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| 中国塑料加工工业协会副会长徐同考高工谈无机粉体在塑料中的应用工艺及前景 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-09-17 14:20:51 浏览次数： |
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无机粉体是塑料中应用量大、使用方便的新型功能改性材料，可改善和提高塑料制品的物理性能和化学稳定性，是满足或达到人们对塑料制品应用要求的新材料。本文结合徐同考高工多年来从事塑料改性实际工作，就无机粉体在塑料中的应用工艺与发展前景作一简要介绍，仅供参考。
中国塑料加工工业协会副会长、教授级高工徐同考
1 无机粉体表面改性
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。
2 无机粉体的应用要求
水分及易挥发物
水分及易挥发物在塑料加工时会因在高温、摩擦等因素的影响下形成气体，影响不同材料的相容性，有时还会造成微细粉体的二次团聚。水分及易挥发物在塑料加工时形成的气体，会在机械输送过程中往复运动。在冷却后，会对塑料制品产生鲨鱼皮细纹、气泡、不规则裂纹，影响产品的外观和物理性能。
无机粉体中的水分及易挥发物受矿产资源、自然环境、加工工艺及粒度、包装、运输及储存等多种因素影响。而含量数据的测定也会因不同条件和环境的制约，有一定的误差。
将无机粉体在110℃~140℃的加热型高混机中干燥3min~5min，物料温度从低温开始返升时，证明水分含量已达到使用要求。
白度
重质碳酸钙的白度可达95 度以上，白度一般也不会因加工等因素有明显的变化。滑石粉、硅灰石、云母等材料与塑料混炼后会使颜色发生变化，而在最终制品使用后，又会使颜色有些复原。
色相
塑料的应用领域广泛，人们对塑料制品的色相要求也有一定的差异。一般的日常品种喜欢暖色调，在工业品中以冷色调为多。色相的差异主要受矿产资源的影响，在塑料加工时，加入微量助剂，可适当调整色相。
吸油值
在塑料和橡胶中对无机粉体的吸油值要求较高，吸油率越小，树脂和助剂的用量可有所减小。同一矿产资源，粒度越小，比表面积越大，吸油率越高。所以，粒度分布、颗粒几何特征、表面性质与吸油率都是相互关联，互相影响不可忽视的技术指标。
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。塑料制品要求无机粉体粒度分布在一定范围内，并不是粒度分布越宽越好。
用D97 和D50 来判断粒度分布是比较客观的，但不能忽视最大的粒径和最小的颗粒含量，如微细颗粒过多，会形成团聚和比表面积过大，过大尺寸的颗粒虽然数量较少，也会影响产品外观和物理性能。
消除静电
无机粉体中片状、棒状材料和微细粉体比表面积大，在加工中极易摩擦产生静电，使粉状颗粒凝聚结团，易造成过滤网堵塞、机头压力增大，还会在制品中形成微小的粉体团聚点，影响产品的分散效果和质量。静电的消除工艺可采取静置存放静电消除工艺，技术简便可行，成本低廉。在水分干燥后放料，存放在干燥通风的位置，静置存放20h 备用，能有效地消除静电。
活化包覆
经过活化处理后的无机粉体表面均匀地包覆与树脂性能相近的亲油性助剂，在与树脂共混过程中，改善不同物料界面相容性，提高产品的性能。
活化效果试验可采用约60℃的水在透明杯中浸泡活化后的无机粉体，并轻轻均匀地搅拌，观察粉体是否呈絮棉状漂浮在水面，浸泡时间越长，水液越清澈无浑浊沉淀物，证明表面活化处理效果越好，助剂在粉体表面的牢固度越高。
界面相容
界面相容与活化包覆有着非常密切的关联。界面相容就是无机粉体经过活化后，形成均匀地有机包覆层，能够在温度、压力等作用下与有机材料很好的相容性。无机粉体表面活化改性的效果是决定界面相容的重要决定因素。
杂质
由于无机粉体来源于大自然，复杂的环境条件会形成产品的杂质有一定含量。而在加工生产中也会受到各种因素影响，使泥沙、粉尘、金属、植物等杂质在无机粉体材料中含量超标，在生产工艺中应更加注重微细环节带来的影响。
透光率
透光率是塑料制品常要求的一项指标。它是指透过透明和半透明体的光通过量与其入射光通过量的百分率。一般在塑料中加入无机粉体后，会对透光率有一定影响。透光率与遮盖率是相对应的。对要求遮盖原来色相或不透明时，应采用遮盖率高的材料，如钛白粉等。
共混预塑化
无机粉体在高混机中经过活化后，经过不同的助剂与物料共混，使无机粉体、化学助剂、合成树脂等不同性能的原辅材料界面相容，并根据产品性能要求，在高混机中的温度、搅拌形成的压力等作用下得到预塑化。预塑化可使物料由粉状固体逐渐变为丝条状、团块状或粘糊状。预塑化程度高，物料熔体流动速率大，分散性好，塑料制品外观较好，但力学性能有所下降。
无机粉体的磨耗比较
由于无机材料的性质决定了对设备磨耗的不同，无机材料硬度越大，设备磨损越严重，碳酸钙的硬度为3，高岭土的硬度为7~8，滑石粉的硬度为1。在塑料制品中加入的无机材料的颗粒形状、性能、粒径有所不同，挤出机的螺杆料筒磨损也不同，如添加硅灰石类无机粉体时，挤出机的螺杆料筒磨损比纯树脂要大，而滑石粉的硬度小得多，磨损也会明显减少，可与树脂基本相近。
添加量
添加量是客户关注的重点之一，添加量要根据粉体材料的性能、粒度大小、表面改性及塑料制品的用途、性能等多方面综合考虑。一般无机粉体在塑料制品中添加3%~5%时，起到成核剂或辅助功能；在添加10%~20%时，可起到降低生产成本、改善性能的作用；在添加30%以上，在某些功能提高的同时，也会产生一些副作用。如重钙在塑料中添加到30%以上，物理性能有明显下降，会对塑料制品的刚性和阻燃效果带来影响。
3 无机粉体在塑料中的应用前景
(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。
作者简介：
徐同考，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。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。
徐同考从事塑料改性数十年，在生产、研究、应用等方面积累了丰富成熟的实践经验，他研制开发的改性塑料新产品、新技术、新工艺科学实用，在全国同行业推广应用，取得了良好的经济效益和社会效益。他严谨详实的专业知识和为人敦厚的崇高美德，受到社会各界广泛赞赏。
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