改性工程塑料行業(yè)培訓課件

改性工程塑料行業(yè)培訓課件填料——高分子材料的填充劑填料：泛指被填充于其他物體中的物料。在化工產品中，

填料又稱填充劑。

在高分子材料中，填料（填充劑）是用量最大的添加劑，幾乎所有的塑料（包括熱塑性和熱固性塑料）、天然橡膠和涂料都使用大量填料。

高分子材料中使用填料的目的：

一般來說，微細的粉末填料或改性的微細填料，以及纖維狀、片狀填料，少量使用可提高材料的整體性能，主要體現在

、改善材料加工性能（如改善混煉過程中的粘流性）；

、提高制品力學性能（如

硬度、剛度及沖擊強

度等）；

、降低制品填充劑的改性作用填充改性的目的提高塑料加工性能改進物化性質增加容積降低成本填料——高分子材料的填充劑應用實例：

制造塑料時加入木粉、陶土或碳酸鈣等，能改善塑料制

品的力學性能，增加硬度，而且還可降低成本；

用石墨、磁粉或云母作填料，可提高塑料的導電、通磁

和耐熱性；

橡膠中加入炭黑或二氧化硅（白炭黑）可顯著提高制品

的物理性能；

紡絲液中加入鈦白粉（二氧化鈦）可以遮光和染色。

涂料中常加入白色或帶色填料（如鈦白粉、滑石粉、碳

酸鈣、硫酸鋇等）以改善涂料的光學、物理和化學性能，

這類用途的填料（填充劑）稱為體質顏料或展色料。填

料在高分子材料中的作

用①降低成型制件的收縮率，提高制品的尺寸穩(wěn)定性、表面光潔度、平滑性、平光或無光性等；②能有效地調節(jié)樹脂粘度，提高材料加工性能；③能改變材料的性能，滿足不同元器件的性能要求，如提高耐

磨性、改善導電性、導熱性，大多數填料能提高材料沖擊強度及壓縮強度，對材料的拉伸強度有負面影響；④可提高顏料的著色效果，改善元器件及產品的外觀；⑤某些填料具有極好的光穩(wěn)定性和耐化學腐蝕性，擴大材料的應用范圍；⑥起到增容作用，降低材料成本，提高產品在市場上的競爭

能力。填

料

的

作

用

機

理填料的作用機理：填料作為添加劑，主要是通過它占據基體材料分子鏈之間的空隙從而對基體材料分子鏈的運動產生影響而導致材料性能的改變。填料與增強材料的區(qū)別：填料呈顆粒狀，增強材料呈纖維狀。主要表現在以下兩點：

由于填料的存在，使得與之相連的

基體材料的分子鏈鏈段局部被固定，

不再占據原來的全部空間，并能影響到基體聚合物的取向。填

料

的

作

用

機

理

由于填料的尺寸穩(wěn)定性，在填充的聚合物中，聚合物界面

區(qū)域內的分子鏈運動受到限制，主要產生的影響表現在：

玻璃化溫度上升；

熱變形溫度提高；

收縮率降低；

彈性模量、硬度、剛度、

沖擊強度提高。填

料

的

種

類1、無機填料和有機填料①無機類填料：無機類填料主要以天然礦物為原料經過加工制成的

顆粒狀填料，少數填料是經過處理制成的。氧化硅硅酸鹽無機類填

料碳酸鹽碳化物金屬類氧化物及氫氧化物鈦酸鹽、鈦酸酯偶聯劑硫酸鹽硫化物無

機

填

料

品

種

簡

介

在橡塑工業(yè)中廣泛使用的無機填料主要也就二大類：硅酸鹽類與碳酸鈣類。有機類填

料、、、合

成有機物天

然有機物果殼粉玉米淀粉木粉農林產業(yè)副產品芳香族尼龍纖維尼龍纖維聚丙烯腈纖維人造纖維②有機類填料：有機類填料是由天然的動植物及人工合成的

有機材料（如再生纖維素、合成樹脂等）制

成的。填

料

的

種

類

木粉最早應用于熱固性塑料(如酚醛樹脂,俗稱電木)，后來在熱塑性塑料中也獲得了應用。

木粉呈針狀或纖維狀，粒度一般為20-80目，作塑料填料時，使制品具有木材性質，比無機填料輕，所以可降低制品比重。有機填料的應用木

粉

玉米淀粉作為聚乙烯填料，目前發(fā)展也很快，一般玉米淀粉先制成加工母料，淀粉用量10份，然后再添加到LDPE中去，可代替紙張作包裝薄膜。玉米淀粉a.木粉b.玉米淀粉有機填料的應用c.合成有機填料增強塑料人造纖維聚丙烯腈纖維尼龍纖維芳香族尼龍纖維......2、惰性填料及活性填料①惰性填料：是將天然礦石用濕磨研磨后烘干或干磨成粉

