1 前言
無機(jī)粉體資源豐富、價格低廉、性能優(yōu)異，在塑料制品中己得到了廣泛應(yīng)用，已成為重要的填充、改性、增強材料，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。
2 無機(jī)粉體在塑料中的應(yīng)用品種
無機(jī)粉體材料可按化學(xué)成分、礦物組成、顆粒幾何形狀、用途特性等進(jìn)行分類。分類情況如下：
2.1 碳酸鈣
碳酸鈣資源豐富，價格低廉，性能優(yōu)異，己成為塑料中應(yīng)用量最大、應(yīng)用領(lǐng)域最廣的無機(jī)粉體材料。碳酸鈣分為重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣。
重質(zhì)碳酸鈣是把天然礦石用機(jī)械磨碎得到的粉體，它的密度2.7g/cm3。輕質(zhì)碳酸鈣是通過化學(xué)反應(yīng)得到的沉淀碳酸鈣，它的密度約為1 .2～1 .9g/ cm3。粉體的堆積密度與真實密度具有較大差異。
2.1.1 碳酸鈣在塑料中的應(yīng)用特點
碳酸鈣作為無機(jī)填料在塑料中使用具有以下優(yōu)勢：
(1)價格低廉。
(2)無毒、無味、無刺激性。
(3)色白，易著色，對其它顏色干擾小。
(4)硬度較低（莫氏硬度3），對加工設(shè)備及模具的磨損輕。
(5)化學(xué)穩(wěn)定性好，和大多數(shù)塑料和助劑不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
(6)熱穩(wěn)定性好，熱分解溫度在800℃以上。
(7)易干燥，不含結(jié)構(gòu)水。
2.1.2 碳酸鈣在塑料中的應(yīng)用
PVC板材、片材、裝飾材料、型材、管材等產(chǎn)品是使用輕鈣最早最普遍的塑料制品，目前有的廠家開始使用重鈣，生產(chǎn)環(huán)境和加工成本都有明顯改觀。
隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，碳酸鈣在塑料制品中的添加量和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，大約有80%的PP、PE制品添加碳酸鈣填充改性母料，重鈣在PS、ABS的片材、包裝材料、注塑等方面也得到應(yīng)用。
不同粒徑碳酸鈣對復(fù)合材料性能的影響
| 碳酸鈣粒徑（目） |
拉伸強度（MPa） |
斷裂伸長率（%） |
缺口沖擊強度（KJ/m2） |
彎曲強度（KJ/cm2） |
| 400 |
110 |
164 |
6.5 |
208 |
| 800 |
122 |
186 |
7.0 |
245 |
| 1250 |
130 |
210 |
8.1 |
266 |
| 2250 |
108 |
180 |
6.9 |
221 |
“石頭紙”是目前熱議的節(jié)能環(huán)保項目，它是由60070~-75%無機(jī)粉體和少量合成樹脂、化學(xué)助劑經(jīng)改性加工而成，應(yīng)稱為合成紙。目前我國合成紙的生產(chǎn)應(yīng)用尚處在研究、試用、推廣階段，在技術(shù)、人才、應(yīng)用等方面尚需認(rèn)真研究、科學(xué)決策。
2.2 滑石粉
滑石粉在我國主要分布在廣西桂林、山東棲霞和遼寧海城等地區(qū)。目前，由于礦藏量急劇減少，滑石的品質(zhì)也受到一定的影響。
2.2.1 滑石粉在塑料中的應(yīng)用特點
(1)滑石的密度為2.7~2.8g/cm3，與重鈣相近。
(2)滑石的莫氏硬度為1，在無機(jī)粉體中硬度最低，對設(shè)備磨損最小。
