改性工程塑料行业培训教程填料在塑料改性中的作用

新材料行业——改性工程塑料培训教程—（12）

填料在塑料改性中的作用

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NewMaterialTechnologyCentre填料——高分子材料的填充剂填料：泛指被填充于其他物体中的物料。在化工产品中，

填料又称填充剂。

在高分子材料中，填料（填充剂）是用量最大的添加剂，几乎所有的塑料（包括热塑性和热固性塑料）、天然橡胶和涂料都使用大量填料。

高分子材料中使用填料的目的：

一般来说，微细的粉末填料或改性的微细填料，以及纤维状、片状填料，少量使用可提高材料的整体性能，主要体现在、改善材料加工性能（如改善混炼过程中的粘流性）；、提高制品力学性能（如

硬度、刚度及冲击强

度等）；、降低制品成本。填充剂的改性作用填充改性的目的

提高塑料加工性能改进物化性质增加容积降低成本填料——高分子材料的填充剂应用实例：制造塑料时加入木粉、陶土或碳酸钙等，能改善塑料制

品的力学性能，增加硬度，而且还可降低成本；用石墨、磁粉或云母作填料，可提高塑料的导电、通磁

和耐热性；橡胶中加入炭黑或二氧化硅（白炭黑）可显著提高制品

的物理性能；纺丝液中加入钛白粉（二氧化钛）可以遮光和染色。涂料中常加入白色或带色填料（如钛白粉、滑石粉、碳

酸钙、硫酸钡等）以改善涂料的光学、物理和化学性能，

这类用途的填料（填充剂）称为体质颜料或展色料。填

料在高分子材料中的作

用①降低成型制件的收缩率，提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性、平光或无光性等；②能有效地调节树脂粘度，提高材料加工性能；③能改变材料的性能，满足不同元器件的性能要求，如提高耐

磨性、改善导电性、导热性，大多数填料能提高材料冲击强度及压缩强度，对材料的拉伸强度有负面影响；④可提高颜料的着色效果，改善元器件及产品的外观；⑤某些填料具有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性，扩大材料的应用范围；⑥起到增容作用，降低材料成本，提高产品在市场上的竞争

能力。填

料

的

作

用

机

理填料的作用机理：填料作为添加剂，主要是通过它占据基体材料分子链之间的空隙从而对基体材料分子链的运动产生影响而导致材料性能的改变。填料与增强材料的区别：填料呈颗粒状，增强材料呈纤维状。主要表现在以下两点：由于填料的存在，使得与之相连的

基体材料的分子链链段局部被固定，

不再占据原来的全部空间，并能影响到基体聚合物的取向。填

料

的

作

用

机

理由于填料的尺寸稳定性，在填充的聚合物中，聚合物界面

区域内的分子链运动受到限制，主要产生的影响表现在：

玻璃化温度上升；

热变形温度提高；

收缩率降低；

弹性模量、硬度、刚度、

冲击强度提高。填

料

的

种

类1、无机填料和有机填料①无机类填料：无机类填料主要以天然矿物为原料经过加工制成的

颗粒状填料，少数填料是经过处理制成的。氧化硅硅酸盐无机类填

料碳酸盐碳化物金属类氧化物及氢氧化物钛酸盐、钛酸酯偶联剂硫酸盐硫化物无

机

填

料

品

种

简

介

在橡塑工业中广泛使用的无机填料主要也就二大类：硅酸盐类与碳酸钙类。有机类填

料、、、合

成有机物天

然有机物果壳粉玉米淀粉木粉农林产业副产品芳香族尼龙纤维尼龙纤维聚丙烯腈纤维人造纤维②有机类填料：有机类填料是由天然的动植物及人工合成的

有机材料（如再生纤维素、合成树脂等）制

成的。填

料

的

种

类木粉最早应应用于热固固性塑料(如酚醛树树脂,俗称电木木)，后来在在热塑性塑塑料中也获获得了应用。。木粉呈针状状或纤维状状，粒度一一般为20-80目，作作塑料填料料时，使制制品具有木木材性质，比无机机填料轻，，所以可降降低制品比比重。有机填料的的应用木

