近年隨著(zhù)市場(chǎng)及技術(shù)應用的需要，越來(lái)越多的無(wú)機礦物被添加到高分子聚合物中。如，將針狀硅灰石加入到PA、PP、PE、PVC、ABS、PS、PC等樹(shù)脂中，添加不同比例后，可明顯提高塑料制品的拉伸強度、彎曲強度和熱變形溫度，降低模塑收縮率和塑料制品翹曲變形，降低生產(chǎn)成本等。目前，越來(lái)越得到業(yè)內的認可。
一、什么是硅灰石？
也許，很多人都不了解什么是硅灰石。硅灰石是天然的硅酸鈣（CaSiO3），主要成分為SiO2(50.9%)、CaO（46.9%）、FeO(0.55%)、Al2O3(0.25%)等，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。
表1 硅灰石的物理性能
| 化學(xué)式 |
CaSiO3 |
熔點(diǎn)℃ |
1540 |
| 分子量 |
116 |
莫氏硬度 |
4.5 |
| 密度g/cm3 |
2.9 |
顏色 |
淺白色 |
| 熱膨脹系數℃ |
6.5×10－6 |
水分含量% |
0.5 |
| 折光指數% |
1.63 |
在水溶解度g/100mg |
0.0095 |
二、硅灰石在塑料制品中九大應用特點(diǎn)
以硅灰石在PA6和PP改性為例來(lái)為大家講解硅灰石的應用特點(diǎn)。
表2硅灰石在改性PA6中的應用特性
| 檢測項目 |
硅灰石含量 |
樹(shù)脂 PA6 |
| 10% |
20% |
30% |
| 拉伸強度 Mpa |
69.8 |
73.2 |
80.0 |
65.4 |
| 斷裂伸長(cháng)率 % |
14.2 |
9.61 |
5.62 |
64.5 |
| 彎曲強度 Mpa |
108 |
113 |
127 |
90.2 |
| 彎曲模量 Mpa |
2769 |
3422 |
4352 |
2577 |
| 懸缺沖擊強度 kJ/m2 |
6.2 |
6.1 |
6.9 |
7.5 |
| 密度g/cm3 |
1.2 |
1.26 |
1.34 |
1.14 |
| 模塑收縮率（縱）% |
1.18 |
1.10 |
1.01 |
1.33 |
| 模塑收縮率（橫）% |
0.89 |
0.65 |
0.62 |
1.16 |
| 熱變形溫度 ℃ |
132 |
138 |
177 |
105 |
表3 硅灰石在PP中應用的檢測指標
1.明顯提高彎曲強度及彎曲模量
在PA中加入30%硅灰石，彎曲強度及彎曲模量明顯提高。這主要是由于硅灰石的針狀結構和剛性的特點(diǎn)，使其在片材、板材、薄膜、塑料制品等會(huì )有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。
2. 提高拉伸強度
隨著(zhù)硅灰石含量的增加，拉伸強度在增加，據實(shí)驗數據顯示，硅灰石的目數越細，拉伸強度越好。
3. 提高熱變形溫度
加入30%硅灰石，熱變形溫度從105℃提高到177℃，增幅高達70℃。對于注塑制品，如各類(lèi)燈具、耐熱零部件、電線(xiàn)電纜、薄膜、管材等，加入硅灰石，可大大提高耐熱性。
4. 改善刮擦性和耐摩擦性
硅灰石具有一種特殊的針狀結構，物理機械性能獨特，可大大增強了成品的耐摩擦性、耐熱性。
圖1 左為硅灰石礦石圖；右為顯微鏡下觀(guān)察到的硅灰石結構5.提高尺寸穩定性，降低收縮率及翹曲變形
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，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。
6.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，在樹(shù)脂中加入一定量的無(wú)機材料，可有效降低加工粘度，改善生產(chǎn)工藝的穩定性，并有益制品的成型。
7.改善塑料制品的外觀(guān)
加入硅灰石，制品表面富于自然光澤，沒(méi)有玻纖外露情況，還可解決材料收縮缺陷、翹曲、彎曲等問(wèn)題。