 (3)滑石呈層狀結(jié)構(gòu)，相鄰的兩層靠微弱的范德華力結(jié)合，在外力作用下，相鄰兩層之間極易滑移或相互脫離。因此，滑石粉在塑料加工中，在機(jī)械設(shè)備的摩擦、擠壓等作用下，滑石粉顆粒極易層層剝離開從而形成新的顆粒結(jié)構(gòu)并團(tuán)聚，雖然經(jīng)過偶聯(lián)劑或其它化學(xué)表面處理技術(shù)，但達(dá)到較好的表面活化改性效應(yīng)尚需采取特殊工藝。
(4)滑石對塑料產(chǎn)品顯著的增強作用主要來自于其獨特的微觀片狀結(jié)構(gòu)。加工后的滑石粉片狀結(jié)構(gòu)保持的越完整，其增強效果越明顯。較大的徑厚比（片狀顆粒平均直徑與其厚度之比）可提高塑料制品的剛性、沖擊強度、彎曲模量和熱穩(wěn)定性。
（5）高品質(zhì)超微細(xì)滑石粉成片狀結(jié)構(gòu)，用于塑料制品時，可均勻的成層疊狀分散在樹脂中。如同水泥制品中嵌入的金屬結(jié)構(gòu)網(wǎng)，能夠在保持塑料的自身優(yōu)點外，形成力學(xué)性能優(yōu)異的增強支撐形態(tài)，可提高塑料制|品的物理性能，還具有明顯的保溫、阻隔作用。
（6）滑石的pH值為9.0～9.5，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐弱酸、堿、鹽。
（7）滑石的顏色有白、灰綠、奶白、淡紅、淺藍(lán)、淺灰等，有的還有珍珠或脂肪光澤。對塑料用的滑石粉往往希望白度越高越好，在粉碎時，各種滑石都成為一種由灰到白的粉末，并呈現(xiàn)不同程度的固體光澤，但在塑料制品中應(yīng)用后，會發(fā)生顏色的微量變化。
（8）滑石和云母、高嶺土等含硅（Si）的礦物都具有紅外線和紫外線的阻隔性，在塑料制品中具有明顯的保溫、耐老化等效果。
(9)滑石的滑膩感十分明顯，加入滑石粉的塑料開口性明顯改善，還可以改善薄膜的防粘連性。
(10)當(dāng)超微細(xì)的滑石粉（1微米以下）均勻分散在塑料基體之中時，能起到成核劑的作用。
2.2.2 滑石粉在塑料中的應(yīng)用要求
《GB15342_1994塑料用滑石粉技術(shù)指標(biāo)》規(guī)定了主要應(yīng)用指標(biāo)要求，在實際應(yīng)用中還應(yīng)注意以下幾點：
SiO2含量：滑石粉中的硅( SiO2)含量是衡量滑石粉品位的重要指標(biāo)。要根據(jù)不同的塑料制品性能要求來選擇滑石粉，如在薄膜中加入的滑石粉硅含量應(yīng)高些，粒徑小、粒度分布窄，才能使薄膜的透光率高、拉伸強度、抗穿刺性等指標(biāo)有明顯改善。而在注塑、板材、棒材中硅含量要求不必過高，硅含量較低的滑石粉價格較低，同時資源豐富。
流動性：在擠出過程中，滑石比其他顆粒狀無機(jī)村料流動性差，分散困難，螺桿扭矩大，所以采用較好的活化助劑是克服以上問題的關(guān)鍵。
靜電：滑石呈層狀結(jié)構(gòu)，比表面積大，顆粒形狀的不規(guī)則性和表面的凸凹形態(tài)使它的摩擦系數(shù)大、易產(chǎn)生靜電，造成微小顆粒之間的凝聚，難以分散，影響應(yīng)用效果。采用靜置存放消除靜電工藝，既簡單實用，又便于操作。在其他無機(jī)粉體中也可參照此工藝。
2.2.3 滑石粉在塑料中的應(yīng)用領(lǐng)域
滑石粉可廣泛用于PP、PE. PS. PA. ABS. PC、PVC等樹脂。滑石粉在降低塑料制品生產(chǎn)成本的同時，還具有顯著改善塑料制品的剛性、耐熱性、抗蠕變性，降低收縮率等優(yōu)點。
滑石粉可改變太陽光波照射方向，使直射光轉(zhuǎn)變?yōu)樯⑸涔猓韪糇贤饩€照射，改善塑料制品耐老化和降解性能，提高使用壽命。
