1 前言
无机粉体资源丰富、价格低廉、性能优异，在塑料制品中己得到了广泛应用，已成为重要的填充、改性、增强材料，取得了明显的经济效益、社会效益和生态效益。
2 无机粉体在塑料中的应用品种
无机粉体材料可按化学成分、矿物组成、颗粒几何形状、用途特性等进行分类。分类情况如下：
2.1 碳酸钙
碳酸钙资源丰富，价格低廉，性能优异，己成为塑料中应用量最大、应用领域最广的无机粉体材料。碳酸钙分为重质碳酸钙和轻质碳酸钙。
重质碳酸钙是把天然矿石用机械磨碎得到的粉体，它的密度2.7g/cm3。轻质碳酸钙是通过化学反应得到的沉淀碳酸钙，它的密度约为1 .2～1 .9g/ cm3。粉体的堆积密度与真实密度具有较大差异。
2.1.1 碳酸钙在塑料中的应用特点
碳酸钙作为无机填料在塑料中使用具有以下优势：
(1)价格低廉。
(2)无毒、无味、无刺激性。
(3)色白，易着色，对其它颜色干扰小。
(4)硬度较低（莫氏硬度3），对加工设备及模具的磨损轻。
(5)化学稳定性好，和大多数塑料和助剂不发生化学反应。
(6)热稳定性好，热分解温度在800℃以上。
(7)易干燥，不含结构水。
2.1.2 碳酸钙在塑料中的应用
PVC板材、片材、装饰材料、型材、管材等产品是使用轻钙最早最普遍的塑料制品，目前有的厂家开始使用重钙，生产环境和加工成本都有明显改观。
随着生产技术的不断发展，碳酸钙在塑料制品中的添加量和应用领域不断扩大，大约有80%的PP、PE制品添加碳酸钙填充改性母料，重钙在PS、ABS的片材、包装材料、注塑等方面也得到应用。
不同粒径碳酸钙对复合材料性能的影响
| 碳酸钙粒径（目） |
拉伸强度（MPa） |
断裂伸长率（%） |
缺口冲击强度（KJ/m2） |
弯曲强度（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 |
“石头纸”是目前热议的节能环保项目，它是由60070~-75%无机粉体和少量合成树脂、化学助剂经改性加工而成，应称为合成纸。目前我国合成纸的生产应用尚处在研究、试用、推广阶段，在技术、人才、应用等方面尚需认真研究、科学决策。
2.2 滑石粉
滑石粉在我国主要分布在广西桂林、山东栖霞和辽宁海城等地区。目前，由于矿藏量急剧减少，滑石的品质也受到一定的影响。
2.2.1 滑石粉在塑料中的应用特点
(1)滑石的密度为2.7~2.8g/cm3，与重钙相近。
(2)滑石的莫氏硬度为1，在无机粉体中硬度最低，对设备磨损最小。
 (3)滑石呈层状结构，相邻的两层靠微弱的范德华力结合，在外力作用下，相邻两层之间极易滑移或相互脱离。因此，滑石粉在塑料加工中，在机械设备的摩擦、挤压等作用下，滑石粉颗粒极易层层剥离开从而形成新的颗粒结构并团聚，虽然经过偶联剂或其它化学表面处理技术，但达到较好的表面活化改性效应尚需采取特殊工艺。
(4)滑石对塑料产品显著的增强作用主要来自于其独特的微观片状结构。加工后的滑石粉片状结构保持的越完整，其增强效果越明显。较大的径厚比（片状颗粒平均直径与其厚度之比）可提高塑料制品的刚性、冲击强度、弯曲模量和热稳定性。
（5）高品质超微细滑石粉成片状结构，用于塑料制品时，可均匀的成层叠状分散在树脂中。如同水泥制品中嵌入的金属结构网，能够在保持塑料的自身优点外，形成力学性能优异的增强支撑形态，可提高塑料制|品的物理性能，还具有明显的保温、阻隔作用。