8.改善吸水性能
硅灰石的性能穩定，吸水率低，對于類(lèi)似尼龍的樹(shù)脂，加入一定量的硅灰石，可有效降低塑料因吸水過(guò)高而導致產(chǎn)品物性下降，表面粗糙等現象。如圖所示：加入硅灰石后，PA吸水率降低，力學(xué)性能變化減緩。
圖3 用硅灰石填充的PA6在水中浸漬后性能的比較
9. 降低塑料的生產(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。
三、硅灰石的六大應用注意事項
1.喂料
盡量使用側喂料器，原因是硅灰石為針狀結構，盡量不要破壞它的結構特征。在比例高于30%時(shí)，可采用分步喂料，部分在主喂料器添加，部分在側喂料器添加。
2.硅灰石表面活化
經(jīng)過(guò)表面處理的硅灰石，可改善它與其他物料界面相容性，從而使之結合更牢固，進(jìn)而提高產(chǎn)品的性能。一般根據具體的需求，可選擇硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑等對硅灰石進(jìn)行表面處理。
表4 硅烷處理填料和填料用量對PA66復合材料物理性能的影響
| 性能 |
50%硅灰石 |
70%硅灰石 |
純樹(shù)脂 |
| 未處理 |
硅烷處理后 |
未處理 |
硅烷處理后 |
| 彎曲強度 MPa |
93.1 |
117.9 |
100.0 |
122.0 |
98.6 |
| 彎曲模量 MPa |
7446.6 |
7377.6 |
14272.6 |
15582.7 |
2206.4 |
| 拉伸強度 MPa |
54.5 |
55.2 |
52.4 |
66.2 |
64.8 |
| 拉伸模量 MPa |
9515 |
9170 |
19306 |
24063 |
2551 |
| 熱變形溫度℃ |
202 |
215 |
195 |
235 |
75 |
3.造粒工藝（溫度、扭矩、電流、剪切）
造粒時(shí)機頭溫度不宜過(guò)高，主機電流及螺桿扭矩不能過(guò)大，高溫高壓高剪切等因素，會(huì )使硅灰石白度下降（90-92），使顏色微變，此時(shí)可適當調整溫度、減少剪切，盡量維持產(chǎn)品所需的外觀(guān)要求。
4.網(wǎng)帶風(fēng)冷傳送切粒工藝
當礦物纖維的添加比例較高時(shí)，網(wǎng)帶風(fēng)冷傳送切粒工藝也是提高產(chǎn)量，改善勞動(dòng)強度的新技術(shù)
5. 母粒水分含量
嚴格控制水分≤0.5，實(shí)際生產(chǎn)可能會(huì )≤0.3，避免影響塑料加工和制品質(zhì)量，如出現氣泡、不規則裂紋等現象。
6. 硅灰石適用概況
從不同產(chǎn)品、不同粒徑的應用經(jīng)驗證明，800目~1500目可適應大部分產(chǎn)品，且性?xún)r(jià)比較高。
硅灰石可明顯改善高分子聚合物的物理性能，擴大塑料制品的應用領(lǐng)域，礦物纖維與高分子聚合物的共混應用是跨學(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高分子聚合物更優(yōu)良的性能。并且價(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高分子聚合物中，從而大幅降低生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟效益。
文章來(lái)源于大連環(huán)球礦產(chǎn)股份有限公司，艾邦高分子整理編輯，如果您想進(jìn)一步了解硅灰石的技術(shù)問(wèn)題，可以聯(lián)系大連環(huán)球礦產(chǎn)股份公司張經(jīng)理 0411-87614311 ；丁部長(cháng) 13940860102 （橡塑）；李經(jīng)理 13387876701 （陶瓷、冶金）；姜部長(cháng) 13604280708 （陶瓷、冶金）。
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