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滑石粉在塑料中的应用
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【塑胶五金网】摘 要： 滑石粉作为功能性无机材料与不同合成树脂复合应用，有着明显的特性和广阔 的发展前景。
关键词： 滑石粉 塑料 应用
1 前 言
滑石作为一种添加剂、改性剂或填料，已广泛用于造纸、涂料、陶瓷、日化、塑 料、橡胶、食品、医药等行业。因为滑石具有质地柔软、磨耗低、光泽度高、吸油 值小、透明性好等优点，滑石良好的化学稳定性和优异的物理特性也得到了人们的 认可。
滑石在塑料、橡胶中应用具有明显的增强改性作用，可提高塑料产品的拉伸强度、 冲击性能、抗蠕变性、耐热性、抗撕裂性等。改善产品的表面外观，降低产品收缩率、 提高阻隔效果，减少透气性，增加塑料制品的刚性。已成为改善塑料制品性能的重要改 性材料，越来越受到塑料行业的青睐。
本人多年来从事研究滑石粉的应用，积累了滑石粉的相关物理特性及在塑料制品中 的增强功能经验，现就滑石粉在塑料中的应用作一简要介绍。
2 滑石粉在塑料中的应用领域广泛
我国是世界上滑石的 大生产国、消费国和出口国，随着人们对塑料制品的性能要 求不断提高，滑石粉在塑料工业中应用领域和需求量也越来越大。
滑石作为功能性填料在塑料改性中表现出很多其他填料不具备的优点。滑石粉已成 为塑料功能改性的主要原材料，可广泛用于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳 酸酯和聚氯乙烯等树脂生产的塑料制品。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，降低塑料制品收缩率等优点。着重介 绍在以下几类产品中的应用概况。
2.1 薄膜类制品
在农业棚膜中的应用效果： 太阳光白天到达地球表面的照射能量98%集中在0.3～ 3.0μm的波长范围，夜晚从地球表面向大气层散热的辐射能量90%集中在7～25μm的 波长范围，峰值为11～12μm，农作物光合作用的有效波长是0.4～0.7μm，与可见光 基本一致。添加含Si类材料 (云母、滑石粉、高岭土) 的线形低密度聚乙烯 (LDPE) 薄膜对7～25μm红外线的阻隔作用明显优于不含Si的无机填料，添加不同无机材料的 线形低密度聚乙烯薄膜透光性能比较如表1所示。
表1 不同无机材料的聚乙烯线形低密度薄膜透光性能比较
|
薄膜添加无机材料 |
滑石粉 |
云母 |
高岭土 |
碳酸钙 |
纯LDPE |
|
透光率/% |
89.0 |
— |
93.3 |
85.2 |
82.2 |
|
散射透光率/% |
50.10 |
64.7 |
56.4 |
40.2 |
30.32 |
作为农用薄膜既要求透光率还应有优异的散射光，散射光可使光照均匀，作物多方 受光照而提高光合作用，促进生长。滑石粉在薄膜中对7～25μm的波长辐射有一定的 屏蔽作用，这样可使白天所积蓄的热量在夜间以红外线的形式向外界散失受到阻隔，从 而达到棚内保温的作用。
滑石粉还可以提高薄膜的力学性能，如拉伸强度、弯曲强度和刚性等均有所提高。 还可以使薄膜的外观更加色彩艳丽，呈珍珠状，手感性也有改善。
2.2 扁丝类制品
聚丙烯编织袋已广泛用于各种产品的包装，编织袋的应用范围广、应用量大，并大 量出口到国外，我国已成为世界上产量 大和出口 多的国家。由于聚丙烯易受热、氧 的影响产生降解老化，树脂收缩率大，加入的碳酸钙填充母料可改善某些性能，但由于 碳酸钙的性质，决定了它的性能不能完全满足人们对产品技术指标的要求。
微细滑石粉可明显改善编织袋的物理性能。我们在生产出口的编织袋中加入含量在 5%的滑石粉与纯聚丙烯树脂对比，扁丝的拉伸强度提高4%～6%，断裂伸长率、扁丝 外观、手感都有明显改善，而外观色泽更柔和、更亮丽。
在生产要求高强度、耐老化的遮阳网、建筑安全网、围栏防护网等编织网时，加入 10%～20%的滑石粉增强改性母料，可降低生产成本，化学稳定性、耐紫外线照射、环 境耐久性都有明显的改善，产品的使用期限和长久安全性明显提高。
