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| 中國塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì )副會(huì )長(cháng)徐同考高工談無(wú)機粉體在塑料中的應用工藝及前景 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-09-17 14:20:51 瀏覽次數： |
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無(wú)機粉體是塑料中應用量大、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學(xué)穩定性，是滿(mǎn)足或達到人們對塑料制品應用要求的新材料。本文結合徐同考高工多年來(lái)從事塑料改性實(shí)際工作，就無(wú)機粉體在塑料中的應用工藝與發(fā)展前景作一簡(jiǎn)要介紹，僅供參考。
中國塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì )副會(huì )長(cháng)、教授級高工徐同考
1 無(wú)機粉體表面改性
無(wú)機粉體大多屬親水性材料，合成樹(shù)脂屬親油性材料，如果用簡(jiǎn)單的機械物理方法使其共混，兩種不同性質(zhì)的材料既不能交聯(lián)，甚至還會(huì )呈“對立結構”，怎樣使兩種不同性能的材料能夠較好地相容在一起，充分發(fā)揮各自的功能？已成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。
采用表面活化改性技術(shù)，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。
2 無(wú)機粉體的應用要求
水分及易揮發(fā)物
水分及易揮發(fā)物在塑料加工時(shí)會(huì )因在高溫、摩擦等因素的影響下形成氣體，影響不同材料的相容性，有時(shí)還會(huì )造成微細粉體的二次團聚。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。
無(wú)機粉體中的水分及易揮發(fā)物受礦產(chǎn)資源、自然環(huán)境、加工工藝及粒度、包裝、運輸及儲存等多種因素影響。而含量數據的測定也會(huì )因不同條件和環(huán)境的制約，有一定的誤差。
將無(wú)機粉體在110℃~140℃的加熱型高混機中干燥3min~5min，物料溫度從低溫開(kāi)始返升時(shí)，證明水分含量已達到使用要求。
白度
重質(zhì)碳酸鈣的白度可達95 度以上，白度一般也不會(huì )因加工等因素有明顯的變化?；?、硅灰石、云母等材料與塑料混煉后會(huì )使顏色發(fā)生變化，而在最終制品使用后，又會(huì )使顏色有些復原。
色相
塑料的應用領(lǐng)域廣泛，人們對塑料制品的色相要求也有一定的差異。一般的日常品種喜歡暖色調，在工業(yè)品中以冷色調為多。色相的差異主要受礦產(chǎn)資源的影響，在塑料加工時(shí)，加入微量助劑，可適當調整色相。
吸油值
在塑料和橡膠中對無(wú)機粉體的吸油值要求較高，吸油率越小，樹(shù)脂和助劑的用量可有所減小。同一礦產(chǎn)資源，粒度越小，比表面積越大，吸油率越高。所以，粒度分布、顆粒幾何特征、表面性質(zhì)與吸油率都是相互關(guān)聯(lián)，互相影響不可忽視的技術(shù)指標。
表面性質(zhì)
無(wú)機粉體隨其礦產(chǎn)來(lái)源不同而呈現不同的表面性質(zhì)。比表面積和吸油率在很大程度上決定于礦產(chǎn)資源和產(chǎn)品細度。影響這些性質(zhì)的其它因素有顆粒表面粗糙度、顆粒形狀以及孔隙體積等。
幾何特征
無(wú)機粉體的顆粒形狀由材料本身而決定，但顆粒的幾何形狀對塑料制品材料的物理機械性能有著(zhù)重要的影響。針狀、棒狀、片狀無(wú)機粉體，拉伸強度大、沖擊強度好，而流動(dòng)性較差。方型、球型、塊狀無(wú)機材料則反之。
粒度分布
無(wú)機粉體的粒度分布對塑料制品的外觀(guān)、力學(xué)性能、吸油率及加工工藝的影響很大。塑料制品要求無(wú)機粉體粒度分布在一定范圍內，并不是粒度分布越寬越好。