粉玉米淀粉作作为聚乙烯烯填料，目目前发展也也很快，一般玉玉米淀粉先先制成加工工母料，淀淀粉用量10份，，然后再添添加到LDPE中去去，可代替替纸张作包包装薄膜。。玉米淀粉a.木粉b.玉米淀粉有机填料的的应用c.合成有机填料增强塑料人造纤维聚丙烯腈纤纤维尼龙纤维芳香族尼龙龙纤维......2、惰性填料及及活性填料料①惰性填填料：是将天然然矿石用用湿磨研研磨后烘烘干或干干磨成粉粉直接使用用。②活性填填料：采用偶联联剂对填料进进行表面活化处理，使填料表面有被被覆层，更好的的和基体体树脂相相容；或将天然矿物物经过煅煅烧处理，亦或兼用两种方法法对填料进行行表面活活化。例：活性碳酸钙———用方解石石及白垩垩等加工工的重质质碳酸钙钙是目前前有机高高聚物基基材料中中用量最最大的无无机填料。在此基础础上，再再配合交联剂、、表面活活性剂、、加工改改性剂等可进一一步增强强碳酸钙钙填料的的表面活活性，增增加填料料的用量量，提高高复合材材料的性性能。填料的种类3、微球形（（实心或或空心））填料：微球形填填料其主主要特征是在任任意方向向上长度度大致相相等。①玻璃微珠珠：有实心微微珠（沉沉珠）、空心微珠珠（漂珠珠）两种种。②聚合物微微珠：是有机化化合物制制成的高分子聚聚合物微微珠。玻璃微珠填料的种类玻化微珠空心玻璃璃微珠的特点玻璃微珠空心微珠珠：由硼硅酸酸盐原料料经高科科技加工工而成，，粒度为10—250微微米，壁壁厚1-2微米米。特点：质轻、低低导热、、较高的的强度、、良好的的化学稳稳定性等等，其表面经经过特殊殊处理具具有亲油油憎水性性能，非常容易易分散于于有机材材料体系系中。可填充于于大多数数热固热热塑性树树脂中，，如聚酯酯、环氧氧树脂、、聚氨酯酯等。应用特点点：1.价格格低廉；；2.增强强塑料的的韧性，，并不降降低其本本身的刚刚度；3.熔点点高，可可提高被被填充物物的阻燃燃性能和和维卡软软化点；；4.电绝绝缘性好好，可用用于高绝绝缘聚合合物的填填充；5.增加加被填充充物的流流动性，，增加塑塑料的加加工性能能，同时时提高工工程塑料料的表面流平平，解决决玻纤增增强的表表面问题题；6.可以以有效减减少被填填充物的的收缩率率；7.真实实密度1.78g/cm3（（堆密度度1.12g/cm3）相对对于玻纤纤、碳酸酸钙、滑滑石粉填充的的工程塑塑料，可可明显达达到减重重的效果果；8.耐腐腐蚀；4、片状、纤纤维状、、针状填填料：①鳞片状状填料：是在两个个方向上上长度比比第三个个方向长长得多的的粒子，，具有鳞鳞片形状状。