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滑石粉在高分子材料中的应用研究

来源：塑料五金网发布时间：2013-09-04 09:01:14点击率：

 

　　【塑胶五金网】摘 要： 本文在介绍了滑石粉的特性及应用的基础上，并对滑石粉在高分子材料中可代 替其他含硅类填料进行了实验应用及研究，说明滑石粉在高分子材料中的应用 有较好的性能优势和经济价值。

　　关键词： 滑石粉 特性 农用薄膜 电缆 应用 代替

　　1 前 言

　　1.1 定义

　　滑石是一种层状含水镁硅酸盐矿物，这种矿物或矿物集合体，由于质软并具有很强 的滑腻感，故称之为滑石。

　　1.2 滑石的用途

　　滑石用途很广，目前已在工艺美术、医药、塑料、橡胶、电缆、涂料、日用化工、 造纸、日用陶瓷、电陶瓷、建材、纺织等行业广泛利用。近年来国际市场对滑石粉需求 越来越大，国内市场尤其在塑料、橡胶、造纸、陶瓷材料中作为功能性材料，对滑石的 产品质量及性能提出了更高的要求，超细化、纯度化、功能性、经济性将是滑石行业今 后的发展方向。

　　2 滑石的矿物和矿石特征

　　2.1 矿物特征

　　滑石是一种层状构造的含水镁硅酸盐矿物，结构形状呈单斜晶体。晶状六方板块、长片 状、鳞片状、粒状、纤维状集合体或致密块状等多种。滑石的分子式为Mg3Si4O10(OH)2， 称之水合偏硅酸镁。纯滑石的理论组成：SiO261.37%、MgO 31.68%、H2O4.75%， 常含少许Fe、Al、Ti等，滑石的硬度为1，成为硬度 的矿物材料。滑石具有滑腻 感、珍珠或油脂光泽，密度为2.7 ～2.8g/cm3，色相为白、淡绿、浅灰、粉红色、浅 褐色等多种颜色。滑石受热时有明显的热效应，而且强度大大提高，一般在120～ 200℃时失去吸附水，570～650℃失去结构水，800℃结构水全部脱出，一般烧失量 4% ～5%。

　　2.2 滑石矿石的特征

　　滑石矿石类型国外一般分为块滑石、片状软滑石、透闪石滑石及混合滑石四类，用 途 广的是片状滑石。

　　2.3 化学成分

　　各类型矿石的化学成分如表1所示

　　表1 各类型矿石的化学成分

序号

岩石名称

SiO2

MgO

TiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

Na2O

K2O

烧失

1

2

3

石英滑石片岩/%

石英滑石片岩/%

滑石片岩/%

57.90

52.92

61.44

32.95

32.59

31.31

0.03

0.11

—

0.96

0.44

0.50

0.18

0.26

0.10

1.18

0.11

1.30

0.25

0.78

0.01

0.01

0.72

0.01

6.84

11.48

5.52

4

块状软滑石/%

61.37

31.0

0.03

0.17

0.06

0.22

0.04

0.09

5.44

　　注： 1、2产地山西，3为山东、广西，4为辽宁。

　　3 滑石的特性

　　①软滑石属片状、鳞片状、纤维状结构，在含Si类材料中滑石的硬度 ， 经过加热处理可获得无菌滑石粉，机械强度大大提高，滑石具有亲油疏水性、吸附 性好、遮盖力强、化学性质稳定、润滑性好等特点，对油脂、药剂和溶液里的杂质 有机物，有害离子都有极大的吸附性，它的孔隙度占颗粒体积的0.45%～0.52%， 用摩擦法试验吸油量可达49%～51%，超细滑石粉小于6μm达到95%时由于其分 散性好、表面积大，涂在物体表面遮盖面积大，可形成一层均匀的防火、抗风化 薄膜。

　　②化学稳定性 滑石与强酸(硫酸、硝酸、盐酸) 和强碱 (氢氧化钾、氢氧化钠) 一般都不起作用。在400℃的高温下和其他物质混合不起化学变化。

　　③耐热性 滑石既耐热又不导热，经煅烧其机械强度和硬度大幅度增加，但收缩率 很低，膨胀系数很小，吸附性很强，应用效果广泛。

　　④电绝缘性 滑石本身不导电，电绝缘性优良，在塑料、橡胶、电缆中绝缘性能 强。

　　4 滑石在高分子材料中的应用

　　①在农业棚膜的应用效果： 太阳光白天到达地球表面的照射能量98%集中在 0.3 ～3.0μm的波长范围内，夜晚从地球表面向大气层散热的辐射能量90%集中在 7～25μm的波长范围内，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。红外阻隔剂是聚乙烯农用棚膜生产过程中不可缺少的组 分之一，没有红外阻隔剂的聚乙烯耐老化无滴膜在夜间的散热速度比普通聚乙烯棚 膜还快，原因是由于凝结在聚乙烯棚膜表面的水滴有效阻止了塑料温室间热量的散 失。一些无机填料对红外光具有屏蔽作用。添加含硅类材料 (云母、滑石粉、高岭 土) 的LDPE薄膜对7～25μm红外线的阻隔作用明显优于不含硅的无机填料 (碳酸 钙) 如表2所示。