用D97 和D50 來(lái)判斷粒度分布是比較客觀(guān)的，但不能忽視最大的粒徑和最小的顆粒含量，如微細顆粒過(guò)多，會(huì )形成團聚和比表面積過(guò)大，過(guò)大尺寸的顆粒雖然數量較少，也會(huì )影響產(chǎn)品外觀(guān)和物理性能。
消除靜電
無(wú)機粉體中片狀、棒狀材料和微細粉體比表面積大，在加工中極易摩擦產(chǎn)生靜電，使粉狀顆粒凝聚結團，易造成過(guò)濾網(wǎng)堵塞、機頭壓力增大，還會(huì )在制品中形成微小的粉體團聚點(diǎn)，影響產(chǎn)品的分散效果和質(zhì)量。靜電的消除工藝可采取靜置存放靜電消除工藝，技術(shù)簡(jiǎn)便可行，成本低廉。在水分干燥后放料，存放在干燥通風(fēng)的位置，靜置存放20h 備用，能有效地消除靜電。
活化包覆
經(jīng)過(guò)活化處理后的無(wú)機粉體表面均勻地包覆與樹(shù)脂性能相近的親油性助劑，在與樹(shù)脂共混過(guò)程中，改善不同物料界面相容性，提高產(chǎn)品的性能。
活化效果試驗可采用約60℃的水在透明杯中浸泡活化后的無(wú)機粉體，并輕輕均勻地攪拌，觀(guān)察粉體是否呈絮棉狀漂浮在水面，浸泡時(shí)間越長(cháng)，水液越清澈無(wú)渾濁沉淀物，證明表面活化處理效果越好，助劑在粉體表面的牢固度越高。
界面相容
界面相容與活化包覆有著(zhù)非常密切的關(guān)聯(lián)。界面相容就是無(wú)機粉體經(jīng)過(guò)活化后，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很好的相容性。無(wú)機粉體表面活化改性的效果是決定界面相容的重要決定因素。
雜質(zhì)
由于無(wú)機粉體來(lái)源于大自然，復雜的環(huán)境條件會(huì )形成產(chǎn)品的雜質(zhì)有一定含量。而在加工生產(chǎn)中也會(huì )受到各種因素影響，使泥沙、粉塵、金屬、植物等雜質(zhì)在無(wú)機粉體材料中含量超標，在生產(chǎn)工藝中應更加注重微細環(huán)節帶來(lái)的影響。
透光率
透光率是塑料制品常要求的一項指標。它是指透過(guò)透明和半透明體的光通過(guò)量與其入射光通過(guò)量的百分率。一般在塑料中加入無(wú)機粉體后，會(huì )對透光率有一定影響。透光率與遮蓋率是相對應的。對要求遮蓋原來(lái)色相或不透明時(shí)，應采用遮蓋率高的材料，如鈦白粉等。
共混預塑化
無(wú)機粉體在高混機中經(jīng)過(guò)活化后，經(jīng)過(guò)不同的助劑與物料共混，使無(wú)機粉體、化學(xué)助劑、合成樹(shù)脂等不同性能的原輔材料界面相容，并根據產(chǎn)品性能要求，在高混機中的溫度、攪拌形成的壓力等作用下得到預塑化。預塑化可使物料由粉狀固體逐漸變?yōu)榻z條狀、團塊狀或粘糊狀。預塑化程度高，物料熔體流動(dòng)速率大，分散性好，塑料制品外觀(guān)較好，但力學(xué)性能有所下降。
無(wú)機粉體的磨耗比較
由于無(wú)機材料的性質(zhì)決定了對設備磨耗的不同，無(wú)機材料硬度越大，設備磨損越嚴重，碳酸鈣的硬度為3，高嶺土的硬度為7~8，滑石粉的硬度為1。在塑料制品中加入的無(wú)機材料的顆粒形狀、性能、粒徑有所不同，擠出機的螺桿料筒磨損也不同，如添加硅灰石類(lèi)無(wú)機粉體時(shí)，擠出機的螺桿料筒磨損比純樹(shù)脂要大，而滑石粉的硬度小得多，磨損也會(huì )明顯減少，可與樹(shù)脂基本相近。
添加量
添加量是客戶(hù)關(guān)注的重點(diǎn)之一，添加量要根據粉體材料的性能、粒度大小、表面改性及塑料制品的用途、性能等多方面綜合考慮。一般無(wú)機粉體在塑料制品中添加3%~5%時(shí)，起到成核劑或輔助功能；在添加10%~20%時(shí)，可起到降低生產(chǎn)成本、改善性能的作用；在添加30%以上，在某些功能提高的同時(shí)，也會(huì )產(chǎn)生一些副作用。如重鈣在塑料中添加到30%以上，物理性能有明顯下降，會(huì )對塑料制品的剛性和阻燃效果帶來(lái)影響。
3 無(wú)機粉體在塑料中的應用前景