②晶须：是碳化硅硅、氮化化硼、氧氧化铝、、石墨或或铍的金金属氧化物制成成的微小小纤维状状单晶体体。5、玻璃粉与与磨碎玻玻璃纤维维填料：是由碎玻玻璃或玻玻璃纤维维研磨而成，是是热固性性和热塑塑性基体体的填料料，能赋赋予制品品耐热性和低收收缩性，，并可改改善机械械性能。。6、复合型填填料：利用不同同填料的的特性，，通过特特殊处理理方法将将两种或两两种以上上的填料料组合、、改性后后制成。。鳞片状填料晶须无机填料简介——陶土土1.1陶陶土：包包括高岭岭土、瓷瓷土、白白土、皂皂土或纯纯净黏土土，橡胶工业业用量最最大的矿物物填料。化学成分分：主要成分分为氧化化铝和氧氧化硅的的结晶化化合物。。陶土分类类：按其粒径径大小分为硬质陶土土、软质质陶土、、高级陶陶土陶土对材料性能的负面影响响：如随着用用量增加加，扯断断强度、、耐磨性性、定伸伸强力均均有不同同程度的的提高，，用量为为20份份最好。。硬质陶土土会降低低材料可塑性性，但两两者都能能减小收收缩率，，使表面面光滑。。随着用用量增加加，伸长长率则随随用量增增加而下下降。1.2滑滑石粉：：分子式：：Mg3[Si4O10](OH)2分子量：：260.8617中文别名名：水水合硅酸酸镁超细细粉；老粉无机填料简介——滑石粉分子结构示意图：滑石属单单斜晶系系，晶体呈假假六方或或菱形的的片状，，通常成致致密的块块状、叶叶片状、、放射射状、纤纤维状集集合体。。外观：无色透明明或白色色，但因因含少量量的杂质质而呈现现浅绿、、浅黄、浅浅棕甚至至浅红色色；滑石粉滑石粉的的特性：：解理面上上呈珍珠珠光泽。。硬度1，比重重2.7～2.8。滑石具有有润滑性性、抗黏黏、助流流、耐火火性、抗抗酸性、、绝缘性、熔点点高、化化学性不不活泼、、遮盖力力良好、、柔软、、光泽好好、吸附力强强等优良良的物理理、化学学特性。由于滑石石的结晶晶构造是是呈层状状的，所所以具有有易分裂裂成鳞片的趋向向和特殊殊的滑润润性。塑料级滑石粉：用于聚丙丙烯、尼尼龙、聚聚氯乙烯烯、聚乙乙烯、聚苯乙烯烯和聚脂脂类等塑塑料的填填料。滑石粉的工业生产产：将开采来来的天然然滑石经经干法、、湿法粉粉碎或高高温煅烧烧而得。滑石粉是六方或或菱形结结晶颗粒粒，粒径径为1.3-149um。滑石矿无机填料简介——云母粉1.3云云母粉：：由天然然云母矿矿石经干干法、湿湿法研磨磨制得。化学成分分：硅酸钾盐盐用途：广泛的应应用于建建材行业业、消防防行业、、灭火剂、、电焊条条、塑料、电绝缘缘、造纸、沥沥青纸、、橡胶、、珠光颜颜料等化工工业业。云

