非金属矿物填料通常是指大自然中存在、且被人工开采、加工利用具有改进强度和各种性质，或为降低成本，被添加在塑料中的非金属矿物材料。

非金属矿物填料分为：氧化物、氢氧化物、碳酸盐、（亚）硫酸盐、硅酸盐、碳素等。氧化物主要包括：二氧化硅、硅藻土、氧化铝、二氧化钛、氧化铁、氧化锌、氧化镁、浮石粉等。氢氧化物主要包括：氢氧化铝、氢氧化镁、盐基性碳酸镁等。碳酸盐主要包括碳酸钙、碳酸镁、白云石、碱式碳酸钠铝等。（亚）硫酸盐主要包括硫酸钡、硫酸铵、硫酸钙、亚硫酸钙等。硅酸盐主要包括滑石粉、粘土、云母、石棉、硅酸钙、蒙脱石、膨润土、玻璃微珠、玻纤等。碳素主要包括炭黑、石墨、碳素中空球、炭纤维等。除此之外，非金属矿物填料还有硼酸锌、硼酸钙、硼酸钠、偏硼酸钡、钛酸钾等。

非金属矿物填料的主要改性技术有：表面化学改性、表面物理包覆、等离子体表面处理、用相溶剂处理、机械力化学改性、表面接枝改性、沉淀反应改性、原位聚合技术。

物理性质及其影响

比表面积：比表面积越大，对填料与树脂之间的亲合性越好，但填料表面活化处理越难，成本越高。

硬度：硬度高可以提高制品的耐磨性，但会磨损加工设备。

颜色：多数塑料生产要求百度越高越好。

光学：有些制品可以利用其吸光性提高温度，例如：农用塑料大棚。

电性：颗粒表面凝水或粉碎使其价键断裂而带电，使颗粒分布不均，实际生产中应避免。

化学性质及其影响

化学成分：影响制品的耐腐蚀性、树脂结构和称定性。不同种类填料对产品具有不同影响，按需要的产品特性而选择不同的填料。

热化学效应：高分子聚合物容易燃烧，但大多数无机矿物填料由于自身的不然性，在加入到聚合物基体中后减少了可燃物质量，延缓基本的燃烧。

做填料的性能要求：化学稳定性高、耐热型好、在塑料树脂中分散混合性好、吸收塑料树脂量小、纯度高、不溶于溶剂、耐酸碱性好、不吸潮。

填料添加在塑料中所起的作用

  • 碳酸钙

碳酸钙是当前塑料行业中使用最多、应用面最广的粉体填料。重质碳酸钙因价廉、色白、加工性能好，可满足填充塑料的性能要求，其用量大幅度增加。

  • 滑石粉

滑石粉在塑料中可提高塑料的刚性和耐热性，在塑料中可增加薄膜散射率的透光率，并对7-25μm波长的红外线具有阻隔作用，已用于功能性薄膜，提高大棚夜间保温性，促进农作物生长。

  • 高岭土

高岭土在聚氯乙烯电缆料中，可显著提高电缆护套的电绝缘性；在塑料薄膜中，高岭土的红外线阻隔作用优于滑石粉，用于农膜改性；还用于聚丙烯做成核剂，提高其机械强度。

  • 硅灰石

硅灰石可以用作塑料的增强剂，能提高塑料制品的耐磨性和尺寸稳定性，可提高有机阻燃剂的阻燃效果。

  • 云母

云母的独特片状结构，使它成为塑料中典型的增强填料，主要用于提高塑料制品的刚性、耐热性和尺寸稳定性。在塑料薄膜中使用云母，其散射光透过率可大大提高，优于其他无机填料。

  • 氢氧化铝和氢氧化镁

氢氧化铝和氢氧化镁，在塑料中兼具填充、阻燃、消烟三大作用；还是煤矿用聚氯乙烯运输带的主要添加剂，还常常是环氧树脂和不饱和聚酯制品的填加剂，其用量可达40%以上。

各种填料对塑料性能的影响

性能 硅酸钙 云母 滑石 石墨 石英
拉伸强度   + 0    
压缩强度     +   +
弹性模量 ++ ++ +   +
抗冲强度 – – –   –
减少热膨胀   + + + +
降低收缩率 + + + + +
导热性 +   + + +
热稳定性 +   + +  
导电性       +  
电绝缘性 + ++ +    
耐热性 + + +   +
耐化学性 + + 0 +  
耐磨性   + + +  
挤出速率   +      
对机器磨损     0 0 –
廉价性 + + + + ++

