1 前言
硅灰石是天然的硅酸鈣（CaSiO3），呈淺白色針狀結構，是一種無(wú)毒、無(wú)味、耐高溫、熱膨脹系數小的惰性纖維狀礦物材料，可用于塑料的增強改性，在塑料中硅灰石的礦產(chǎn)資源、價(jià)格成本、性能指標、應用工藝均有明顯的優(yōu)勢。
近年來(lái)隨著(zhù)市場(chǎng)及技術(shù)應用的需要,越來(lái)越多的無(wú)機礦物被添加到塑料制品中,以改善塑料制品的某些性能并在一定程度降低生產(chǎn)成本.無(wú)機礦物粉體因其粒子形狀不同,其應用特點(diǎn)也不盡相同。我們經(jīng)過(guò)多年的試驗、研究和應用，將針狀結構的硅灰石在特殊設備加工后，使其保持較大的長(cháng)徑比，在PA、PP、PE、PVC、ABS、PS、PC 等多種樹(shù)脂中添加不同比例后，塑料制品的各項物理性能和耐熱穩定性均有明顯的改善。在板材、片材、管材、中空、吹塑、注塑及各種零部件中得到推廣應用，可提高塑料制品的拉伸強度、彎曲強度和熱變形溫度，降低模塑收縮率，改善塑料制品的翹曲變形，阻隔紫外線(xiàn)降低生產(chǎn)成本等，得到了業(yè)界的認可。
2 硅灰石的物理性能
硅灰石屬天然的白色硅酸鈣，化學(xué)式CaSiO3，比重2.9g/cm3，莫氏硬度4.5，折射率1.63，化學(xué)成分見(jiàn)表1。
采用獨特的加工工藝，使硅灰石保持較好的短纖維狀結構，長(cháng)徑比達15:1~20:1，被人們稱(chēng)為優(yōu)良的天然礦物纖維，應用在某些領(lǐng)域可替代玻纖。
3 硅灰石在塑料制品中的應用特點(diǎn)
3.1 我們將硅灰石與PA6、PP 等樹(shù)脂在不同添加量時(shí)作了大量應用試驗，有關(guān)數據見(jiàn)表2、表3。
 3.2 從上表中和國內外客戶(hù)應用中得知，硅灰石具有以下優(yōu)異性能和特點(diǎn)。
3.2.1 顯著(zhù)提高塑料制品的彎曲強度和彎曲模量
在 PA6 中加入礦纖后，可提高彎曲強度，隨著(zhù)添加量的增加，彎曲強度明顯提高。這就體現出來(lái)礦纖的針狀結構和剛性特點(diǎn)，在片材、板材、薄膜、大型管材、中空制品、滾塑制品等產(chǎn)品中會(huì )有明顯的產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢。從試驗數據中看出，加入礦纖后，彎曲模量也會(huì )有大幅度的提高，當在PA6和PP 中加入40%礦纖時(shí)，彎曲模量提高約一倍。
3.2.2 提高拉伸強度
在 PA6 中隨著(zhù)加入量的增加，拉伸強度在增加，在加入20%～30%時(shí)，會(huì )保持在一個(gè)高的水平線(xiàn)上，目數越細，拉伸強度越好。在 PP 中當加入量在10%左右時(shí)，拉伸強度與純樹(shù)脂接近，隨著(zhù)添加量提高，拉伸強度呈下降趨勢，在PP 中礦纖粒度的變化對拉伸強度的影響不是特別明顯，這有待進(jìn)一步試驗驗證。
3.2.3 提高沖擊強度
我們在 PA、PP、PE、PC 等樹(shù)脂中加入20%～40%的硅灰石，可明顯提高塑料制品的沖擊強度。如在吹塑中空桶、包裝瓶中加入硅灰石后，改善了中空制品的跌落沖擊性能，還具有提高阻隔紫外線(xiàn)的功效，提高塑料包裝的保質(zhì)、保鮮、防腐等特點(diǎn)。
3.2.4 提高熱變形溫度
塑料制品的耐熱性差是制約塑料應用的重要原因。在工程塑料、通用塑料、特種塑料中可適當添加礦纖提高塑料的耐熱溫度。在不同的塑料制品中，如各類(lèi)燈具、耐熱零部件、電線(xiàn)、電纜、片材、薄膜、管材等，隨著(zhù)礦纖的加入量增加，耐熱性提高，當加入40%礦纖時(shí)，耐熱溫度可提高近一倍。
3.2.5 改善耐刮擦性和耐摩擦性
礦纖的硬度明顯高于塑料，耐熱性又是礦纖的優(yōu)勢，在塑料制品中加入適量的礦纖，可提高塑料制品的耐刮擦性和耐摩擦性，應用在流動(dòng)物體的輸送管道、器皿和物體之間互相摩擦的零部件方面，具有較好的耐刮擦性和耐摩擦性。
3.2.6 提高尺寸穩定性，有效地減少材料的收縮率及制品翹曲變形
塑料制品的收縮率是影響塑料精密件的重要加工因素，如PA、PP 的收縮率在1～2%左右，而加入礦纖后，可明顯降低收縮率，提高生產(chǎn)效率，在精密注塑零部件和大型塑料制品制造加工過(guò)程中加入適量的礦纖，可有效地保持塑料制品的尺寸穩定性，還可縮短加工冷卻周期，會(huì )有特殊的應用效果和意