（6）滑石的pH值为9.0～9.5，化学稳定性好，耐弱酸、碱、盐。
（7）滑石的颜色有白、灰绿、奶白、淡红、浅蓝、浅灰等，有的还有珍珠或脂肪光泽。对塑料用的滑石粉往往希望白度越高越好，在粉碎时，各种滑石都成为一种由灰到白的粉末，并呈现不同程度的固体光泽，但在塑料制品中应用后，会发生颜色的微量变化。
（8）滑石和云母、高岭土等含硅（Si）的矿物都具有红外线和紫外线的阻隔性，在塑料制品中具有明显的保温、耐老化等效果。
(9)滑石的滑腻感十分明显，加入滑石粉的塑料开口性明显改善，还可以改善薄膜的防粘连性。
(10)当超微细的滑石粉（1微米以下）均匀分散在塑料基体之中时，能起到成核剂的作用。
2.2.2 滑石粉在塑料中的应用要求
《GB15342_1994塑料用滑石粉技术指标》规定了主要应用指标要求，在实际应用中还应注意以下几点：
SiO2含量：滑石粉中的硅( SiO2)含量是衡量滑石粉品位的重要指标。要根据不同的塑料制品性能要求来选择滑石粉，如在薄膜中加入的滑石粉硅含量应高些，粒径小、粒度分布窄，才能使薄膜的透光率高、拉伸强度、抗穿刺性等指标有明显改善。而在注塑、板材、棒材中硅含量要求不必过高，硅含量较低的滑石粉价格较低，同时资源丰富。
流动性：在挤出过程中，滑石比其他颗粒状无机村料流动性差，分散困难，螺杆扭矩大，所以采用较好的活化助剂是克服以上问题的关键。
静电：滑石呈层状结构，比表面积大，颗粒形状的不规则性和表面的凸凹形态使它的摩擦系数大、易产生静电，造成微小颗粒之间的凝聚，难以分散，影响应用效果。采用静置存放消除静电工艺，既简单实用，又便于操作。在其他无机粉体中也可参照此工艺。
2.2.3 滑石粉在塑料中的应用领域
滑石粉可广泛用于PP、PE. PS. PA. ABS. PC、PVC等树脂。滑石粉在降低塑料制品生产成本的同时，还具有显著改善塑料制品的刚性、耐热性、抗蠕变性，降低收缩率等优点。
滑石粉可改变太阳光波照射方向，使直射光转变为散射光，阻隔紫外线照射，改善塑料制品耐老化和降解性能，提高使用寿命。
在飞机、航空、航天、军工等塑料制品中，滑石粉的耐化学性、高低温稳定性及优异的机械性能都得到了认可。
在中空制品中添加适量的滑石粉，可降低生产成本，减小收缩率，改善刚度，提高制品使用寿命。
滑石粉广泛应用于汽车保险杠、仪表盘饰件、内装饰面板、管类、隔热板及塑料零件等，可提高塑料制品的冲击强度，改善高温下的抗蠕变性能，降低收缩率，赋予制件表面质量更加优良，外观更加华丽，触摸感更适宜，
滑石粉在注塑制品中应用可明显改善注塑产品的力学性能，降低注塑零件的浇口、边缘等收缩造成的凹陷，改善外观效果及手感性。
滑石粉还能改善家电产品的质量及外观，特别是在耐老化、防晒、褪色、隔热、保温、阻燃、隔音及改善产品特殊功能方面，有着不可替代的优势和特性。
2.3 硅灰石
2.3.1 硅灰石在塑料中的应用特点
硅灰石属天然的硅酸钙(CaSiO3)，呈浅白色针状结构，加工后的硅灰石长径比（L/D）可达15/1，是塑料中纤维状的无机增强填料，具有极好的抗张强度和抗挠曲强度，并且具有特别好的耐湿性能。
硅灰石具有资源丰富、价格低廉等优势，是塑料增强改性新的无机材料，虽然在塑料制品中受其白度和加工工艺等方面的制约，但随着它的特性逐渐被人们所认识，应用范围和用量也有较快的增长。