母

粉天然云母矿石超细云母母粉用途：塑料、涂涂料、油油漆、橡橡胶等材料的功能性填填料作用用：：提高其机机械强度度，增强强韧性和附着力，抗老化及及耐腐蚀蚀型；有极高的的电绝缘缘性、弹弹性、韧韧性和滑滑动性；耐热、隔音、热热膨胀系系数小等等性能。现在推出的片体云母具有有表面光滑滑、径厚厚比大、、形态态规则、、附着力力强等特特点。无机填料简介——云母粉绢云母结构：结构由两两层硅氧氧四面体体夹着一层铝氧氧八面体体构成的的复式硅硅氧层，是层状结结构的硅硅酸盐，属单斜晶系，，其结晶晶呈薄片片状，片片厚可达达1um以下（理论上上可削成成0.001um）,径厚比比大；绢云母矿石绢云母粉绢云母作用：有补强效效能，可可替代部部分半补补强碳黑黑使用；可用做隔隔离剂。绢云母性能：有良好的的耐热、、耐酸性性能和电电绝缘性性能；有防护紫紫外线和和放射性性辐射的的功能，，可用于特特种橡塑制品。硅灰石世界上最最佳功能能性填料料之一：硅灰石是是唯一的呈针针状的白白色矿石石，其长长径比可可以从3：1―20：1。由于于硅灰石石的针状状结构，，它已经成成为世界界上最佳功能能性填料料之一。特点：无毒、耐耐化学腐腐蚀、热稳定性性及尺寸寸稳定良良好，有玻璃和和珍珠光光泽，低吸水率率和吸油油值，力学性能能及电性性能优良良。无机填料简介——硅灰石针状超细硅灰石硅灰石粉粉：由天天然硅灰灰石经选选矿、粉粉碎制得得，粒径径为3.5-75um。其化学成成分为偏偏硅酸钙钙。具有有一定补补强作用用，广泛用于纤维维加固的的高分子复复合材料料与工程程高分子子材料中，也用做树脂填充剂和白色颜颜料。无机填料简介——煤矸石粉粉1.4煤煤矸石粉粉：俗称称硅铝碳碳黑，由天然煤煤矸石经研研磨而得得。化学学组成类类似高岭岭土，即为为氧化硅硅和氧化化镁的混混合物。作用：有半补强强效能，，分散性性好，可替代部部分碳黑黑做补强强剂使用。化学成分分组成的的百分率率：煤矸石破碎机煤矸石粉无机填料简介——海泡泡石粉1.5海海泡石粉粉：由天天然硅酸酸镁黏土土矿经精精选、深加加工制得得。化学组成成分：氧化硅和和氧化镁镁的水合合物，含少量铝铝和铁氧氧化物。。用途途：：在浅色橡橡塑制品中用用做补强强剂，性性能仅次次于*白碳黑。标准晶体体化学式式：Mg8(H2O)4[Si6O16]2(OH)4·8H2O其中：SiO2含量一般般在54~60%之间间，MgO含含量多在在21~25%范围内内。海泡石粉无机填料简介——白炭炭黑1.6白碳黑：分子式式SiO2•nH2O,性能：有有良好的的活性和和吸附率率，补强效果果好，有很高的的绝缘性性，不溶于水水及酸（（氢氟酸酸除外）），溶于于苛性钠钠，受高温不不分解。。白度好，，填充于于橡胶能能明显提提高胶料料的物理理性能，，已成为代代替炭黑黑的最佳佳白色补补强填料料。无机填料简介——凹凸棒土土粉1.7凹凸棒土土粉：由由蒙脱石石等硅酸酸铝镁类类矿物精选加工工制得。。化学成分分：硅、铝氧氧化物，，含少量量铁、钙钙、锰氧化物物。白色纤维维状结晶晶，表面面有凹凸凸沟槽，，得此名名。作用用：：产品化化学性能能稳定、、粘结力力强、吸吸附能力大大。是半补补强类类型填填充剂剂，能使压压出压压延胶胶料的表面光光滑。。凹凸棒土粉凹凸棒土粉无机填料简介——碳酸钙钙类2、碳碳酸钙钙类：：其用量量约占占无机机矿物物填料料总量量的27%。无机填料简介——碳酸钙钙碳酸钙钙作为为无机机填料料应用用于塑塑料填填充一般以以降低低成本本为主主要目目的被被广泛泛使用用，收到了较好的效果。。近年来来，随着碳碳酸钙钙在塑料料改性性上广泛的使使用和和大量量的研研究发发现，填充一定量量的碳酸钙钙也可可大幅幅度提提高材料的的某些性性能，如机械械性能能、热热性能能等，在塑塑料改改性中发挥挥着重重要的的作用用。⑴碳酸钙钙的概概述作为塑塑料中中填料料的碳碳酸钙钙有重重质(简称称重钙)和轻轻质(简称称轻钙)两种种。由由于制制备方方法不不同，轻钙堆堆积体体积大大，显得轻，实际上上二者者密度度相差差很少少。碳