直接使用。②活性填料：采用偶聯劑對填料進行表面活化處理，使填料

表面有被覆層，更好的和基體樹脂相容；或將

天然礦物經過煅燒處理，亦或兼用兩種方法對填料進行表面活化。例：活性碳酸鈣——用方解石及白堊等加工的重質碳酸鈣是目前有機高聚物基材料中用量最大的無機填料。在此基礎上，再配合交聯劑、表面活性劑、加工改性劑等可進一步增強碳酸鈣填料的表面活性，增加填料的用量，提高復合材料的性能。填

料

的

種

類3、微球形（實心或空心）填料：微球形填料其主要特

征是在任意方向上長度大致相等。①玻璃微珠：有實心微珠（沉珠）、

空心微珠（漂珠）兩種。②聚合物微珠：是有機化合物制成的

高分子聚合物微珠。玻璃微珠填

料

的

種

類玻化微珠空心玻璃微珠的特點玻璃微珠空心微珠：由硼硅酸鹽原料經高科技加工而成，

粒度為10—250微米，壁厚1-2微米。特點：質輕、低導熱、較高的強度、良好的化學穩(wěn)定性等，其表面經過特殊處理具有親油憎水性能，非常容易分散于有機材料體系中?？商畛溆诖蠖鄶禑峁虩崴苄詷渲?，如聚酯、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等。應用特點：1.價格低廉；2.增強塑料的韌性，并不降低其本身的剛度；3.熔點高，可提高被填充物的阻燃性能和維卡軟化點；4.電絕緣性好，可用于高絕緣聚合物的填充；5.增加被填充物的流動性，增加塑料的加工性能，同時提高工程塑料的

表面流平，解決玻纖增強的表面問題；6.可以有效減少被填充物的收縮率；7.真實密度1.78g/cm3（堆密度1.12g/cm3）相對于玻纖、碳酸鈣、滑石

粉填充的工程塑料，可明顯達到減重的效果；8.耐腐蝕；4、片狀、纖維狀、針狀填料：①鱗片狀填料：是在兩個方向上長度比第三個方向長得多的粒子，具有鱗片形狀。②晶須：是碳化硅、氮化硼、氧化鋁、石墨或鈹的金屬氧

化物制成的微小纖維狀單晶體。5、玻璃粉與磨碎玻璃纖維填料：是由碎玻璃或玻璃纖維研磨

而成，是熱固性和熱塑性基體的填料，能賦予制品耐熱

性和低收縮性，并可改善機械性能。6、復合型填料：利用不同填料的特性，通過特殊處理方法將

兩種或兩種以上的填料組合、改性后制成。鱗片狀填料晶須無

機

填

料

簡

介——陶土1.1陶土：包括高嶺土、瓷土、白土、皂土或純凈黏土，橡膠工業(yè)用量最

大的礦物填料?；瘜W成分：主要成分為氧化鋁和氧化硅的結晶化合物。陶土分類：按其粒徑大小分為硬質陶土、軟質陶土、高級陶土陶土對材料性能的負面影響：

如隨著用量增加，扯斷強度、耐磨性、定伸強力均有不同程度的提高，用量為20份最好。

硬質陶土會降低材料可塑性，但兩者都能減小收縮率，使表面光滑。隨著用量增加，伸長率則隨用量增加而下降。1.2滑石粉：分子式：Mg3[Si4O10](OH)2

分子量：260.8617中文別名：水合硅酸鎂超細粉；老粉

無

機

填

料

簡

介——滑石粉分子結構示意圖：

滑石屬單斜晶系，晶體呈假六方或菱形的片狀，通常成致密的塊狀、葉片狀、放射狀、纖維狀集合體。外觀：無色透明或白色，但因含少量的雜質而呈現淺綠、

淺黃、淺棕甚至淺紅色；滑石粉滑石粉的特性：

解理面上呈珍珠光澤。硬度1，比重2.7～2.8。

滑石具有潤滑性、抗黏、助流、耐火性、抗酸性、絕緣性、熔點高、化學性不活潑、遮蓋力良好、柔軟、光澤好、吸附力強等優(yōu)良的物理、化學特性。

由于滑石的結晶構造是呈層狀的，所以具有易分裂成鱗片的趨向和特殊的滑潤性。塑料級滑石粉：用于聚丙烯、尼龍、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚脂類等塑料的填料。滑石粉的工業(yè)生產：