(1)通用塑料工程化。在熱塑性塑料中加入無(wú)機粉體通過(guò)填充、共混、增強和發(fā)泡等改性工藝技術(shù)可提高塑料的物理性能和化學(xué)穩定性，使通用塑料工程化，達到降低成本、提高性能、滿(mǎn)足使用要求的效果。如汽車(chē)零配件、電子電氣部件和辦公自動(dòng)化產(chǎn)品等，還在交通、航空、軍事等方面有較廣泛的發(fā)展前景。
(2)工程塑料高性能化。將工程塑料與一種或多種無(wú)機材料、化學(xué)助劑等，通過(guò)改性工藝，使各組分的性能相互取長(cháng)補短，從而達到提高性能和多功能化的目的。這些材料“合金”在高科技工業(yè)中使用后，具有質(zhì)量輕、強度商、性能優(yōu)等特點(diǎn)，成為航空、航天、汽車(chē)、鐵路、機械零部件、醫用材料等方面的新型功能材料。
(3)無(wú)機粉體納米化。無(wú)機粉體在塑料中得到廣泛應用，無(wú)機粉體的功能隨著(zhù)粒度的超細化而逐漸凸現，利用無(wú)機納米粉體改性后的塑料具有很多獨特性能，給塑料工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新的發(fā)展機遇及應用空間。無(wú)機納米粒子在塑料中的加入量一般為3%~5%可賦予塑料新的功能，改善塑料的耐老化性、阻燃效果，提高塑料的熱變化溫度、耐磨耗性能等。
(4)塑料制品環(huán)?；?/strong>。隨著(zhù)人們的環(huán)保意識增強、環(huán)保法規日趨完善，塑料的可再生利用、環(huán)境可消納性、可降解、無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染等保護環(huán)境的理念成為塑料工業(yè)的重要發(fā)展方向，無(wú)機粉體可提高能源源節約和合理利用，促進(jìn)綠色環(huán)保低碳節能社會(huì )的發(fā)展。
(5)無(wú)機粉體應向功能化、綠色化、微細化方向發(fā)展。加強相關(guān)行業(yè)的關(guān)聯(lián)度，擴大不同行業(yè)及產(chǎn)品的相互交流合作，加快研究發(fā)展無(wú)機粉體的粒度精細分級、表面功能改性、綠色低碳、無(wú)污染、無(wú)雜質(zhì)的新型工藝技術(shù)，拓展在光、電、聲、磁、生物、信息、醫學(xué)、航空航天、國防軍事等方面的應用。提升無(wú)機粉體的認知度和美譽(yù)度，為我國建設資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )發(fā)揮積極作用。
作者簡(jiǎn)介：
徐同考，教授級高級工程師?，F任中國塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì )副會(huì )長(cháng)、中國塑協(xié)改性塑料專(zhuān)委會(huì )副理事長(cháng)。他無(wú)私奉獻，足跡遍布全國，奉獻技術(shù)300余項、解決技術(shù)難題1200余個(gè)、培訓專(zhuān)業(yè)人才近萬(wàn)名，是我國改性塑料方面的著(zhù)名專(zhuān)家。二十多年來(lái)，他多次組織全國改性塑料行業(yè)會(huì )議，積極參與國家行業(yè)發(fā)展規劃制定，被天津、福建、遼寧、廣西等省、市、區及20多家單位聘為科技專(zhuān)家。為我國改性塑料的發(fā)展作出了貢獻，被中國塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì )聘為專(zhuān)家，多次被評為全國行業(yè)先進(jìn)工作者。
徐同考從事塑料改性數十年，在生產(chǎn)、研究、應用等方面積累了豐富成熟的實(shí)踐經(jīng)驗，他研制開(kāi)發(fā)的改性塑料新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝科學(xué)實(shí)用，在全國同行業(yè)推廣應用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。他嚴謹詳實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識和為人敦厚的崇高美德，受到社會(huì )各界廣泛贊賞。
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