2.3.2 硅灰石在塑料中的应用领域
硅灰石可广泛用于PET. PA. PE. PP. ABS等树脂，它的许多性能与滑石、石棉和云母等无机粉体相类似，硅灰石作为塑料中的无机填料，采用硅烷偶联剂进行表面活化改性处理，以提高或保证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显著降低，这个特点可以改进吸水性较强的尼龙制品在潮湿环境下因吸水而导致强度和模量下降的缺点。
 硅灰石是较为完整的针状结构，可作为树脂的增强材料以改进塑料复合物的性能。硅灰石填充的聚合物体系的挠曲强度和抗张强度优于其他许多填料填充的聚合物体系。在暴露于紫外光和水浸渍的条件下，硅灰石填充的体系有优异的性能。
硅灰石用于大型塑料管材、片材、薄膜、中空及注塑等产品中，可明显改善塑料制品拉伸强度、环刚度、挠曲性及收缩率等，还可提高耐热性和阻隔性，是塑料制品中新的无机改性材料品种之一。
2.4 硫酸钡
2.4.1 硫酸钡在塑料中的应用特点
将天然矿石（重晶石）经粉碎、水洗、干燥后制得为重晶石粉（也称重质硫酸钡），呈白色或灰色粉末，密度为4.3～4.6g/cm3。
重晶石加热至1100℃还原生成可溶性硫化钡，再与硫酸或硫酸钠作用生成沉淀硫酸钡（也称轻质硫酸钡），粒径细，白度可达92度以上。硫酸钡具有比重大、光泽好、热稳定性好和加工性能优异等特点。
2.4.2 硫酸钡在塑料中的应用
硫酸钡独特优异的性能，使其应用十分广泛，成为塑料制品新的功能改性材料之一。硫酸钡具有提高塑料制品的耐化学腐蚀性、耐热性、改善产品外观等特点。硫酸钡可用于PP. ABS. PA. PET等树脂生产的家电外壳、机械零件、汽车部件、空调面板、电热壶外壳等。
 硫酸钡还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，扩大塑料制品的应用领域。
2.5 云母
2.5.1 云母在塑料中的应用特点
云母指的是天然白云母，是一种具有独特结构的层状铝硅盐酸矿物，单斜晶系，晶体呈假六方片状，白云母薄片透明无色，厚片略带浅绿、黄、橙等色，玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽，硬度2.5-3.1，比重2.76-3.10g/cm3。
2.5.2 云母在塑料中的应用领域
云母可改善塑料的物理性能：云母具有较好的增强作用，可提高机械部件、车辆零件。术塑制品、家电外壳、包装制品、薄膜、拉丝和绳索等塑料产品的物理性能。
云母可改善塑料的气密性：云母粉具有优异的薄片状晶形，有效阻隔面积很大。在塑料加工中，经过压延、拉伸等作用，云母晶片取向既可在塑料内形成平行取向排列，与气体、液体的渗透方向相垂直，从而在塑料等材料内形成层层阻隔，使气体和液体极难穿透。
在塑料中加入云母粉后，可以用来生产啤酒瓶、药物包装瓶、防潮防渗漏材料以及特种塑料包装材料。
云母可改善塑料的光学性能：云母晶片具有反射、散射红外线和吸收、屏蔽紫外线等功能。在农膜中加入云母粉，可阻隔红外光向外散失，还能散射紫外光，提高大棚、地膜的保温效果。
在塑料包装材料中加入片状结构的云母粉，可屏蔽光辐射。用于药品、化妆品、食品等产品的包装，起 到屏蔽光辐射的效能，以改善产品储存效果。