將開采來的天然滑石經干法、濕法粉碎或高溫煅燒而得?；凼橇交蛄庑谓Y晶顆粒，粒徑為1.3-149um?；V無

機

填

料

簡

介——云母粉1.3云母粉：由天然云母礦石經干法、濕法研磨

制得?；瘜W成分：硅酸鉀鹽用途：廣泛的應用于建材行業(yè)、消防行業(yè)、

滅火劑、電焊條、塑料、電絕緣、

造紙、瀝青紙、橡膠、珠光顏料等

化工工業(yè)。云

母

粉天然云母礦石超細云母粉用途：塑料、涂料、油漆、橡膠等材料的

功能性填料作用：提高其機械強度，增強韌性和附著力，

抗老化及耐腐蝕型；

有極高的電絕緣性、彈性、韌性和滑動

性；耐熱、隔音、熱膨脹系數小等性能?，F在推出的片體云母具有表面光滑、徑厚比大、形態(tài)規(guī)則、附著力強等特點。無

機

填

料

簡

介——云母粉絹云母結構：

結構由兩層硅氧四面體夾著一層鋁氧八面體構成的復式硅氧層，是層狀結構的硅酸鹽，屬單

斜晶系，其結晶呈薄片狀，片厚可達1um以下（理論上可削成0.001um）,徑厚比大；絹云母礦石絹云母粉絹云母作用：有補強效能，可替代部分半補強碳黑使用；

可用做隔離劑。絹云母性能：有良好的耐熱、耐酸性能和電絕緣性能；

有防護紫外線和放射性輻射的功能，

可用于特種橡塑制品。硅灰石世界上最佳功能性填料之一：硅灰石是唯一的呈針狀的白色礦石，其長徑比可以從3：1―20：1。由于硅灰石的針狀結構，它已經成為世界上最佳功能性填料之一。

特點：無毒、耐化學腐蝕、

熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定良好，

有玻璃和珍珠光澤，

低吸水率和吸油值，

力學性能及電性能優(yōu)良。無

機

填

料

簡

介——硅灰石針狀超細硅灰石硅灰石粉：由天然硅灰石經選礦、粉碎制得，粒徑為3.5-75um。

其化學成分為偏硅酸鈣。具有一定補強作用，廣泛

用于纖維加固的高分子復合材料與工程高分子材料

中，也用做樹脂填充劑和白色顏料。無

機

填

料

簡

介——煤矸石粉1.4煤矸石粉：俗稱硅鋁碳黑，由天然煤矸石經研磨而得?；瘜W組成類似高嶺土，即為氧化硅和氧化鎂的混合物?；瘜W成分百分率%SiO252～65Al2O316～36Fe2O32.28～14.63CaO0.42～2.32MgO0.44～2.41TiO20.90～4P2O50.007～0.24V2O50.008～0.03K2O+Na2O1.45～3.9作用：有半補強效能，分散性好，

可替代部分碳黑做補強劑

使用?；瘜W成分組成的百分率：煤矸石破碎機煤矸石粉無

機

填

料

簡

介——海泡石粉1.5海泡石粉：由天然硅酸鎂黏土礦經精

選、深加工制得?；瘜W組成分：氧化硅和氧化鎂的水合物，

含少量鋁和鐵氧化物。用途：在淺色橡塑制品中用做補強劑，性能僅次于*白碳黑。標準晶體化學式：Mg8(H2O)4[Si6O16]2(OH)4·8H2O其中：SiO2含量一般在54~60%之間，

MgO含量多在21~25%范圍內。海泡石粉無

機

填

料

簡

介——白炭黑1.6白碳黑：分子式SiO2?nH2O,

性能：有良好的活性和吸附率，補強效果好，有很高的絕緣性，不溶于水及酸（氫氟酸除外），溶于苛性鈉，受高溫不分解。白度好，填充于橡膠能明顯提高膠料的物理性能，已成為代替炭黑的最佳白色補強填料。無