在飛機(jī)、航空、航天、軍工等塑料制品中，滑石粉的耐化學(xué)性、高低溫穩(wěn)定性及優(yōu)異的機(jī)械性能都得到了認(rèn)可。
在中空制品中添加適量的滑石粉，可降低生產(chǎn)成本，減小收縮率，改善剛度，提高制品使用壽命。
滑石粉廣泛應(yīng)用于汽車保險杠、儀表盤飾件、內(nèi)裝飾面板、管類、隔熱板及塑料零件等，可提高塑料制品的沖擊強度，改善高溫下的抗蠕變性能，降低收縮率，賦予制件表面質(zhì)量更加優(yōu)良，外觀更加華麗，觸摸感更適宜，
滑石粉在注塑制品中應(yīng)用可明顯改善注塑產(chǎn)品的力學(xué)性能，降低注塑零件的澆口、邊緣等收縮造成的凹陷，改善外觀效果及手感性。
滑石粉還能改善家電產(chǎn)品的質(zhì)量及外觀，特別是在耐老化、防曬、褪色、隔熱、保溫、阻燃、隔音及改善產(chǎn)品特殊功能方面，有著不可替代的優(yōu)勢和特性。
2.3 硅灰石
2.3.1 硅灰石在塑料中的應(yīng)用特點
硅灰石屬天然的硅酸鈣(CaSiO3)，呈淺白色針狀結(jié)構(gòu)，加工后的硅灰石長徑比（L/D）可達(dá)15/1，是塑料中纖維狀的無機(jī)增強填料，具有極好的抗張強度和抗撓曲強度，并且具有特別好的耐濕性能。
硅灰石具有資源豐富、價格低廉等優(yōu)勢，是塑料增強改性新的無機(jī)材料，雖然在塑料制品中受其白度和加工工藝等方面的制約，但隨著它的特性逐漸被人們所認(rèn)識，應(yīng)用范圍和用量也有較快的增長。
2.3.2 硅灰石在塑料中的應(yīng)用領(lǐng)域
硅灰石可廣泛用于PET. PA. PE. PP. ABS等樹脂，它的許多性能與滑石、石棉和云母等無機(jī)粉體相類似，硅灰石作為塑料中的無機(jī)填料，采用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面活化改性處理，以提高或保證不同材料界面相容效果。
值得注意的是硅灰石粉填充的材料吸水性顯著降低，這個特點可以改進(jìn)吸水性較強的尼龍制品在潮濕環(huán)境下因吸水而導(dǎo)致強度和模量下降的缺點。
 硅灰石是較為完整的針狀結(jié)構(gòu)，可作為樹脂的增強材料以改進(jìn)塑料復(fù)合物的性能。硅灰石填充的聚合物體系的撓曲強度和抗張強度優(yōu)于其他許多填料填充的聚合物體系。在暴露于紫外光和水浸漬的條件下，硅灰石填充的體系有優(yōu)異的性能。
硅灰石用于大型塑料管材、片材、薄膜、中空及注塑等產(chǎn)品中，可明顯改善塑料制品拉伸強度、環(huán)剛度、撓曲性及收縮率等，還可提高耐熱性和阻隔性，是塑料制品中新的無機(jī)改性材料品種之一。
2.4 硫酸鋇
2.4.1 硫酸鋇在塑料中的應(yīng)用特點
將天然礦石（重晶石）經(jīng)粉碎、水洗、干燥后制得為重晶石粉（也稱重質(zhì)硫酸鋇），呈白色或灰色粉末，密度為4.3～4.6g/cm3。
重晶石加熱至1100℃還原生成可溶性硫化鋇，再與硫酸或硫酸鈉作用生成沉淀硫酸鋇（也稱輕質(zhì)硫酸鋇），粒徑細(xì)，白度可達(dá)92度以上。硫酸鋇具有比重大、光澤好、熱穩(wěn)定性好和加工性能優(yōu)異等特點。
2.4.2 硫酸鋇在塑料中的應(yīng)用
硫酸鋇獨特優(yōu)異的性能，使其應(yīng)用十分廣泛，成為塑料制品新的功能改性材料之一。硫酸鋇具有提高塑料制品的耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性、改善產(chǎn)品外觀等特點。硫酸鋇可用于PP. ABS. PA. PET等樹脂生產(chǎn)的家電外殼、機(jī)械零件、汽車部件、空調(diào)面板、電熱壺外殼等。