云母可改善塑料制品的绝缘性能：云母本身是高性能绝缘材料，具有极高的电阻性。在塑料中添加片径比大的云母粉，可有效提其绝缘性，还可改善塑料制品的耐热性等。
2. 6 沸石
沸石( Zeolite)最早发现于1756年。沸石是沸石族矿物的总称，是一种架状含水的碱或碱土金属铝硅酸盐矿物，密度为1 .92～2.80g/cm3，莫氏硬度为5～5.5。
由于天然沸石是一种最典型的具有纳米介孔结构的非金属矿，可作为制造纳米结构组装材料的载体与媒介，正日益受到科技界的密切关注。
沸石晶体的大量孔穴和孔道，使沸石具有很大的比表面积，具有很强的选择性吸附能力；天然沸石还有着良好的耐酸性和热稳定性，具有在水溶液中与其他阳离子进行可逆交换的性质；沸石的催化性能表现为当某些反应物质寄附于沸石晶体内部孔穴的表面上时，其反应速度有所加快，且反应生成的新物质又可以从沸石内部扩散释放出来，所以沸石在化工、环保方面作为分子筛广泛用作吸附剂、离子交换剂、催化剂、净化处理剂等等。
沸石是近年来塑料界关注的新的改性材料，沸石的比重、纳米微孔结构及它的吸附性和耐化学稳定性可为塑料制品扩大应用领域提供新的发展空间，特别是在有害气体吸附、家居装饰、汽车内饰、鞋体材料等方面进行了诸多研究，取得了令人惊喜的效应。
2.7其他无机粉体在塑料中的应用
高岭土可提高玻璃化温庋较低的热塑性塑料的拉伸强度和模量，提高塑料制品的刚性和强度，加入到聚丙烯中还可以起到成核剂作用。高岭土对红外线的阻隔作用非常显著，在军事器材上已得到应用，在薄膜中应用可提高保温效果。
高岭土在煅烧后可明显提高塑料的电绝缘强度，可用于电线、电缆及耐高压绝缘产品，在长距离特高压电力输送方面有着广阔的研究发展。高岭土颗粒具有极强的凝聚倾向，采用表面活化处理技术才能达到均匀分散的目的。
木粉、竹粉、秸秆粉与塑料复合生产成木塑制品，在国内外得到了大量的推广应用，因来源丰富、价格低廉受到用户青睐，但它的耐热性是制约用量和用途的主要瓶颈。
玻璃微珠（电厂粉煤灰）具有比重小、硬度大、流动性好等优点，可用于注塑、中空等塑料制品的填充改性。
3 无机粉体在塑料中的应用工艺
3.1 无机粉体表面处理工艺
无机粉体大多属亲水性材料，合成树脂属亲油性材料，如果用简单的机械物理方法使其共混；两种不同性质的材料既不能交联，甚至还会呈“对立结构”，怎样使两种不同性能的材料能够较好地相容在一起，充分发挥各自的功能，已成为人们关注的重点。
采用表面活化改性技术，加入适量的助剂，在一定的温度、压力、摩擦、时间等作用下，使亲水性无机粉体转换为亲油性材料，无机粉体与有机材料可“亲密，，地成为牢固地结合体。
表面活化改性工艺技术，可大大提高无机粉体在塑料中用量的同时，还可明显改善塑料制品的物理性能和加工性能，有效地扩大无机粉体在塑料中的应用领域和添加量，具有显著的经济效益和社会效益。
3.2 无机粉体的应用性能指标
水分及易挥发物：无机粉体的水分及易挥发物是影响塑料制品质量非常重要的指标，在生产工艺中一般要求不大于0.3%，如果水分过大，需先干燥后再进行活化改性。
白度和色相：无机粉体和塑料混炼后使塑料的颜色或多或少会发生变化。深色塑料产品对加入的无机粉体白度没有太高的要求。但为使浅色产品具有比较好的颜色，无机粉体要有较高的白度和适宜的色相。