酸

钙粉碳酸钙通常所所说的的轻质质碳酸酸钙是是指普普通的的符合合国标标GB4794-84标准的的产品品。轻钙密密度：2.4～2.7g/cm3长径：5～12μμm短径：1～3μm平均粒粒径：2～3μm。工业上上轻钙钙生产产方法法占主主导地地位的的是化学沉沉降法：CaCO3（石灰灰石））====CaO（生生灰石石）＋＋CO2CaO＋H2O====Ca(OH)2（熟石石灰））Ca(OH)2（熟石石灰））＋CO2====CaCO3（轻钙钙）轻质碳碳酸钙钙：又称称沉淀淀碳酸酸钙、、轻钙钙、沉沉降碳碳酸钙钙碳酸钙方解石石的物物理性性能：密度2.60～～2.75g/cm3硬度(莫氏氏)3溶解度度(18℃℃)0.0013g/100g水水分解温温度900℃重质碳碳酸钙钙：可由天天然碳碳酸钙钙矿物物质如如方解解石、、大理理石、、白垩垩磨碎碎分级级而成成。现在塑塑料中中使用用的重重质碳碳酸钙钙多用用方解解石作作为原原料。。方解石矿石重质碳碳酸钙钙品种：：单飞粉粉(200目)双飞粉粉(320目)四飞粉粉(400目)方解石石粉。。碳酸钙钙母粒粒⑵碳酸钙钙的表表面活活化处处理：在实际际使用用过程程中，为使碳碳酸钙钙能均均匀分分散在在塑料料中，起到优优化性性能的的作用用，必须先先对碳碳酸钙钙进行行表面面活化化处理理。根据塑塑料制制品的的成型型工艺艺和使使用性性能要要求，选取一一定粒粒径的碳碳酸钙钙，用偶联联剂、、分散散剂、、润滑滑剂等等助剂剂先活活化处处理，再加入入一定定量的的载体体树脂脂混合合均匀匀后，用双螺螺杆挤挤出机机挤出造造粒，即得碳碳酸钙钙母粒粒。一般情情况下下,母母粒中中碳酸酸钙含含量为为80%，各种助助剂总总含量量为5%左左右，载体树树脂为为15%。。我国目目前年年产3000t以上上的纳纳米碳碳酸钙钙生产产线已已达16条条。碳酸钙母粒碳酸钙钙母粒粒的特点点降低产产品的的成本本，提提高生生产效效率，，获得得良好好的经经济效效益；增强制制品的的刚性性及增增加制制品的的重量量。；减少制制品收收缩性性及因因收缩缩引起起的变变形；分散性性好：：与聚聚丙烯烯，聚聚乙烯烯相溶溶性优优良，，因此此即使使加入入较大填充充量，，仍可可获得得外观观光洁洁度很很好的的外观观；白度高高：本本产品品为纯纯白色色粒料料，可可灵活活配制制生产产各种种颜色色制品；使用偶偶联剂剂处理理：在在填充充量较较大的的情况况下，，使制制品仍仍保持持良好机械械性能能；工艺适适应性性广：：客户户可用用原来来的加加工的的设备备和生生产工工艺进进行生产；含有抗抗氧化化剂和和耐老老化剂剂，可可延长长制品品的使使用寿寿命。。碳酸钙⑵碳酸钙钙作为填填料可大大大降低低塑料料成本本现在塑塑料填填料中中最多多使用用的几几种粒粒径的的碳酸酸钙经经过表表面活活化处理理以后后价格格也在在2000元/t左左右。。而塑塑料粒粒子(聚乙乙烯)相对对来说，，价格格昂贵贵。两两者之之间价价格相相差很很大碳碳酸钙钙在塑塑料中中添加加的越多多，成成本就就降得得越低低。考考虑到到塑料料制成成品的的韧性性，碳碳酸钙钙的填充充用量量一般般控制制在50%以内内。对于塑塑料和和钢塑塑复合合管的的生产产,塑塑料都都是其其主要要的原原料，，大大地地降低低原料料成本本无疑疑是极极大地地降低低了生生产成成本。储量丰丰富制备工艺简单价格非非常便便宜3、碳碳酸钙钙的改改性作作用碳酸钙增大塑料产品体积，降低成本；提高硬度和刚度；减小塑料制品的收缩率；提高尺寸稳定性；改进塑料的加工性能；提高其耐热性；改进塑料的散光性、抗擦伤性、平滑度