在生产网丝类产品中加入适量的滑石粉增强改性母料，可取得令人满意的效果。如 在渔网丝中添加5%～10%该产品，能够有效地降低渔网丝的缠绕黏连性，在不影响渔 网的透明效果情况下，改善渔网在捕捞作业中的水中视觉效果，提高捕捞效能。
在用再生树脂生产编织袋时，添加适量滑石粉增强改性母料，可明显提高产品的断 裂伸长率，降低生产工艺温度，提高再生树脂的抗老化性，减少热能对材料的热降解。
我们选取滑石粉与碳酸钙作为填充改性母料，在同样配方、同样工艺、同样树脂， 生产的扁丝委托国家塑料制品检测部门进行产品检测，有关数据如表2所示。
表2 扁丝力学性能指标对比
|
项 目 |
纯PP粉料 |
滑石粉5% |
滑石粉10% |
滑石粉20% |
碳酸钙5% |
碳酸钙10% |
碳酸钙20% |
|
拉力/N 断裂伸长率/% |
30.904 20.312 |
36.335 26.16 |
33.7 29.826 |
33.09 27.84 |
37.173 24.643 |
33.03 23.053 |
31.027 23.443 |
2.3 中空类制品
中空制品中的塑料桶类是新型包装容器，具有耐化学品的稳定性、腐蚀性小、质量 轻、洁净卫生、生产成本低等优点，可替代金属材料生产的桶，广泛用于化工、日用、 油脂、食品、医用品的液体包装。桶的形状有方形、扁形、圆形等，它的重要技术指标 有密封性、跌落试验、保压性等。目前，生产大型塑料桶或容器时大都采用高相对分子 质量高密度聚乙烯为主要原料。有些中空制品在添加碳酸钙母料时，可降低生产成本， 但制品的力学性能有所下降，特别在盛放酸类物质时，易受到浸蚀，影响使用性能。在 塑料中空制品中添加适量的滑石粉改性母料，可降低生产成本，减小制品收缩率，改善 制品刚度，提高制品使用寿命。
2.4 注塑产品
注塑产品种类很多，主要有工业零部件、玩具类产品、日用品等。滑石粉在注塑制 品中应用后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，提高产品的透明性、外观效果及手感性。滑石还具有优异的介电性和阻隔性，可 明显地改善塑料制品的介电性质和阻隔性，降低电磁辐射效应。
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，与树脂有较好的相容性和力学性能的互补性。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，在降低生产成本的同时，可改善塑料制品的 物理性能。
2.5 汽车零部件
滑石填充聚丙烯主要应用于汽车和飞机工业，这是因为滑石给予此种材料高的刚度 和高温下的抗蠕变性能，滑石赋予材料制件表面质量优良、模塑收缩率较低的优点。在 汽车工业中，滑石填充聚丙烯的特殊用途包括风扇罩、加热器罩和管子、导管、蓄电池 防热板以及流体泵零件等。在飞机工业中也得到广泛应用，还可用于特殊用途，包括冰 箱门衬垫、加热器及真空泵罩以及搅拌器等。
2.6 家电及机械配件
我国近年来家电产业发展迅速，据有关资料显示，家电产品的60%～80%由塑料 部件制成。滑石粉不但可降低家电零配件的生产成本，还能改善家电产品的质量及外 观，特别是在耐老化、防晒、防褪色、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。随着家电产业的发展，这些功效越来越被人们认可和 重视。
2.7 管材、板材类塑料制品
塑料管材的应用范围和应用量不断扩大，聚乙烯管材是发展 快的产品之一，已广 泛用于供水、排水、排污、化工、天然气、供暖等领域。由于管材的用途、直径、结构 不同，技术指标也差异很大，我们采用滑石粉增强改性母料在不同聚乙烯管材中使用， 取得了理想的效果。
供水管道、天然气输送管道的要求是非常严格的。采用滑石粉增强改性母料，在 Φ75mm、Φ90mm、Φ110mm、Φ135mm、Φ160mm等不同规格的供水管材中添加10% 的该产品，经过静压试验、压力爆破试验、尺寸稳定性等性能测试，各项指标都达到产 品标准要求，有些指标明显优于原来的纯树脂的管材指标。
我们还在天津、辽宁等生产大型波纹管厂家进行试用，可明显改善大型管材的环刚 度，提高冲击强度，受到客户的好评。
3 滑石粉在塑料中的应用特性凸显