表面性质：无机粉体随其矿产来源不同而呈现不同的表面性质。比表面积和吸油率在很大程度上决定于矿产资源和产品细度。影响这些性质的其它因素有颗粒表面粗糙度、颗粒形状以及孔隙体积等。
几何特征：无机粉体的颗粒形状由材料本身而决定，但颗粒的几何形状对塑料制品材料的物理机械性能有着重要的影响。针状、棒状、片状无机粉体，拉伸强度大、冲击强度好，而流动性较差。方型、球型、块状无机材料则反之。
粒度分布：无机粉体的粒度分布对塑料制品的外观、力学性能、吸油率及加工工艺的影响很大。塑料制品
4 无机粉体在塑料中的应用前景
随着先进技术的不断发展，无机粉体、化工助剂和加工工艺的有机结合，在不同高分子材料中实现了填充、增强、增韧、防沉降、抗静电、紫外线吸收、电磁屏蔽、消音、抗震等功能，发挥出更大的技术经济优势。
(1)通用塑料工程化。在热塑性塑料中加入无机粉体通过填充、共混、增强和发泡等改性工艺技术可提高塑料的物理性能和化学稳定性，使通用塑料工程化，达到降低成本、提高性能、满足使用要求的效果。如汽车零配件、电子电气部件和办公自动化产品等，还在交通、航空、军事等方面有较广泛的发展前景。
(2)工程塑料高性能化。将工程塑料与一种或多种无机材料、化学助剂等，通过改性工艺，使各组分的性能相互取长补短，从而达到提高性能和多功能化的目的。这些材料“合金”在高科技工业中使用后，具有质量轻、强度商、性能优等特点，成为航空、航天、汽车、铁路、机械零部件、医用材料等方面的新型功能材料。
(3)无机粉体纳米化。无机粉体在塑料中得到广泛应用，无机粉体的功能随着粒度的超细化而逐渐凸现，利用无机纳米粉体改性后的塑料具有很多独特性能，给塑料工业的发展带来新的发展机遇及应用空间。无机纳米粒子在塑料中的加入量一般为3%-5%可赋予塑料新的功能，改善塑料的耐老化性、阻燃效果，提高塑料的热变化温度、耐磨耗性能等。
(4)塑料制品环保化。随着人们的环保意识增强、环保法规日趋完善，塑料的可再生利用、环境可消纳性、可降解、无毒、无味、无污染等保护环境的理念成为塑料工业的重要发展方向，无机粉体可提高能源源节约和合理利用，促进绿色环保低碳节能社会的发展。
(5)无机粉体应向功能化、绿色化、微细化方向发展。加强相关行业的关联度，扩大不同行业及产品的相互交流合作，加快研究发展无机粉体的粒度精细分级、表面功能改性、绿色低碳、无污染、无杂质的新型工艺技术，拓展在光、电、声、磁、生物、信息、医学、航空航天、国防军事等方面的应用。提升无机粉体的认知度和美誉度，为我国建设资源节约型、环境友好型社会发挥积极作用。
注：本文是由徐同考教授在2014中国非金属矿科技与市场交流大会上的专题报告汇总而成，转载请注明出处。
徐同考，1955年6月18日生于河北省平乡县。无党派，自学成才，教授级高级工程师。现任中国塑料加工工业协会副会长、中国塑协改性塑料专委会副理事长、政协平乡县副主席。他无私奉献，足迹遍布全国，奉献技术300余项、解决技术难题1200余个、培训专业人才近万名，是我国改性塑料方面的著名专家。二十多年来，他多次组织全国改性塑料行业会议，积极参与国家行业发展规划制定，被天津、福建、辽宁、广西等省、市、区及20多家单位聘为科技专家。为我国改性塑料的发展作出了贡献，被中国塑料加工工业协会聘为专家，多次被评为全国行业先进工作者。
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