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江西永丰碳酸钙物理性能及在塑料中的应用对比研究

来源：塑料五金网发布时间：2013-09-04 09:06:37点击率：

 

【塑胶五金网】摘 要： 选用四川和广西具有代表性的碳酸钙矿源和碳酸钙粉与江西永丰碳酸钙的基本 性能和在塑料中的应用效果进行对比分析。结果表明，江西永丰碳酸钙的白度 不如四川、广西两地，而吸油值比其小; 江西永丰的碳酸钙填充聚丙烯样品的 力学性能要比其他两地略高; 三地区的碳酸钙填充聚乙烯膜的力学性能、透光 度与雾度相差不多。

关键词： 碳酸钙 对比 力学性能 白度 吸油值

我国重质碳酸钙在塑料中应用的 早、用量 大和效果 的当属四川省和广西壮 族自治区。为了使研究结果对企业有一定的参考价值和推广意义，我们借鉴前人的经 验，选用了四川和广西具有代表性的碳酸钙矿源和碳酸钙粉与江西永丰碳酸钙矿源和碳 酸钙粉，在完全相同的条件下，进行实验对比研究。

1 实 验

1.1 主要原料

研究的重点是对江西永丰碳酸钙基本性能和在塑料中的应用效果进行对比分析，为 了更好说明问题，选择4个江西永丰样品，2个四川样品和1个广西样品。

1250目重质碳酸钙： 江西广源化工有限责任公司;

1250目重质碳酸钙： 四川宝兴武兴环保材料有限公司;

1250目重质碳酸钙： 广西银燕超细滑石粉有限公司;

超细重质碳酸钙： 江西广源化工有限责任公司;

超细重质碳酸钙： 四川石棉巨丰粉体有限公司;

轻质碳酸钙： 江西永发化工有限公司;

纳米碳酸钙： 江西永丰三和纳米有限公司。

1.2 各地碳酸钙矿石基本化学组成

表1列出了四川、广西代表性的地域与江西永丰碳酸钙矿源基本化学组成。

表1 不同地域碳酸钙矿石基本化学组成

化学组成

矿石地域

CaCO3/%

MgO/%

Al2O3/%

Fe2O3/%

SiO2/%

江西永丰

四川宝兴

四川石棉

98.10

99.34

99.30

0.6

0.2

0.12

0.200

0.050

0.053

0.06

0.04

—

0.052

0.070

0.250

广西桂林

99.66

—

0.020

0.32

—

注： 不同地域碳酸钙矿石基本化学组成由相关厂家提供。

1.3 仪器设备

吹膜机： SJ40、20、65，大连华远机械有限公司;

电子 试验机： CMT4202，深圳市新三思材料检测有限公司;

冲击试验机： 6546/000，意大利CTAST公司;

数字雾度计： NDH-20D，日本电气株式会社;

双螺杆挤出机： 长径比40：1，南京橡塑机械厂有限公司。

1.4 样品制备

采用不同产地的碳酸钙以同样配方制成母粒，按纯碳酸钙含量10%填充聚丙烯 (T30S)，注塑成标准样条。

采用不同产地的碳酸钙以同样配方生产成母粒，按纯碳酸钙含量10%填充聚乙烯 (LLDPE-7042) 吹膜，膜的厚度为0.04mm。

1.5 测试标准

GB/T 1040—1992《塑料拉伸性能试验方法》;

GB/T 1843—1996《塑料悬臂梁冲击试验方法》;

GB/T 1341—2000《塑料弯曲性能试验方法》;

GB/T 2410—1980《透明塑料透光率和雾度试验方法》。

2 结果与讨论

2.1 粒径与粒径分布

不同碳酸钙粉体的粒径与粒径分布测试结果如表2所示。

表2 碳酸钙粉体粒径、粒径分布与白度吸油值

样品名称

粒径与粒径分布

白度/%

吸油值

/(g/100g)

D50/μm

D95/μm

大粒径/μm

2μm含量/%

江西1250目

四川1250目

广西1250目

江西超细碳酸钙

四川超细碳酸钙

江西轻质碳酸钙**

江西永丰纳米碳酸钙***

1.77

2.01

2.25

0.88

0.69

4. 16

2.07

4.44

5.25

4.80

3.78

1.41

51.20 (67.01 *

3.02 (3. 15 *

10.06

12.44

10.06

15.38

2.82

242.60

4.31

56.86

49.65

42.42

78.54

99.78

32.95

45.45

94.3

96.9

96.4

94.3

96.8

93.0

95.6

28

33

32

32

38

48

54

注： *D97的值; **超声时间8min; ***介质为甲醇，超声时间8min。

碳酸钙粒径与粒径分布是采用超声波粒径测定仪测得的，对于轻钙和纳米碳酸钙测 试时，虽然采取了特殊措施，即改变介质和增加超声时间，但由于它们是用化学合成法 制得的，粒径小，表面能大，多以团聚颗粒的形式出现，难以分散均匀，所测得的数据 会存在一定的误差。

碳酸钙应用于塑料制品时，理论上是粒径越小性能越好，但实际应用时由于受技术 条件限制，并非如此，粒径过小，难以分散，不易加工。一般多用1250目或800目产 品。对于某些产品，如无纺布或表面光洁度要求高的塑料制品，碳酸钙的粒径希望在 2500目以上。但作为用户来说，希望产品的真实粒径与所标粒径相符。

