碳酸鈣在塑料應(yīng)用中的相關(guān)技術(shù)特征。

　　1 幾何特征

　　通常粉體材料以顆粒形式作為填料使用。顆粒的形狀并不十分規(guī)則，但對(duì)塑料的性能來說，填料顆粒的幾何形狀對(duì)填充體系的物理力學(xué)性能有著重要的影響，因此粉體材料的顆粒形狀是使用時(shí)首先需要予以關(guān)注的。

　　對(duì)于片狀顆粒，往往采用徑厚比的概念，即片狀顆粒的平面尺寸 (縱向或橫向) 與厚度之比; 對(duì)于纖維狀顆粒，往往采用長徑比的概念，即纖維狀顆粒的長度與直徑 之比。

　　碳酸鈣的顆粒形狀大都呈四方體、六方體、多方體及不規(guī)則方形顆粒狀，它的形狀在塑料加工中對(duì)流動(dòng)性及制品的物理性能影響非常重要。

　　2 粒徑

　　填充改性技術(shù)重要的一點(diǎn)是，將粉體顆粒均勻地、盡可能一個(gè)一個(gè)地分散到塑料基 體中，如同大海中的大大小小的島嶼，稱之為海島結(jié)構(gòu)。一般說來，填料顆粒的粒徑越小，假如能夠分散均勻，則填充體系的力學(xué)性能越好; 但粒徑越小，加工成本越高，實(shí) 現(xiàn)其均勻分散越困難。因此，了解粉體顆粒的粒徑大小及其分布情況并根據(jù)實(shí)際需要加以選擇是非常重要的。

　　目前對(duì)粉體顆粒粒徑大小及其分布的表述有很多種，在沒有統(tǒng)一的命名方法和規(guī)定之前，塑料行業(yè)也經(jīng)常使用的是目數(shù)的方式，即用粉體材料的顆粒能夠通過多少目的篩子的目數(shù)來表示其粒徑大小。實(shí)際上這種方法測(cè)到的目數(shù)是指這種規(guī)格的粉體顆粒中尺寸最大的顆粒在三維方向上最大的尺寸。

　　在塑料制品中要求鈣粉的粒徑分布越窄越好，即分級(jí)出最小粒徑和最大粒徑，按照使用要求，采集粒徑在一定范圍內(nèi)的產(chǎn)品，保證產(chǎn)品的分散性、透明性、力學(xué)性能及吸油率。

　　3 比表面積

　　填料顆粒表面粗糙程度不同。即同樣體積的顆粒，其表面積不僅與顆粒的幾何形狀有關(guān)(球形表面積最小)，也與其表面的粗糙程度有關(guān)。比表面積即單位質(zhì)量填料的表面積，它的大小對(duì)填料與樹脂之間的親和性、填料表面活化處理的難易與成本都有直接關(guān)系。

　　4 表面自由能

　　填料顆粒表面自由能大小關(guān)系到填料在基體樹脂中分散的難易。當(dāng)比表面積一定時(shí)，表面自由能大，顆粒相互之間越容易凝聚，越不易分散。在填料表面處理時(shí)，降低其表面自由能是主要目標(biāo)之一。

　　5 密度

　　填料的密度與填料顆粒堆砌狀態(tài)有關(guān)。由于輕質(zhì)碳酸鈣的顆粒呈現(xiàn)紡錘形，而重質(zhì)碳酸鈣的顆粒呈破碎的石塊形，在堆砌時(shí)，顆粒之間存在空隙，而前者的體積明顯大于后者，因而輕質(zhì)碳酸鈣的表觀密度小于重質(zhì)碳酸鈣，但這并不意味輕鈣 ‘輕’，重鈣 ‘重’，因?yàn)榫推鋯蝹€(gè)顆粒來說它們之間的差別非常小，前者2.4～2.7g/cm3，后者為 2.7～2.9g/cm3。在塑料填充改性領(lǐng)域，真正影響填充體系整體密度的是填料單個(gè)顆粒的密度以及它們?cè)谒芰匣w中的存在形式——是否凝聚在一起，以及和基體塑料分子之 間有無空隙等。

　　6 吸油值

　　單位質(zhì)量的填料能夠吸收增塑劑二辛酯 (DOP) 的量稱之為吸油值。在使用增塑劑的塑料制品中，如果填料的吸油值高，就會(huì)增大增塑劑的消耗。填料吸油值的大小與填料粒徑大小、分布以及顆粒表面的構(gòu)造有關(guān)。輕質(zhì)碳酸鈣的吸油值往往是重質(zhì)碳酸鈣的幾倍，因此，在達(dá)到對(duì)樹脂增塑同樣效果的情況下，使用重鈣可以減少增塑劑的用量。一般重鈣要求吸油值小于35mL/100g。

　　7 硬度

　　填料顆粒本身的硬度具有雙重性，一方面硬度高的填料可以使填充塑料材料的耐磨性提高，另一方面由于加入了填料，尤其是硬度高的填料，填充體系在加工過程中容易 對(duì)物料所接觸的加工設(shè)備與模具的表面造成嚴(yán)重磨損，而這種磨損嚴(yán)重時(shí)，帶來的經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過使用填料帶來的利益，就會(huì)影響這種粉體材料在塑料中的應(yīng)用。