機

填

料

簡

介——凹凸棒土粉1.7凹凸棒土粉：由蒙脫石等硅酸鋁鎂類礦物

精選加工制得?；瘜W成分：硅、鋁氧化物，含少量鐵、鈣、

錳氧化物。白色纖維狀結晶，表面有凹凸溝槽，得此名。作用：產品化學性能穩(wěn)定、粘結力強、吸附能力大。是半補強類型填充劑，

能使壓出壓延膠料的表面光滑。凹凸棒土粉凹凸棒土粉無

機

填

料

簡

介——碳酸鈣類2、碳酸鈣類：其用量約占無機礦物填料總量的27%。無

機

填

料

簡

介——碳酸鈣

碳酸鈣作為無機填料應用于塑料填充一般以降低成本為主要目的被廣泛使用，收到了較好的效果。

近年來，隨著碳酸鈣在塑料改性上廣泛的使用和大量的研究發(fā)現，填充一定量的碳酸鈣也可大幅度提高材料的某些性能，如機械性能、熱性能等，在塑料改性中發(fā)揮著重要的作用。

⑴碳酸鈣的概述

作為塑料中填料的碳酸鈣有重質(簡稱重鈣)和輕質(簡稱輕鈣)兩種。由于制備方法不同，輕鈣堆積體積大，顯得輕，實際上二者密度相差很少。碳

酸

鈣粉碳

酸

鈣

通常所說的輕質碳酸鈣是指普通的符合國標GB4794-84標準的產品。輕鈣密度：2.4～2.7g/cm3長

徑：5～12μm短

徑：1～3μm平均粒徑：2～3μm。

工業(yè)上輕鈣生產方法占主導地位的是化學沉降法：

CaCO3（石灰石）====CaO（生灰石）＋CO2

CaO＋H2O====Ca(OH)2（熟石灰）

Ca(OH)2（熟石灰）＋CO2====CaCO3（輕鈣）

輕質碳酸鈣：又稱沉淀碳酸鈣、輕鈣、沉降碳酸鈣碳

酸

鈣方解石的物理性能：密度2.60～2.75g/cm3硬度(莫氏)3溶解度(18℃)0.0013g/100g水分解溫度900℃

重質碳酸鈣：可由天然碳酸鈣礦物質如方解石、大理石、白堊磨碎分級而成。

現在塑料中使用的重質碳酸鈣多用方解石作為原料。方解石礦石

重質碳酸鈣品種：

單飛粉(200目)

雙飛粉(320目)

四飛粉(400目)

方解石粉。碳酸鈣母粒

⑵碳酸鈣的表面活化處理：在實際使用過程中，為使碳酸鈣能均勻分散在塑料中，起到優(yōu)化性能的作用，必須先對碳酸鈣進行表面活化處理。

根據塑料制品的成型工藝和使用性能要求，選取一定粒徑的碳酸鈣，用偶聯劑、分散劑、潤滑劑等助劑先活化處理，再加入一定量的載體樹脂混合均勻后，用雙螺桿擠出機擠出造粒，即得碳酸鈣母粒。

一般情況下,母粒中碳酸鈣含量為80%，各種助劑總含量為5%左右，載體樹脂為15%。我國目前年產3000t以上的納米碳酸鈣生產線已達16條。碳酸鈣母粒碳酸鈣母粒的特點

降低產品的成本，提高生產效率，獲得良好的經濟效益；

增強制品的剛性及增加制品的重量。；

減少制品收縮性及因收縮引起的變形；

分散性好：與聚丙烯，聚乙烯相溶性優(yōu)良，因此即使加入較

大填充量，仍可獲得外觀光潔度很好的外觀；

白度高：本產品為純白色粒料，可靈活配制生產各種顏色制

品；

使用偶聯劑處理：在填充量較大的情況下，使制品仍保持良

好機械性能；

工藝適應性廣：客戶可用原來的加工的設備和生產工藝進行

生產；

含有抗氧化劑和耐老化劑，可延長制品的使用壽命。碳

酸

鈣⑵碳酸鈣作為填料可大大降低塑料成本

現在塑料填料中最多使用的幾種粒徑的碳酸鈣經過表面活化處理以后價格也在2000元/t左右。而塑料粒子(聚乙烯)相對來說，價格昂貴。兩者之間價格相差很大碳酸鈣在塑料中添加的越多，成本就降得越低。考慮到塑料制成品的韌性，碳酸鈣的填充用量一般控制在50%以內。

