1 前言
硅灰石是天然的硅酸鈣（CaSiO3），呈淺白色針狀結(jié)構(gòu)，是一種無毒、無味、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小的惰性纖維狀礦物材料，可用于塑料的增強(qiáng)改性，在塑料中硅灰石的礦產(chǎn)資源、價(jià)格成本、性能指標(biāo)、應(yīng)用工藝均有明顯的優(yōu)勢。
近年來隨著市場及技術(shù)應(yīng)用的需要,越來越多的無機(jī)礦物被添加到塑料制品中,以改善塑料制品的某些性能并在一定程度降低生產(chǎn)成本.無機(jī)礦物粉體因其粒子形狀不同,其應(yīng)用特點(diǎn)也不盡相同。我們經(jīng)過多年的試驗(yàn)、研究和應(yīng)用，將針狀結(jié)構(gòu)的硅灰石在特殊設(shè)備加工后，使其保持較大的長徑比，在PA、PP、PE、PVC、ABS、PS、PC 等多種樹脂中添加不同比例后，塑料制品的各項(xiàng)物理性能和耐熱穩(wěn)定性均有明顯的改善。在板材、片材、管材、中空、吹塑、注塑及各種零部件中得到推廣應(yīng)用，可提高塑料制品的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和熱變形溫度，降低模塑收縮率，改善塑料制品的翹曲變形，阻隔紫外線降低生產(chǎn)成本等，得到了業(yè)界的認(rèn)可。
2 硅灰石的物理性能
硅灰石屬天然的白色硅酸鈣，化學(xué)式CaSiO3，比重2.9g/cm3，莫氏硬度4.5，折射率1.63，化學(xué)成分見表1。
采用獨(dú)特的加工工藝，使硅灰石保持較好的短纖維狀結(jié)構(gòu)，長徑比達(dá)15:1~20:1，被人們稱為優(yōu)良的天然礦物纖維，應(yīng)用在某些領(lǐng)域可替代玻纖。
3 硅灰石在塑料制品中的應(yīng)用特點(diǎn)
3.1 我們將硅灰石與PA6、PP 等樹脂在不同添加量時(shí)作了大量應(yīng)用試驗(yàn)，有關(guān)數(shù)據(jù)見表2、表3。
 3.2 從上表中和國內(nèi)外客戶應(yīng)用中得知，硅灰石具有以下優(yōu)異性能和特點(diǎn)。
3.2.1 顯著提高塑料制品的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量
在 PA6 中加入礦纖后，可提高彎曲強(qiáng)度，隨著添加量的增加，彎曲強(qiáng)度明顯提高。這就體現(xiàn)出來礦纖的針狀結(jié)構(gòu)和剛性特點(diǎn)，在片材、板材、薄膜、大型管材、中空制品、滾塑制品等產(chǎn)品中會有明顯的產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中看出，加入礦纖后，彎曲模量也會有大幅度的提高，當(dāng)在PA6和PP 中加入40%礦纖時(shí)，彎曲模量提高約一倍。
3.2.2 提高拉伸強(qiáng)度
在 PA6 中隨著加入量的增加，拉伸強(qiáng)度在增加，在加入20%～30%時(shí)，會保持在一個高的水平線上，目數(shù)越細(xì)，拉伸強(qiáng)度越好。在 PP 中當(dāng)加入量在10%左右時(shí)，拉伸強(qiáng)度與純樹脂接近，隨著添加量提高，拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢，在PP 中礦纖粒度的變化對拉伸強(qiáng)度的影響不是特別明顯，這有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。
3.2.3 提高沖擊強(qiáng)度
我們在 PA、PP、PE、PC 等樹脂中加入20%～40%的硅灰石，可明顯提高塑料制品的沖擊強(qiáng)度。如在吹塑中空桶、包裝瓶中加入硅灰石后，改善了中空制品的跌落沖擊性能，還具有提高阻隔紫外線的功效，提高塑料包裝的保質(zhì)、保鮮、防腐等特點(diǎn)。
3.2.4 提高熱變形溫度
塑料制品的耐熱性差是制約塑料應(yīng)用的重要原因。在工程塑料、通用塑料、特種塑料中可適當(dāng)添加礦纖提高塑料的耐熱溫度。在不同的塑料制品中，如各類燈具、耐熱零部件、電線、電纜、片材、薄膜、管材等，隨著礦纖的加入量增加，耐熱性提高，當(dāng)加入40%礦纖時(shí)，耐熱溫度可提高近一倍。
3.2.5 改善耐刮擦性和耐摩擦性
礦纖的硬度明顯高于塑料，耐熱性又是礦纖的優(yōu)勢，在塑料制品中加入適量的礦纖，可提高塑料制品的耐刮擦性和耐摩擦性，應(yīng)用在流動物體的輸送管道、器皿和物體之間互相摩擦的零部件方面，具有較好的耐刮擦性和耐摩擦性。
3.2.6 提高尺寸穩(wěn)定性，有效地減少材料的收縮率及制品翹曲變形
塑料制品的收縮率是影響塑料精密件的重要加工因素，如PA、PP 的收縮率在1～2%左右，而加入礦纖后，可明顯降低收縮率，提高生產(chǎn)效率，在精密注塑零部件和大型塑料制品制造加工過程中加入適量的礦纖，可有效地保持塑料制品的尺寸穩(wěn)定性，還可縮短加工冷卻周期，會有特殊的應(yīng)用效果和意