 硫酸鋇還可以增加塑料制品的比重，改善塑料的耐磨性、耐老化性，提高光亮效果等，擴(kuò)大塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域。
2.5 云母
2.5.1 云母在塑料中的應(yīng)用特點
云母指的是天然白云母，是一種具有獨特結(jié)構(gòu)的層狀鋁硅鹽酸礦物，單斜晶系，晶體呈假六方片狀，白云母薄片透明無色，厚片略帶淺綠、黃、橙等色，玻璃光澤，解理面呈珍珠光澤，硬度2.5-3.1，比重2.76-3.10g/cm3。
2.5.2 云母在塑料中的應(yīng)用領(lǐng)域
云母可改善塑料的物理性能：云母具有較好的增強作用，可提高機(jī)械部件、車輛零件。術(shù)塑制品、家電外殼、包裝制品、薄膜、拉絲和繩索等塑料產(chǎn)品的物理性能。
云母可改善塑料的氣密性：云母粉具有優(yōu)異的薄片狀晶形，有效阻隔面積很大。在塑料加工中，經(jīng)過壓延、拉伸等作用，云母晶片取向既可在塑料內(nèi)形成平行取向排列，與氣體、液體的滲透方向相垂直，從而在塑料等材料內(nèi)形成層層阻隔，使氣體和液體極難穿透。
在塑料中加入云母粉后，可以用來生產(chǎn)啤酒瓶、藥物包裝瓶、防潮防滲漏材料以及特種塑料包裝材料。
云母可改善塑料的光學(xué)性能：云母晶片具有反射、散射紅外線和吸收、屏蔽紫外線等功能。在農(nóng)膜中加入云母粉，可阻隔紅外光向外散失，還能散射紫外光，提高大棚、地膜的保溫效果。
在塑料包裝材料中加入片狀結(jié)構(gòu)的云母粉，可屏蔽光輻射。用于藥品、化妝品、食品等產(chǎn)品的包裝，起 到屏蔽光輻射的效能，以改善產(chǎn)品儲存效果。
云母可改善塑料制品的絕緣性能：云母本身是高性能絕緣材料，具有極高的電阻性。在塑料中添加片徑比大的云母粉，可有效提其絕緣性，還可改善塑料制品的耐熱性等。
2. 6 沸石
沸石( Zeolite)最早發(fā)現(xiàn)于1756年。沸石是沸石族礦物的總稱，是一種架狀含水的堿或堿土金屬鋁硅酸鹽礦物，密度為1 .92～2.80g/cm3，莫氏硬度為5～5.5。
由于天然沸石是一種最典型的具有納米介孔結(jié)構(gòu)的非金屬礦，可作為制造納米結(jié)構(gòu)組裝材料的載體與媒介，正日益受到科技界的密切關(guān)注。
沸石晶體的大量孔穴和孔道，使沸石具有很大的比表面積，具有很強的選擇性吸附能力；天然沸石還有著良好的耐酸性和熱穩(wěn)定性，具有在水溶液中與其他陽離子進(jìn)行可逆交換的性質(zhì)；沸石的催化性能表現(xiàn)為當(dāng)某些反應(yīng)物質(zhì)寄附于沸石晶體內(nèi)部孔穴的表面上時，其反應(yīng)速度有所加快，且反應(yīng)生成的新物質(zhì)又可以從沸石內(nèi)部擴(kuò)散釋放出來，所以沸石在化工、環(huán)保方面作為分子篩廣泛用作吸附劑、離子交換劑、催化劑、凈化處理劑等等。
沸石是近年來塑料界關(guān)注的新的改性材料，沸石的比重、納米微孔結(jié)構(gòu)及它的吸附性和耐化學(xué)穩(wěn)定性可為塑料制品擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域提供新的發(fā)展空間，特別是在有害氣體吸附、家居裝飾、汽車內(nèi)飾、鞋體材料等方面進(jìn)行了諸多研究，取得了令人驚喜的效應(yīng)。
2.7其他無機(jī)粉體在塑料中的應(yīng)用
高嶺土可提高玻璃化溫庋較低的熱塑性塑料的拉伸強度和模量，提高塑料制品的剛性和強度，加入到聚丙烯中還可以起到成核劑作用。高嶺土對紅外線的阻隔作用非常顯著，在軍事器材上已得到應(yīng)用，在薄膜中應(yīng)用可提高保溫效果。