對于塑料和鋼塑復合管的生產,塑料都是其主要的原料，大大地降低原料成本無疑是極大地降低了生產成本。

儲量豐富

制備工藝簡單價格非常便宜3、碳酸鈣的改性作用

碳

酸

鈣增大塑料產品體積，降低成本；提高硬度和剛度；減小塑料制品的收縮率；提高尺寸穩(wěn)定性；改進塑料的加工性能；提高其耐熱性；改進塑料的散光性、抗擦傷性、平滑度

缺口抗沖擊強度的增韌改善混煉過程中的粘流性重質碳酸鈣碳

酸

鈣3.1．力學性能

由于碳酸鈣的硬度大，填充碳酸鈣會提高塑料制品的硬度和剛度，力學性能增強。制品的抗拉強度和抗彎強度得到改進，并使塑料制品的彈性模量顯著提高。

填

料

碳

酸

鈣3.2．熱性能

加入填充料后,由于碳酸鈣的熱穩(wěn)定性好,可使制品的熱膨脹系數、收縮率在各方面相同下降，而不象玻璃纖維增強熱塑性塑料那樣，在不同方面有不同的收縮率，加入填充料后可使制品的翹度、彎曲度變小，這是與纖維填充料相比最大的特點，制品的熱變形溫度隨著填充料的增加而增高。

3.3．耐輻射性

填充料對射線有一定的吸收能力,一般可吸收30%～80%入射紫外線，可防止塑料制品的老化。

填

料

碳

酸

鈣——超細碳酸鈣超細碳酸鈣有普通超細碳酸鈣和活性超細碳酸鈣之分。超細活性碳酸鈣：表面經過乳化劑和表面處理劑處理；超細碳酸鈣分子量：100.09相對密度：2.45~2.50粒徑：0.01~0.08μm比表面積：10~70㎡/g外觀：白色微細粉末味道：無味溶解性：幾乎不溶于水，不溶于醇穩(wěn)定性：在空氣中穩(wěn)定毒性：無毒應用范圍：塑料工業(yè)的電線電纜、硬管、地磚、薄膜、EVA海棉；

涂料工業(yè)的粉末涂料、合成樹脂、釉藥、油性漆、乳漆、初層漆；

橡膠工業(yè)的鞋類、輪胎、海棉、膠質糊；

橡膠里布、皮帶軟管、造紙，涂布、填充劑；

以及燃料顏色劑、牙膏、化妝品、食品添加劑、酸中和劑等超細碳酸鈣填

料

碳

酸

鈣——超細碳酸鈣

20世紀90年代,發(fā)現在塑料中填充較大量的超細碳酸鈣粒子后,塑料不僅剛性不受損害,韌性也得到大幅度的提高,最大可提高2～3倍。改變了以往填充改性塑料必須以犧牲某種力學性能為代價、改性塑料的力學性能隨填料填充量的增加而下降的狀況。

3.4．超細碳酸鈣的特殊改性作用

塑料中填充超細級或更細的碳酸鈣，在改變制品性能方面有特殊效果。傳統(tǒng)無機填料表面活化處理：一般采用在熔融狀態(tài)下進行表面活化處理。

新的表面活化處理工藝：選擇添加一定量的增塑劑、增容劑和分散劑等，常溫下在高攪機內進行冷包覆處理。填

料

碳

酸

鈣——活性碳酸鈣活性碳酸鈣特點：

（1）外觀：白色粉末、無毒、無味、無刺激、不燃、不爆、折光率低、

易于著色，不溶于水，在空氣中穩(wěn)定。（2）疏水性：該產品經過活化處理后，分子結構改變、粒度分布均勻，

呈極強的疏水性。（3）具有白度高、流動性好、光澤度好、分散均勻、填充量大等特點。

并有極好的潤滑性、流動性、分散性和有機性。（4）與橡膠、塑料的分子間親和力強、填充量比普通碳酸鈣可多填充2-5

倍至數倍，綜合生產成本明顯降低。（5）吸油值低、白度高，延伸度高，而且其特有的超強金屬剝離性和顯

著的潤滑效果還能提高制品表面的光亮度，磨損和抗沖擊強度。（6）可減小對加工機械的磨耗度，改善產品加工工藝，提高制品性能，

具有較好的補強作用。（7）該產品應用于高級涂料中，可提高固體填充量，降低粘度，同時賦

予涂層耐磨性、抗腐蝕性、降低烘烤溫度，縮短烘烤時間，提高產

品質量，降低生產成本，具有明顯的經濟效益。填

料

碳

酸

鈣——活性碳酸鈣活性碳酸鈣的應用1、在塑料中可以提高塑料制品尺寸的穩(wěn)定性、硬度和