　　表2 不同填料填充聚乙烯薄膜的透光性

薄膜种类

滑石粉

云母

高岭土

碳酸钙

纯LDPE

透光率性能/%

89.0

—

93.3

85.2

82.2

散射透光率性能/%

50.1

64.7

56.4

40.2

20.32

　　不同填料填充PE薄膜的红外线光谱图如图1所示。

　　图1 不同填料填充PE薄膜的红外线光谱图

　　②不同助剂改性后的滑石粉聚乙烯塑料的性能如表3所示。

　　③滑石粉填充聚丙烯塑料的性能如表4所示。

　　④作为农用薄膜既要求透光率还应有足够的散光率，以使阳光照度均匀，作物多方 受光照而加快光合作用，促进生长。经过对比试验，使用滑石粉加入薄膜中，对7～ 25μm均有不同程度的屏蔽作用，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。

　　表3 改性后滑石粉的聚乙烯塑料的性能

改性剂

填充26%滑石粉 (体积比) 的聚乙烯塑料

拉伸强度/MPa

弯曲强度/MPa

无

乙烯基硅烷

甲基丙酰氧基硅烷

氨丙基硅烷

19.0

20.0

23.8

22.1

36.9

37.9

48.3

40.7

　　表4 滑石粉填充聚丙烯塑料的性能

性 能

23%滑石粉填充料聚丙烯塑料

60%滑石粉填充料聚丙烯塑料

无助剂

ND-101钛偶联剂

无助剂

ND-101钛偶联剂

外观

光泽

银纹

75

有

85

无

70

有

78

无

冲击强度/

(J/m2)

悬臂梁

简支梁

14.2

14.2

18.0

17.5

12.0

13.8

31.5

24.0

弯曲强度/MPa

　

45

48

47

50

　　⑤经过以上试验应用结果表明，滑石粉以优异的特性，可代替昂贵的TiO2、煅烧 高岭土。(高岭土因硬度大，严重磨损塑料加工设备)，在同等特性的前提下，滑石粉 代替含硅的材料及其他较贵的一些填料。

　　滑石粉在农膜中的对比试验应用，各项指标均等同优于其他含硅的填料，特别是红 外阻隔性能，耐候性、耐热、尺寸稳定性、化学稳定性优于其他含硅的填料，对塑料加 工设备磨损的比较，滑石粉 ，综合分析说明滑石粉在高分子材料中的应用性能比其 他无机材料较好。

　　5 滑石在电缆中的试验应用

　　聚氯乙烯绝缘电缆中应用获得 的绝缘电性能及强度，因滑石粉本身不导电，其 绝缘性能优于其他含硅类材料的绝缘性能，体积电阻率大于1012Ω·m，击穿电压 (50Hz)为30～50kV/mm，介电损耗角正切值为0.0004～0.0006。

　　在PVC电缆绝缘材料中配比15%～20%的滑石粉检测结果如表5所示。

　　表5 在PVC电缆绝缘材料中配比15%～20%的滑石粉检测结果

试验项目

实验结果

拉伸强度/MPa

断裂伸长率/%

表面电阻/Ω

介电强度/(MV/m)

热老化/ (100&pmn;2)℃，168h

19.8

240

2.8×1013

34.6

老化后拉伸强度/MPa

拉伸强度 大变化率/%

老化后断裂伸长率/%

断裂伸长率 大变化率/%

18.9

-6

200

-15

　　6 结 论

　　实验结果表明：

　　①滑石粉应用在农地膜中其红外线阻隔、耐酸、耐碱、耐热性优于同类的含硅填料。

　　②滑石粉优良的特性，反映出它的性能优势，可代替昂贵的白炭黑、TiO2、煅烧高 岭土，给生产厂家带来较低的材料成本和更好的经济效益。

　　③煅烧滑石粉应用于聚氯乙烯电线、电缆中可提高电绝缘性及物理力学性能。在橡 胶、化妆品、涂料、陶瓷等行业发挥其透明、增强的优点，扩大应用领域和用量，市场 应用发展前景非常广阔。

 

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