2.2 白度

从测试结果(表2) 来看，四川碳酸钙白度 ，广西次之，江西永丰稍差。碳酸 钙填充塑料从外观来看，用户希望白度越白越好，但白度好坏并不影响产品的力学 性能。

2.3 吸油值

吸油值是100g碳酸钙粉所能吸收邻苯二甲酸二辛酯 (DOP) 的克数，它是无机粉 体填充塑料的重要物理性能指标。测量结果见表2。碳酸钙应用于塑料，吸油值越小越 好，吸油值小，消耗助剂量小，成本低，便于加工。吸油值大小除与无机粉体本身性质 有关外，同一种无机粉还与粒径大小有关。粒径越小，比表面积越大、吸油量越多。从 吸油值测得的结果来看，江西碳酸钙粉吸油值比四川、广西都小，有利于在塑料中的 应用。

2.4 碳酸钙填充聚丙烯的力学性能

测试不同产地碳酸钙填充聚丙烯的力学性能，其中弯曲强度测试条件为弯曲速度 250mm/min，跨度60mm，样条横截面积40mm2; 拉伸屈服强度测试条件为拉伸速度： 250mm/min，样条长度70mm，样条横截面积40mm2。其结果见表3。

表3 10%碳酸钙填充PP (T30S) 力学性能

性能指标

拉伸强度/MPa

断裂伸长率

/%

悬臂梁冲击强度/(J/m)

弯曲强度/MPa

缺口

无缺口*

纯PP (T30S)

江西1250目

四川1250目

广西1250目

江西超细碳酸钙

四川超细碳酸钙

江西轻质碳酸钙

江西纳米碳酸钙

42.4

38.0

37.9

37.4

37.8

37.4

37.4

34.5

28.6

35.6

34.5

34.6

40.5

41.6

32.4

26.5

15.0

25.0

23.2

22.6

22.1

24.2

20.0

18.2

125.0

120.0

115.0

120.0

125.0

120.0

105.0

100.0

2.68

2.66

2.60

2.57

2.62

2.61

2.43

2.12

注： *样条均未断裂

三个不同产地的1250目碳酸钙进行力学性能测试比较，各项性能指标差异不大， 江西永丰的样品力学性能略高于其他样品。

2.5 碳酸钙填充聚乙烯膜的力学性能、透光度和雾度

测试不同产地碳酸钙填充聚乙烯膜的力学性能和透光度与雾度，其结果如表4 所示。

表4 10%碳酸钙填充LLDPE (7042) 膜的力学性能与透光度和雾度

样品名称

纵 向

横 向

透光度/%

雾度/%

拉伸强度/MPa

断裂伸长率/%

拉伸强度/MPa

断裂伸长率/%

纯LLDPE

江西1250目

四川1250目

14.6

12.7

13.4

740

736

737

11.9

11.5

11.6

636

629

626

92.40

85.40

85.10

11.72

70.0

70.41

续表

样品名称

纵 向

横 向

透光度/%

雾度/%

拉伸强度/MPa

断裂伸长率/%

拉伸强度/MPa

断裂伸长率/%

广西1250目

江西超细碳酸钙

四川超细碳酸钙

江西轻质碳酸钙

江西纳米碳酸钙

12.2

13.0

13.1

11.7

10.5

732

738

730

726

705

11.4

11.8

11.3

9.8

8.9

628

631

630

612

605

85.30

85.85

86.12

86.55

85.0

70.32

69.92

66.53

65.45

71.05

注： 透光率： 透过膜后光的强度与入射光的强度之比; 雾度： 光透过膜后偏离入射光的散射光强度与透过光的 强度之比。

采用不同产地的碳酸钙母料在线形低密度聚乙烯吹膜试验比较，力学性能和透光 率、雾度等各项指标没有明显变化。

3 结 论

①江西永丰碳酸钙的氧化镁和三氧化二铝含量比四川、广西高，但这两种成分对塑 料制品的影响较小。江西永丰碳酸钙中的三氧化二铁和二氧化硅含量较少，金属铁离子 能加速塑料制品老化，二氧化硅硬度高对设备磨损大，所以从矿石基本成分来看，江西 永丰碳酸钙矿石资源与其他两地相比各有不同之处。

②从物理性质来看，江西永丰碳酸钙的白度不如四川、广西两地; 而吸油值比四 川、广西小; 1250目碳酸钙，江西永丰只有28g/100g，而四川、广西都在32g/100g以 上。吸油值小，有利于在塑料中应用。所以从矿石物理性能来看，江西永丰碳酸钙在塑 料中应用也有利有弊，而且利大于弊。

③从三地区碳酸钙应用于塑料力学性能和填充聚丙烯膜透光度与雾度来看，三地区 的碳酸钙难分伯仲，各项性能指标变化不大。

④值得指出的是江西永丰碳酸钙资源丰富，储藏量大，而且地理位置优越，运输方 便，成本低廉，特别是当地政府重视，作为主导产业，大力支持规模企业发展，已成为 我国新的碳酸钙重要生产基地。

 

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