滑石粉是近几年塑料制品中应用推广发展较快的无机粉体。滑石粉在塑料制品中的应 用特点可明显改善塑料制品某些性能，因此，选择滑石粉时还应对滑石粉有以下要求：
①高纯度 滑石粉的纯度越高，其增强的效果越好。滑石粉中的其他矿物杂质，金 属类矿物 (特别是铁) 对塑料的抗老化性有十分明显的影响。
②湿白度和色相 滑石粉和塑料混炼后使塑料的颜色或多或少地发生变化。深色塑 料产品对加入的滑石粉白度没有太高的要求。但为使浅色产品有比较好的颜色，滑石粉 要有较高的湿白度和适宜的色相。
③二氧化硅含量 滑石粉中的硅 (SiO2) 含量是衡量滑石粉品位的重要指标，滑石 粉中硅含量越高，滑石的纯度越高，应用效果也好，价格也越高。我们要根据不同的塑 料制品性能要求来选择滑石粉，如在农用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好、薄膜的拉伸强度、抗穿刺性等指标都有提高。而 在注塑、板材、棒材中使用的滑石粉，硅含量要求不必过高，硅成分较低的产品不但价 格较低，同时还可改善塑料制品的硬度、冲击强度等。
④颜色 未加工的滑石粉原矿之颜色彼此不同，可为白色、灰色、浅红色、浅蓝 色、浅绿色等多种颜色，滑石粉还具有一种特殊的类银似的或类珍珠的颜色，并具有不 同程度的固体光泽。这种颜色可改善制品的外观及视觉效果。
⑤表面性质 滑石粉随其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。影响这些性质的其他因素有表面粗糙度、颗粒形 状以及孔隙体积。滑石粉较大的比表面积、外观结构在影响助剂用量的同时，也会促进 树脂结构之间的结合力，从而提高塑料制品的物理性能。
⑥水分 滑石粉的结构形态决定了它的特性，滑石粉虽然呈憎水性，但由于其颗粒 形状边沿的不规则性，既有结构水，又含有结晶水，所以滑石粉的水分比碳酸钙要大， 水分极易影响塑料的性能，所以去除滑石粉的水分和干燥处理工艺应引起高度重视。
⑦静电 滑石粉呈层状结构，比表面积大，颗粒形状的不规则性和表面的凸凹形态 使它的摩擦因数大、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。
⑧流动性 在挤出过程中，滑石粉的片状结构比其他颗粒状无机材料流动性差，分 散困难，主机螺杆扭矩大，所以较好的活化包覆是克服这些问题的关键。
4 滑石粉在塑料中的应用前景广阔
滑石粉与塑料行业是跨学科跨行业的新兴技术和材料的有机组合，得到了滑石粉与 塑料制品加工业的共同认可。滑石粉材料在塑料中的广泛应用，不但作为填料降低塑料 制品生产成本，使塑料加工厂家获得了良好的经济效益，还节约了大量的合成树脂，使 有限的石油资源得到了充分利用。特别是采用新技术，添加滑石粉后，不但改善和提高 了塑料制品的某些性能，还可使废弃后的一次性塑料制品被自然环境消纳，减少了塑料 对环境产生的 “白色污染”，成为环境的友好材料。
近几年发展迅速的无机材料增韧、增强技术和纳米材料与塑料复合技术都能使无机 填充材料的刚性和冲击性能得到提高。采用新的填料表面处理技术和填料与基体树脂之 间的界面诱导技术，可使填充改性材料的性能达到全新境界，为塑料行业在各个应用领 域提供具备特别的优异性能和价格低廉的原材料，并可进一步扩大塑料的应用领域，为 人类文明和社会发展，发挥了积极的作用。
5 综 述
扩大滑石粉等无机粉体在塑料中的应用，充分发挥滑石粉的功能优异、价格低廉、 资源丰富等优势，加快滑石产品向微细化、纳米化、绿色化、功能化、产业化方向发 展，加大工艺装备、生产技术、产品应用等方面的投入力度，增强不同行业之间的交流 与合作，特别是与塑料制品、塑料助剂、机械设备等行业的协作，以科学务实的态度， 先进实用的技术，研制生产有利于社会发展，符合市场需求的新产品，为无机粉体这一 新产业为人类文明和社会进步发挥积极的作用。
滑石粉在塑料中应用具有增强、增韧、抗冲击、耐老化、阻燃、易着色等优点，同 时，还明显降低塑料制品生产成本，节约合成树脂，有利于塑料废弃后在自然环境中降 解消纳，有利于废弃塑料的焚烧处理，有利于人类与自然和谐共存，为建设资源节约 型、环境友好型
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