高嶺土在煅燒后可明顯提高塑料的電絕緣強度，可用于電線、電纜及耐高壓絕緣產(chǎn)品，在長距離特高壓電力輸送方面有著廣闊的研究發(fā)展。高嶺土顆粒具有極強的凝聚傾向，采用表面活化處理技術(shù)才能達(dá)到均勻分散的目的。
木粉、竹粉、秸稈粉與塑料復(fù)合生產(chǎn)成木塑制品，在國內(nèi)外得到了大量的推廣應(yīng)用，因來源豐富、價格低廉受到用戶青睞，但它的耐熱性是制約用量和用途的主要瓶頸。
玻璃微珠（電廠粉煤灰）具有比重小、硬度大、流動性好等優(yōu)點，可用于注塑、中空等塑料制品的填充改性。
3 無機(jī)粉體在塑料中的應(yīng)用工藝
3.1 無機(jī)粉體表面處理工藝
無機(jī)粉體大多屬親水性材料，合成樹脂屬親油性材料，如果用簡單的機(jī)械物理方法使其共混；兩種不同性質(zhì)的材料既不能交聯(lián)，甚至還會呈“對立結(jié)構(gòu)”，怎樣使兩種不同性能的材料能夠較好地相容在一起，充分發(fā)揮各自的功能，已成為人們關(guān)注的重點。
采用表面活化改性技術(shù)，加入適量的助劑，在一定的溫度、壓力、摩擦、時間等作用下，使親水性無機(jī)粉體轉(zhuǎn)換為親油性材料，無機(jī)粉體與有機(jī)材料可“親密，，地成為牢固地結(jié)合體。
表面活化改性工藝技術(shù)，可大大提高無機(jī)粉體在塑料中用量的同時，還可明顯改善塑料制品的物理性能和加工性能，有效地擴(kuò)大無機(jī)粉體在塑料中的應(yīng)用領(lǐng)域和添加量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
3.2 無機(jī)粉體的應(yīng)用性能指標(biāo)
水分及易揮發(fā)物：無機(jī)粉體的水分及易揮發(fā)物是影響塑料制品質(zhì)量非常重要的指標(biāo)，在生產(chǎn)工藝中一般要求不大于0.3%，如果水分過大，需先干燥后再進(jìn)行活化改性。
白度和色相：無機(jī)粉體和塑料混煉后使塑料的顏色或多或少會發(fā)生變化。深色塑料產(chǎn)品對加入的無機(jī)粉體白度沒有太高的要求。但為使淺色產(chǎn)品具有比較好的顏色，無機(jī)粉體要有較高的白度和適宜的色相。
表面性質(zhì)：無機(jī)粉體隨其礦產(chǎn)來源不同而呈現(xiàn)不同的表面性質(zhì)。比表面積和吸油率在很大程度上決定于礦產(chǎn)資源和產(chǎn)品細(xì)度。影響這些性質(zhì)的其它因素有顆粒表面粗糙度、顆粒形狀以及孔隙體積等。
幾何特征：無機(jī)粉體的顆粒形狀由材料本身而決定，但顆粒的幾何形狀對塑料制品材料的物理機(jī)械性能有著重要的影響。針狀、棒狀、片狀無機(jī)粉體，拉伸強度大、沖擊強度好，而流動性較差。方型、球型、塊狀無機(jī)材料則反之。
粒度分布：無機(jī)粉體的粒度分布對塑料制品的外觀、力學(xué)性能、吸油率及加工工藝的影響很大。塑料制品
4 無機(jī)粉體在塑料中的應(yīng)用前景
隨著先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，無機(jī)粉體、化工助劑和加工工藝的有機(jī)結(jié)合，在不同高分子材料中實現(xiàn)了填充、增強、增韌、防沉降、抗靜電、紫外線吸收、電磁屏蔽、消音、抗震等功能，發(fā)揮出更大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。
