碳酸(suan)鈣(gai)在塑料(liao)應用中的相(xiang)關(guan)技術特征(zheng)。

　　1 幾何特征

　　通常粉體材(cai)料以顆(ke)(ke)粒(li)形式(shi)作為填(tian)料使用。顆(ke)(ke)粒(li)的形狀并不十(shi)分規則，但對塑料的性能(neng)來說，填(tian)料顆(ke)(ke)粒(li)的幾何形狀對填(tian)充體系的物理力(li)學性能(neng)有著(zhu)重要的影(ying)響(xiang)，因此粉體材(cai)料的顆(ke)(ke)粒(li)形狀是使用時首先需(xu)要予(yu)以關注的。

　　對(dui)于片(pian)狀(zhuang)顆(ke)粒(li)，往(wang)往(wang)采用(yong)(yong)徑厚比的(de)概念，即片(pian)狀(zhuang)顆(ke)粒(li)的(de)平面尺寸 (縱向或橫向) 與厚度之(zhi)比; 對(dui)于纖維狀(zhuang)顆(ke)粒(li)，往(wang)往(wang)采用(yong)(yong)長徑比的(de)概念，即纖維狀(zhuang)顆(ke)粒(li)的(de)長度與直徑 之(zhi)比。

　　碳酸鈣的顆(ke)粒形(xing)(xing)狀大都呈(cheng)四方(fang)體、六方(fang)體、多方(fang)體及不(bu)規則方(fang)形(xing)(xing)顆(ke)粒狀，它的形(xing)(xing)狀在塑料加工中(zhong)對流(liu)動性(xing)及制品的物理性(xing)能影響非常(chang)重要。

　　2 粒徑

　　填充(chong)改性技術重要(yao)的(de)一點(dian)是，將(jiang)粉體(ti)(ti)顆(ke)粒均(jun)(jun)勻地(di)(di)、盡可(ke)能(neng)一個一個地(di)(di)分散到塑料基 體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)，如同大(da)海中(zhong)(zhong)的(de)大(da)大(da)小小的(de)島(dao)嶼，稱之為海島(dao)結構。一般說來，填料顆(ke)粒的(de)粒徑(jing)越(yue)小，假如能(neng)夠分散均(jun)(jun)勻，則填充(chong)體(ti)(ti)系的(de)力學(xue)性能(neng)越(yue)好(hao); 但粒徑(jing)越(yue)小，加(jia)工(gong)成(cheng)本越(yue)高(gao)，實(shi) 現其均(jun)(jun)勻分散越(yue)困難。因此(ci)，了(le)解粉體(ti)(ti)顆(ke)粒的(de)粒徑(jing)大(da)小及其分布情(qing)況并根據實(shi)際需要(yao)加(jia)以選擇(ze)是非常重要(yao)的(de)。

　　目(mu)前對粉(fen)體(ti)顆(ke)粒(li)(li)粒(li)(li)徑大小及(ji)其分(fen)布的(de)(de)(de)表述有很(hen)多(duo)種(zhong)，在沒有統一的(de)(de)(de)命(ming)名方(fang)法和規定之前，塑料行業也經常使用(yong)的(de)(de)(de)是目(mu)數的(de)(de)(de)方(fang)式(shi)，即用(yong)粉(fen)體(ti)材料的(de)(de)(de)顆(ke)粒(li)(li)能(neng)夠(gou)通過(guo)多(duo)少(shao)目(mu)的(de)(de)(de)篩子的(de)(de)(de)目(mu)數來表示其粒(li)(li)徑大小。實(shi)際上這種(zhong)方(fang)法測到的(de)(de)(de)目(mu)數是指這種(zhong)規格的(de)(de)(de)粉(fen)體(ti)顆(ke)粒(li)(li)中(zhong)尺寸(cun)最大的(de)(de)(de)顆(ke)粒(li)(li)在三(san)維方(fang)向(xiang)上最大的(de)(de)(de)尺寸(cun)。

　　在塑料制品(pin)中(zhong)要(yao)求鈣粉(fen)的粒(li)徑(jing)分布越窄越好，即分級出最小粒(li)徑(jing)和最大粒(li)徑(jing)，按照使用要(yao)求，采集(ji)粒(li)徑(jing)在一定(ding)范圍內的產品(pin)，保證產品(pin)的分散性、透明性、力學性能(neng)及吸油率(lv)。

　　3 比表面積

　　填料顆粒表(biao)面粗糙程度不同(tong)。即同(tong)樣體積(ji)的(de)(de)顆粒，其(qi)表(biao)面積(ji)不僅與顆粒的(de)(de)幾何(he)形狀有關(guan)(球(qiu)形表(biao)面積(ji)最小)，也與其(qi)表(biao)面的(de)(de)粗糙程度有關(guan)。比表(biao)面積(ji)即單(dan)位(wei)質量填料的(de)(de)表(biao)面積(ji)，它的(de)(de)大小對填料與樹脂(zhi)之間(jian)的(de)(de)親(qin)和(he)性、填料表(biao)面活化處(chu)理的(de)(de)難易與成(cheng)本都有直(zhi)接(jie)關(guan)系。