　　莫氏硬度是材料之間刻痕能力的相對(duì)比較。人的手指甲莫氏硬度為2，可以在滑石 上劃出刻痕，但在方解石上就無能為力了。

　　當(dāng)然，硬度大小不同的填料對(duì)加工設(shè)備的磨損是不同的，另一方面對(duì)于某種硬度的填料，加工設(shè)備的金屬表面的磨損強(qiáng)度隨填料粒徑的增加而上升，到一定粒徑后其磨損 強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。此外，相對(duì)研磨的兩種材料的硬度之差也與磨損強(qiáng)度大小有關(guān)。一般認(rèn)為，金屬強(qiáng)度高于1.25倍的磨料硬度時(shí)，屬于低磨損情況; 金屬強(qiáng)度為0.8～1.25倍 的磨料硬度時(shí)，屬于中磨損情況; 金屬強(qiáng)度低于0.8倍的磨料硬度時(shí)，屬于高磨損情況。

　　例如，通常用于塑料擠出機(jī)的螺筒和螺桿的金屬材料為38CrMoAl合金鋼，經(jīng)氮化處理，其維氏硬度為800～900，而重鈣的維氏硬度為140左右。故填充碳酸鈣的塑料用擠出機(jī)加工，盡管有磨損，但不特別顯著，起碼可以令人忍受;而粉煤灰玻璃微珠或 、石英砂，其維氏硬度在1000以上，這些材料填充塑料對(duì)氮化鋼的磨損極為嚴(yán)重，加工 幾十噸物料以后，其螺桿的氮化層就不存在了 (氮化層約0.4mm厚)。將普通45號(hào)鋼 做滲硼處理，其維氏硬度可達(dá)2000左右，這時(shí)，同樣的玻璃微珠或石英砂填充的物料 對(duì)螺桿的磨損就十分輕微了，只相當(dāng)于重鈣對(duì)氮化鋼的磨損。

　　8 白度

　　填料的白度高低對(duì)填充塑料材料及制品的色澤乃至外觀有著至關(guān)重要的影響。通常白度越高，對(duì)填充塑料著色的影響越小，僅僅影響色彩的鮮艷程度。由于目前還沒有完全透明的填料，因此填充塑料往往是不透明的，如果填料的顏色白度不高或呈其他色 澤，則只能做黑色或深色的塑料制品。

　　9 折射率

　　塑料材料本身對(duì)光的折射率有很大差別，多數(shù)通用塑料的折射率在1.50～1.60。當(dāng)粉體填料的折射率與塑料基體的折射率相同或相近時(shí)，它們加入到基體塑料中后對(duì)光的遮蓋性影響較小，反之填充塑料對(duì)光的遮蓋作用就強(qiáng)。

　　對(duì)多數(shù)礦物來說其折射率還不止一個(gè)。具有立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體和各向同性的無定形物質(zhì)才具有唯一的折射率，如食鹽是典型的等軸 (立方) 晶體，而玻璃是典型的各 向同性無定形非結(jié)晶物質(zhì)。方解石和石英等晶體有兩個(gè)相等的短軸并垂直于第三軸 (長軸)。光線沿長軸傳播時(shí)，其傳播速度是不變化的，而當(dāng)光線沿其他方向傳播時(shí)， 被分解為兩種不同速度的光線，產(chǎn)生兩個(gè)折射率。方解石的兩個(gè)折射率分別為1.658和 1.486，石英的兩個(gè)折射率分別為1.553和1.554。

　　10 光線的吸收和反射

　　紫外線可使聚合物的大分子發(fā)生降解。紫外線的波長范圍為0.01～0.4μm，炭黑和石墨作為填料使用，由于它們可吸收這個(gè)波長范圍的光波，故可以保護(hù)所填充的聚合物避免發(fā)生紫外線照射引發(fā)的降解。有的物質(zhì)不僅可以吸收紫外線，還可通過重新發(fā)光 把波長較短的紫外光轉(zhuǎn)化為波長較長的可見光，如果將其作為填料使用，不僅可避免紫外線的破壞作用，還可增加可見光輻射的能量。

　　紅外線是0.7μm以上波長范圍的光波。有的填料可以吸收或反射這個(gè)波長范圍的光波。在農(nóng)用大棚膜中使用云母、高嶺土、滑石粉等填料，可以有效降低紅外線的透過率，從而顯著提高農(nóng)用大棚膜的保溫效果。

　　11 電性能

　　金屬是電的優(yōu)良導(dǎo)體，因此金屬粉末作為填料使用可影響填充塑料的電性能。但只要填充量不大，樹脂基體包裹每一個(gè)金屬填料的顆粒，其電性能的變化就不會(huì)發(fā)生突變。只有當(dāng)填料用量增加致使金屬填料的顆粒達(dá)到互相接觸的程度時(shí)，填充塑料的電性 能將會(huì)發(fā)生突變，體積電阻率顯著下降。

　　礦物制成的填料都是電的絕緣體，從理論上說，它們不會(huì)對(duì)塑料基體的電性能帶來影響。需要注意的是由于周圍環(huán)境的影響，填料的顆粒表面上會(huì)凝聚一層水分子，依填料表面性質(zhì)不同，這層水分子與填料表面結(jié)合的形式和強(qiáng)度都有所不同，因此，填料在分散到樹脂基體中以后，所表現(xiàn)出的電性能有可能與單獨(dú)存在時(shí)所反映出來的電性能不相同。此外，填料在粉碎和研磨過程中，由于價(jià)鍵的斷裂，很有可能帶上靜電，形成吸附的聚集體，這在制作細(xì)度極高的微細(xì)填料時(shí)更容易發(fā)生。

　　12 水分

　　碳酸鈣自身不易吸水，不含結(jié)構(gòu)水和結(jié)晶水，但在通常礦石采集、儲(chǔ)存、加工及倉儲(chǔ)過程中，因粉體顆粒極小，易吸收水分。塑料在使用中對(duì)水分含量的要求極高，粉體 標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.5%，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，粉體含水量應(yīng)≤0.3%，含水量越小對(duì)塑料制品的影響越小。

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