合制品的性能要求，如對(duì)性能要求很低，也可不進(jìn)行處理；四是要看填料出廠時(shí)的表面處理狀態(tài)，如果沒有處理或者只用水性表面活性劑進(jìn)行分散處理還需要進(jìn)行偶聯(lián)處理，如果只用硬脂酸處理有時(shí)還需要進(jìn)一步用偶聯(lián)劑處理，如果用偶聯(lián)劑處理基本上可以不進(jìn)行處理。對(duì)填料進(jìn)行表面處理，目的使表面從親水性變成疏水性，在高填充或復(fù)合材料性能要求高的場合是必要的。
二、塑料填充的正面改性作用
1、填料的共同改性性能
①提高復(fù)合材料的剛性：具體體現(xiàn)在彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、硬度等性能指標(biāo)上。填料中二氧化硅的含量越高，剛性改性效果就越明顯。各類填料剛性改性大小依次為二氧化硅（提高120%）＞云母（提高100%）＞硅灰石（提高80%）＞硫酸鋇（提高60%）＞滑石粉（提高50%）＞重質(zhì)碳酸鈣（提高30%）＞輕質(zhì)碳酸鈣（提高20%）。
②提高復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性：具體體現(xiàn)在降低收縮率、降低翹曲、降低線膨脹系數(shù)、降低蠕變、增加各向同性程度，尺寸穩(wěn)定效果大小依次為球形填料＞顆粒填料＞片狀填料＞纖維狀填料。
③提高復(fù)合材料的耐熱性：具體性能指標(biāo)為熱變形溫度，如熱變形溫度隨滑石粉含量增加而提高。
④提高復(fù)合材料熱穩(wěn)定性：無機(jī)粉體可以不同程度吸收促進(jìn)分析物質(zhì)，從而降解熱分解程度。此外，無機(jī)填充還可以提高復(fù)合材料耐磨性、提高硬度等。
2、填料的特殊改性性能
之所以稱為填料的特殊改性性能，是因?yàn)橛械奶盍嫌�、有的填料沒有這些改性功能，對(duì)同一種填料不同條件下可能有、可能沒有改性功能。
①提高復(fù)合材料拉伸和沖擊性能：無機(jī)粉體并不能總是提高復(fù)合材料拉伸和沖擊性能，只有在達(dá)到特殊條件才可以提高，而且提高幅度也并不大。無機(jī)填料達(dá)到一定細(xì)度后，填料表面包覆處理得好、復(fù)合體系中添加相容劑后，可以改善復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。不同填料品種的改善效果不同，對(duì)沖擊強(qiáng)度玻璃微珠＞硫酸鋇＞輕質(zhì)碳酸鈣＞重質(zhì)碳酸鈣＞滑石粉，對(duì)拉伸強(qiáng)度硅灰石＞滑石粉＞重質(zhì)碳酸鈣＞輕質(zhì)碳酸鈣。
②改善復(fù)合材料的流動(dòng)性：絕大多數(shù)無機(jī)粉體都可以提高復(fù)合材料的流動(dòng)性，但滑石粉卻降低復(fù)合材料的流動(dòng)性。
③改進(jìn)復(fù)合材料光學(xué)性能：無機(jī)粉體可以提高復(fù)合材料的遮蓋性、消光性和散光性，如鈦白粉就是典型的強(qiáng)遮蓋力強(qiáng)無機(jī)顏料。
④提升復(fù)合材料燃燒環(huán)保性能：一是無機(jī)粉體材料可以使復(fù)合材料燃燒透徹，原因?yàn)槿紵龝r(shí)會(huì)產(chǎn)生裂縫，增加氧氣接觸面積；二是無機(jī)粉體在復(fù)合材料燃燒時(shí)可以吸收部分毒氣體，降低毒氣排放量；三是無機(jī)粉體提高了復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)性能，使燃燒更加迅速，縮短燃燒時(shí)間。
⑤促進(jìn)復(fù)合材料的阻燃性：并不是所有的無機(jī)粉體對(duì)阻燃都有所幫助，只有含硅元素的無機(jī)粉體有助于阻燃性提高，可以作為阻燃協(xié)效劑。具體原因在含硅材料燃燒時(shí)可以在燃燒物表面形成阻隔層，減少氧氣接觸材料表面的概率，具體含硅填料品種如滑石粉、硅灰石、云母、硅藻土、分子篩、白炭黑等。而碳酸鈣、硫酸鋇等非含硅無機(jī)粉體反而影響阻燃性發(fā)揮，原因?yàn)楹刑妓徕}的復(fù)合材料在燃燒時(shí)會(huì)因樹脂膨脹而產(chǎn)生縫隙，從而增加復(fù)合材料接觸氧氣的機(jī)會(huì)。例如，含有30%碳酸鈣的聚乙烯復(fù)合薄膜燃燒時(shí)間為4s，而純聚乙烯薄膜的燃燒時(shí)間為12s，兩種相差3倍之多。
⑥優(yōu)化復(fù)合材料的其他性能：成核劑作用，當(dāng)滑石粉的粒度小于1μm時(shí)，在PP中可以起到無機(jī)成核劑的作用。阻隔紅外線作用，本身含有硅的無機(jī)粉體如滑石粉、高嶺土、云母都具有良好的紅外線和紫外線阻隔性能。透過X射線功能只有硫酸鋇具有，可以用于醫(yī)學(xué)上鋇透視的顯影劑。表面性能提高，可以改善復(fù)合材料的電鍍性、開口性和印刷性能。熱傳導(dǎo)性能，可以提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
結(jié)語
粉體對(duì)塑料填充改性的作用有目共睹，關(guān)于填充改性的配方也有很多技術(shù)是圍繞粉體顆粒吸液性質(zhì)、形狀、粒徑等性質(zhì)展開的。不過，粉體填充改性有正面作用，也有負(fù)面作用，而且負(fù)面作用的由來也在這些性質(zhì)當(dāng)中，逆向思維下也有很高的研究價(jià)值，也是促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的重要因素，在技術(shù)和裝備研發(fā)過程中也應(yīng)該予以重視。
參考文獻(xiàn)：
李建軍主編《塑料配方設(shè)計(jì)（第三版）》中國輕工業(yè)出版社
鄭水林、孫志明編著《非金屬礦物加工與應(yīng)用（第四版）》
周春暉主編《碳酸鈣清潔加工和產(chǎn)品鏈》化學(xué)工業(yè)出版社
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