（++表示高效，+中效，0无效，-反效）

性能 硅灰石 陶土 碳酸钙 炭黑
拉伸强度     +  
压缩强度     +  
弹性模量 +   + +
抗冲强度 – – – –
减少热膨胀 + + + +
降低收缩率 + + + +
导热性 +     +
热稳定性   +    
导电性       +
电绝缘性 + ++    
耐热性 + +   +
耐化学性   +    
耐磨性   +    
挤出速率   + +  
对机器磨损     0 0
廉价性 + + +  

（++表示高效，+中效，0无效，-反效）

添加非金属矿物的塑料

填料在塑料中所起的作用

降低成本：在塑料中加入廉价的填料作为填充剂以降低成本，其代表性实例，如在聚氯乙烯和聚丙烯中加入大量的碳酸钙。

改善机械性能：与高分子树脂相比，非金属矿硬度和模量高，且其活性表面可与高分子链相结合，所以适当添加非金属矿能有效改善塑料硬度、模量、强度等机械性能。

增强阻燃性能：非金属矿物具有热稳定性好、毒性低或无毒、不产生腐蚀气体、在储存过程中不发挥、不易析出、有持久阻燃效果等优点，并且原料来源丰富、价格低廉，在解决大量易燃工程塑料的阻燃以及低烟、低毒问题上，仍然是一种既简单而又富有实效的方法。

增强稳定性：塑料的使用环境多种多样，非金属矿物填料可以增强塑料的稳定性，如热稳定性、电稳定性、耐溶剂性、耐光热老化性。

功能作用：添加大多数填料后塑料产品具有原先不曾有的特殊功能，这是填料的化学组成起着重要作用。例如加石墨可增加塑料的导电性、耐磨性。

塑料制品使用矿物填料的情况

塑料制品 使用填料种类 添加量（phr） 作用
聚丙烯扁丝 碳酸钙 10~20 增量、增白、改善印刷性
聚丙烯打包带 碳酸钙 50~150 增量、提高摩擦系数
聚乙烯薄膜 碳酸钙 40~50 增量、环保
聚乙烯管材 碳酸钙 20~40 增量
聚乙烯缠绕管、波纹管 滑石粉 20~40 提高刚性
聚丙烯注塑制品 碳酸钙、滑石粉 40~50 代替ABS，降低成本
聚乙烯大棚膜 滑石粉、高岭土 5~10 提高保温性
聚乙烯垃圾袋 碳酸钙 40~50 提高可焚烧性
聚丙烯快餐托盘 碳酸钙 200 降低成本，提高稳定性
汽车保险杠 滑石粉 20~30 保持刚性，提高抗冲击性
汽车、家电部件 滑石粉 30~50 提高耐热性
聚氯乙烯门窗异型材 碳酸钙 10 提高韧性和成型加工性
聚氯乙烯管材 碳酸钙 20~60 降低成本
聚氯乙烯发泡材料 碳酸钙 30~80 降低成本，提高均匀性
聚氯乙烯装饰板 碳酸钙 200 降低成本
电缆护套料 碳酸钙 10~15 降低成本
聚氯乙烯人造革 碳酸钙 10~60 增量，降低成本
动力电缆芯绳 碳酸钙 180~200 降低成本
高绝缘动力电缆护套料 煅烧高岭土 10~15 提高电绝缘强度
高光泽聚丙烯 沉淀硫酸钡 40~50 保持塑料表面光泽度
无卤低烟电缆护套料 氢氧化铝、氢氧化镁 150 阻燃、消烟
汽车用电机风扇叶等 云母 40~50 提高耐热性
空调、电视机等外壳及零部件 碳酸钙、滑石粉 40~60 降低成本，提高尺寸稳定性

使用矿物填料的主要动力是降低塑料制品原材料成本，因此价格是首要影响因素。粗粒径的填料往往比细粒径的便宜。并不是所有塑料制品都适合使用矿物填料，有的是使用性能决定不能使用，如透明制品；有的是由于使用矿物填料后带来的问题，如增重、着色不鲜艳等。

非金属矿物填料粒径越小，在使用得当的情况下，填充塑料的物理力学性能越好，但在目前技术水平和装备条件允许的范围内，粒径太小反而不易用好，不仅价格高，而且影响成型加工流动性和填充材料的力学性能。

非金属矿物填料的功能性越来越受到重视，因此在开发新品种矿物填料时，首先要考虑它可以为塑料材料带来什么新的功能。

 

 

文章来源：中国粉体网

塑料工业 非金属矿物填料