3.2.7 優(yōu)異的加工穩定性和生產(chǎn)成型性能
無(wú)機材料粘度低，加工穩定性好，在塑料制品中加入一定量的無(wú)機材料，可有效降低加工粘度，改善生產(chǎn)工藝的穩定性，并且有益制品的成型性。
3.2.8 改善塑料制品的收縮率
塑料制品在高溫、高壓、高剪切等條件下加工生產(chǎn)，當物料脫離模具、模腔后，溫度會(huì )大幅下降，制品應力難以在短時(shí)間內釋放。特別是在板材、片材和大型塑料制品生產(chǎn)時(shí)，會(huì )出現明顯的凸凹收縮缺陷，還會(huì )產(chǎn)生翹曲、彎曲等現象，而在加入礦纖后，可有效地解決這些問(wèn)題。
3.2.9 改善吸水性能
在PA中加入礦纖后可避免因制品吸水而導致彎曲強度及彎曲模量下降的缺點(diǎn)。由于硅灰石的性能穩定，吸水率低，在易吸水而影響產(chǎn)品質(zhì)量的樹(shù)脂中添加適量的礦纖后，可縮短樹(shù)脂的干燥時(shí)間，還能有效地改善塑料因吸水率過(guò)高致使產(chǎn)品的物理性能下降、外觀(guān)表面粗糙等現象。
 3.2.10 降低塑料制品生產(chǎn)成本
礦物纖維（硅灰石）來(lái)源豐富，價(jià)格優(yōu)勢明顯，硅灰石在改善塑料制品性能的同時(shí)，可有效地降低生產(chǎn)成本，為生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟效益。
4 礦物纖維的應用技術(shù)
4.1 礦物纖維的微觀(guān)為針狀結構，為保證其針狀結構不被破壞盡量使用側喂料。礦物纖維的添加比例高于30%時(shí)，可使用分步喂料，一小部分在主喂料口添加，另一部分在側喂料添加。
4.2 界面相容就是無(wú)機粉體經(jīng)過(guò)活化改性后，形成均勻地有機包覆層，能夠在溫度、壓力等作用下與有機材料有很好的相容性。無(wú)機粉體表面改性的效果是決定界面相容的重要決定因素。為保證礦物纖維在塑料制品中相容性好，分散均勻，應采用表面活化包覆改性技術(shù)，將其微細的礦物纖維粒子用偶聯(lián)劑進(jìn)行包覆，偶聯(lián)劑根據用戶(hù)的需要可選用硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑等。采用表面活化改性工藝，加入適量的助劑，在一定的溫度、壓力、摩擦、時(shí)間等作用下，使親水性無(wú)機粉體轉換為親油性材料，無(wú)機粉體與有機材料可“親密”地成為牢固地結合體。
 4.3 水分及易揮發(fā)物在塑料加工時(shí)形成的氣體，會(huì )在機械輸送過(guò)程中往復運動(dòng)。在冷卻后，會(huì )對塑料制品產(chǎn)生鯊魚(yú)皮細紋、氣泡、不規則裂紋，影響產(chǎn)品的外觀(guān)和物理性能。硅灰石的高致密性結構使其含水量較低，使用前一般不需要單獨進(jìn)行干燥處理，這與許多無(wú)機粉體有明顯的差異性。
5 綜述
礦物纖維的價(jià)格遠遠低于高分子聚合物的價(jià)格，而且可以高比例添加到塑料制品中，有效地降低生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟效益。高分子聚合物多為石油裂解的產(chǎn)物，而礦物纖維在塑料中的廣泛應用，可節約大量的合成樹(shù)脂，使有限的石油資源得到充分利用；而且因為添加礦物纖維的塑料可循環(huán)再使用，具有明顯的生態(tài)效益。
礦物纖維可明顯改善塑料制品的物理性能，擴大塑料制品的應用領(lǐng)域，礦物纖維與塑料制品的共混應用是跨學(xué)科跨行業(yè)的新興技術(shù)和材料的“聯(lián)姻”，礦物纖維的獨特的結構與性能賦與了塑料制品更優(yōu)良的性能。不同材料的多元復合綜合應用，達到了1+1＞2 的效果，給不同行業(yè)和產(chǎn)品帶來(lái)了前所未有的發(fā)展契機和廣闊的應用前景。
作者：1、張晶，2、丁學(xué)寧，3、張夢(mèng)顯，4、徐同考（1.2.3 大連環(huán)球礦產(chǎn)有限公司，4. 中國塑協(xié)改性塑料專(zhuān)委會(huì )）
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