3.2.7 優(yōu)異的加工穩(wěn)定性和生產(chǎn)成型性能
無機(jī)材料粘度低，加工穩(wěn)定性好，在塑料制品中加入一定量的無機(jī)材料，可有效降低加工粘度，改善生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性，并且有益制品的成型性。
3.2.8 改善塑料制品的收縮率
塑料制品在高溫、高壓、高剪切等條件下加工生產(chǎn)，當(dāng)物料脫離模具、模腔后，溫度會大幅下降，制品應(yīng)力難以在短時(shí)間內(nèi)釋放。特別是在板材、片材和大型塑料制品生產(chǎn)時(shí)，會出現(xiàn)明顯的凸凹收縮缺陷，還會產(chǎn)生翹曲、彎曲等現(xiàn)象，而在加入礦纖后，可有效地解決這些問題。
3.2.9 改善吸水性能
在PA中加入礦纖后可避免因制品吸水而導(dǎo)致彎曲強(qiáng)度及彎曲模量下降的缺點(diǎn)。由于硅灰石的性能穩(wěn)定，吸水率低，在易吸水而影響產(chǎn)品質(zhì)量的樹脂中添加適量的礦纖后，可縮短樹脂的干燥時(shí)間，還能有效地改善塑料因吸水率過高致使產(chǎn)品的物理性能下降、外觀表面粗糙等現(xiàn)象。
 3.2.10 降低塑料制品生產(chǎn)成本
礦物纖維（硅灰石）來源豐富，價(jià)格優(yōu)勢明顯，硅灰石在改善塑料制品性能的同時(shí)，可有效地降低生產(chǎn)成本，為生產(chǎn)企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
4 礦物纖維的應(yīng)用技術(shù)
4.1 礦物纖維的微觀為針狀結(jié)構(gòu)，為保證其針狀結(jié)構(gòu)不被破壞盡量使用側(cè)喂料。礦物纖維的添加比例高于30%時(shí)，可使用分步喂料，一小部分在主喂料口添加，另一部分在側(cè)喂料添加。
4.2 界面相容就是無機(jī)粉體經(jīng)過活化改性后，形成均勻地有機(jī)包覆層，能夠在溫度、壓力等作用下與有機(jī)材料有很好的相容性。無機(jī)粉體表面改性的效果是決定界面相容的重要決定因素。為保證礦物纖維在塑料制品中相容性好，分散均勻，應(yīng)采用表面活化包覆改性技術(shù)，將其微細(xì)的礦物纖維粒子用偶聯(lián)劑進(jìn)行包覆，偶聯(lián)劑根據(jù)用戶的需要可選用硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑等。采用表面活化改性工藝，加入適量的助劑，在一定的溫度、壓力、摩擦、時(shí)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。
 4.3 水分及易揮發(fā)物在塑料加工時(shí)形成的氣體，會在機(jī)械輸送過程中往復(fù)運(yùn)動。在冷卻后，會對塑料制品產(chǎn)生鯊魚皮細(xì)紋、氣泡、不規(guī)則裂紋，影響產(chǎn)品的外觀和物理性能。硅灰石的高致密性結(jié)構(gòu)使其含水量較低，使用前一般不需要單獨(dú)進(jìn)行干燥處理，這與許多無機(jī)粉體有明顯的差異性。
5 綜述
礦物纖維的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高分子聚合物的價(jià)格，而且可以高比例添加到塑料制品中，有效地降低生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。高分子聚合物多為石油裂解的產(chǎn)物，而礦物纖維在塑料中的廣泛應(yīng)用，可節(jié)約大量的合成樹脂，使有限的石油資源得到充分利用；而且因?yàn)樘砑拥V物纖維的塑料可循環(huán)再使用，具有明顯的生態(tài)效益。
礦物纖維可明顯改善塑料制品的物理性能，擴(kuò)大塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域，礦物纖維與塑料制品的共混應(yīng)用是跨學(xué)科跨行業(yè)的新興技術(shù)和材料的“聯(lián)姻”，礦物纖維的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與性能賦與了塑料制品更優(yōu)良的性能。不同材料的多元復(fù)合綜合應(yīng)用，達(dá)到了1+1＞2 的效果，給不同行業(yè)和產(chǎn)品帶來了前所未有的發(fā)展契機(jī)和廣闊的應(yīng)用前景。
作者：1、張晶，2、丁學(xué)寧，3、張夢顯，4、徐同考（1.2.3 大連環(huán)球礦產(chǎn)有限公司，4. 中國塑協(xié)改性塑料專委會）
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