缺口抗冲击强度的增韧改善混炼过程中的粘流性重质碳酸钙碳酸钙3.1．力力学性性能由于碳碳酸钙钙的硬硬度大大，填充碳碳酸钙钙会提提高塑塑料制制品的的硬度和刚刚度，力学性性能增增强。。制品品的抗抗拉强强度和和抗弯弯强度度得到到改进，，并使使塑料料制品品的弹弹性模模量显显著提提高。。填料碳酸钙3.2．热热性能能加入填填充料料后,由于于碳酸酸钙的的热稳稳定性性好,可使使制品品的热热膨胀系系数、、收缩缩率在在各方方面相相同下下降，而不象象玻璃璃纤维维增强强热塑性性塑料料那样样，在不同同方面面有不不同的的收缩缩率，加入填填充料料后可使使制品品的翘翘度、、弯曲曲度变变小，这是与与纤维维填充充料相相比最最大的特特点，制品的的热变变形温温度随随着填填充料料的增增加而而增高高。3.3．耐耐辐射射性填充料料对射射线有有一定定的吸吸收能能力,一般般可吸吸收30%～80%入射紫紫外线线，可防止塑塑料制制品的的老化化。填料碳酸钙——超细碳碳酸钙钙超细碳碳酸钙钙有普普通超超细碳碳酸钙钙和活活性超超细碳碳酸钙钙之分。。超细活活性碳碳酸钙钙：表面经经过乳乳化剂剂和表表面处处理剂剂处理理；超细碳碳酸钙钙分子子量：：100.09相对密密度：：2.45~2.50粒径：：0.01~0.08μμm比表面面积：：10~70㎡㎡/g外观：：白色色微细细粉末末味道：：无味味溶解性性：几几乎不不溶于于水，，不溶溶于醇醇稳定性性：在在空气气中稳稳定毒性：：无毒毒应用范围：：塑料工工业的的电线线电缆缆、硬管、地砖、、薄膜膜、EVA海海棉；涂料工工业的的粉粉末涂涂料、、合成成树脂脂、釉釉药、、油性性漆、、乳漆漆、初初层漆漆；橡胶工工业的的鞋类类、轮胎、、海棉棉、胶胶质质糊；橡胶里里布、、皮带带软管管、造纸，，涂布布、填充剂；以及燃燃料颜颜色剂剂、牙牙膏、化妆品品、食食品添添加剂剂、酸酸中和和剂等等超细碳酸钙填料碳酸钙——超细碳碳酸钙钙20世世纪90年年代,发现现在塑塑料中中填充充较大大量的的超细细碳酸酸钙粒粒子后后,塑塑料不不仅刚刚性不不受损损害,韧性性也得得到大大幅度度的提提高,最大大可提提高2～3倍。。改变变了以以往填填充改改性塑塑料必必须以以牺牲牲某种种力学学性能能为代代价、、改性性塑料料的力力学性性能随随填料料填充充量的的增加加而下下降的的状况况。3.4．超超细碳碳酸钙钙的特特殊改改性作作用塑料中中填充充超细细级或或更细细的碳酸钙，在改变制品品性能方面面有特殊效果。。传统无机填料表表面活化处处理：一般采用在在熔融状态态下进行表面活化处处理。新的表面活活化处理工工艺：选择添加一一定量的增增塑剂、增增容剂和分散剂剂等，常温下在高高搅机内进进行冷包覆覆处理。填料碳酸钙——活性碳酸钙活性碳酸钙特特点：（1）外观：：白色粉末、、无毒、无味味、无刺激、、不燃、不爆爆、折光率低低、易于着色，不不溶于水，在在空气中稳定定。（2）疏水性性：该产品经过活活化处理后，，分子结构改改变、粒度分分布均匀，呈极强的疏水水性。（3）具有白白度高、流动动性好、光泽泽度好、分散散均匀、填充充量大等特点点。并有极好的润润滑性、流动动性、分散性性和有机性。。（4）与橡胶胶、塑料的分分子间亲和力力强、填充量量比普通碳酸酸钙可多填充充2-5倍至数倍，综综合生产成本本明显降低。。（5）吸油值值低、白度高高，延伸度高高，而且其特特有的超强金金属剥离性和和显著的润滑效果果还能提高制制品表面的光光亮度，磨损损和抗冲击强强度。（6）可减小小对加工机械械的磨耗度，，改善产品加加工工艺，提提高制品性能能，具有较好的补补强作用。（7）该产品品应用于高级级涂料中，可可提高固体填填充量，降低低粘度，同时时赋予涂层耐磨性性、抗腐蚀性性、降低烘烤烤温度，缩短短烘烤时间，，提高产品质量，降低低生产成本，，具有明显的的经济效益。。填料碳酸钙——活性碳酸钙活性碳酸钙的的应用1、在塑料中中可以提高塑塑料制品尺寸寸的稳定性、、硬度和钢度度，改善塑料料加工性能及及其制品的耐耐热性和散光光性，2、在橡胶中中做填充剂，，可起到增加加体积、降低低成本、改进