(1)通用塑料工程化。在熱塑性塑料中加入無機(jī)粉體通過填充、共混、增強和發(fā)泡等改性工藝技術(shù)可提高塑料的物理性能和化學(xué)穩(wěn)定性，使通用塑料工程化，達(dá)到降低成本、提高性能、滿足使用要求的效果。如汽車零配件、電子電氣部件和辦公自動化產(chǎn)品等，還在交通、航空、軍事等方面有較廣泛的發(fā)展前景。
(2)工程塑料高性能化。將工程塑料與一種或多種無機(jī)材料、化學(xué)助劑等，通過改性工藝，使各組分的性能相互取長補短，從而達(dá)到提高性能和多功能化的目的。這些材料“合金”在高科技工業(yè)中使用后，具有質(zhì)量輕、強度商、性能優(yōu)等特點，成為航空、航天、汽車、鐵路、機(jī)械零部件、醫(yī)用材料等方面的新型功能材料。
(3)無機(jī)粉體納米化。無機(jī)粉體在塑料中得到廣泛應(yīng)用，無機(jī)粉體的功能隨著粒度的超細(xì)化而逐漸凸現(xiàn)，利用無機(jī)納米粉體改性后的塑料具有很多獨特性能，給塑料工業(yè)的發(fā)展帶來新的發(fā)展機(jī)遇及應(yīng)用空間。無機(jī)納米粒子在塑料中的加入量一般為3%-5%可賦予塑料新的功能，改善塑料的耐老化性、阻燃效果，提高塑料的熱變化溫度、耐磨耗性能等。
(4)塑料制品環(huán)?；?/strong>。隨著人們的環(huán)保意識增強、環(huán)保法規(guī)日趨完善，塑料的可再生利用、環(huán)境可消納性、可降解、無毒、無味、無污染等保護(hù)環(huán)境的理念成為塑料工業(yè)的重要發(fā)展方向，無機(jī)粉體可提高能源源節(jié)約和合理利用，促進(jìn)綠色環(huán)保低碳節(jié)能社會的發(fā)展。
(5)無機(jī)粉體應(yīng)向功能化、綠色化、微細(xì)化方向發(fā)展。加強相關(guān)行業(yè)的關(guān)聯(lián)度，擴(kuò)大不同行業(yè)及產(chǎn)品的相互交流合作，加快研究發(fā)展無機(jī)粉體的粒度精細(xì)分級、表面功能改性、綠色低碳、無污染、無雜質(zhì)的新型工藝技術(shù)，拓展在光、電、聲、磁、生物、信息、醫(yī)學(xué)、航空航天、國防軍事等方面的應(yīng)用。提升無機(jī)粉體的認(rèn)知度和美譽度，為我國建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會發(fā)揮積極作用。
注：本文是由徐同考教授在2014中國非金屬礦科技與市場交流大會上的專題報告匯總而成，轉(zhuǎn)載請注明出處。
徐同考，1955年6月18日生于河北省平鄉(xiāng)縣。無黨派，自學(xué)成才，教授級高級工程師。現(xiàn)任中國塑料加工工業(yè)協(xié)會副會長、中國塑協(xié)改性塑料專委會副理事長、政協(xié)平鄉(xiāng)縣副主席。他無私奉獻(xiàn)，足跡遍布全國，奉獻(xiàn)技術(shù)300余項、解決技術(shù)難題1200余個、培訓(xùn)專業(yè)人才近萬名，是我國改性塑料方面的著名專家。二十多年來，他多次組織全國改性塑料行業(yè)會議，積極參與國家行業(yè)發(fā)展規(guī)劃制定，被天津、福建、遼寧、廣西等省、市、區(qū)及20多家單位聘為科技專家。為我國改性塑料的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)，被中國塑料加工工業(yè)協(xié)會聘為專家，多次被評為全國行業(yè)先進(jìn)工作者。
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