　　4 表面自由能

　　填(tian)料(liao)顆粒表(biao)(biao)面(mian)自(zi)由(you)能大小關系到填(tian)料(liao)在基體樹脂中分散(san)的(de)難(nan)易(yi)(yi)。當(dang)比表(biao)(biao)面(mian)積一(yi)定時，表(biao)(biao)面(mian)自(zi)由(you)能大，顆粒相互(hu)之間越(yue)容易(yi)(yi)凝(ning)聚，越(yue)不易(yi)(yi)分散(san)。在填(tian)料(liao)表(biao)(biao)面(mian)處理時，降低其(qi)表(biao)(biao)面(mian)自(zi)由(you)能是主要目標之一(yi)。

　　5 密度

　　填(tian)料(liao)的(de)(de)(de)密度與填(tian)料(liao)顆粒堆砌狀態有關。由于輕質碳(tan)酸(suan)(suan)鈣(gai)(gai)(gai)的(de)(de)(de)顆粒呈(cheng)現紡錘形(xing)，而(er)重(zhong)(zhong)質碳(tan)酸(suan)(suan)鈣(gai)(gai)(gai)的(de)(de)(de)顆粒呈(cheng)破(po)碎的(de)(de)(de)石塊形(xing)，在(zai)堆砌時，顆粒之間存在(zai)空(kong)隙，而(er)前(qian)(qian)者(zhe)(zhe)的(de)(de)(de)體(ti)積明(ming)顯大于后者(zhe)(zhe)，因而(er)輕質碳(tan)酸(suan)(suan)鈣(gai)(gai)(gai)的(de)(de)(de)表觀密度小(xiao)(xiao)于重(zhong)(zhong)質碳(tan)酸(suan)(suan)鈣(gai)(gai)(gai)，但(dan)這并不意(yi)味輕鈣(gai)(gai)(gai) ‘輕’，重(zhong)(zhong)鈣(gai)(gai)(gai) ‘重(zhong)(zhong)’，因為(wei)就其單(dan)個(ge)顆粒來說它(ta)們(men)之間的(de)(de)(de)差別非(fei)常小(xiao)(xiao)，前(qian)(qian)者(zhe)(zhe)2.4～2.7g/cm3，后者(zhe)(zhe)為(wei) 2.7～2.9g/cm3。在(zai)塑料(liao)填(tian)充改(gai)性領域，真正影響填(tian)充體(ti)系整體(ti)密度的(de)(de)(de)是(shi)填(tian)料(liao)單(dan)個(ge)顆粒的(de)(de)(de)密度以及它(ta)們(men)在(zai)塑料(liao)基體(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)存在(zai)形(xing)式——是(shi)否凝聚在(zai)一起，以及和基體(ti)塑料(liao)分子之 間有無(wu)空(kong)隙等(deng)。

　　6 吸油值

　　單位質(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)填料(liao)能夠(gou)吸(xi)收增(zeng)塑(su)劑二辛酯 (DOP) 的(de)(de)(de)量(liang)稱之為吸(xi)油(you)值(zhi)。在使(shi)(shi)用(yong)增(zeng)塑(su)劑的(de)(de)(de)塑(su)料(liao)制品中，如果填料(liao)的(de)(de)(de)吸(xi)油(you)值(zhi)高，就會增(zeng)大(da)(da)增(zeng)塑(su)劑的(de)(de)(de)消耗(hao)。填料(liao)吸(xi)油(you)值(zhi)的(de)(de)(de)大(da)(da)小與填料(liao)粒徑大(da)(da)小、分(fen)布以及顆粒表面的(de)(de)(de)構造有關。輕質(zhi)碳酸(suan)鈣(gai)的(de)(de)(de)吸(xi)油(you)值(zhi)往往是重(zhong)質(zhi)碳酸(suan)鈣(gai)的(de)(de)(de)幾倍，因(yin)此，在達到對樹(shu)脂增(zeng)塑(su)同樣效果的(de)(de)(de)情況(kuang)下，使(shi)(shi)用(yong)重(zhong)鈣(gai)可以減少增(zeng)塑(su)劑的(de)(de)(de)用(yong)量(liang)。一般(ban)重(zhong)鈣(gai)要求吸(xi)油(you)值(zhi)小于35mL/100g。

　　7 硬度

　　填(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)顆粒本身的(de)硬(ying)度(du)具有雙重性，一方(fang)面硬(ying)度(du)高(gao)的(de)填(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)可(ke)以(yi)使填(tian)(tian)充(chong)塑(su)料(liao)(liao)(liao)材料(liao)(liao)(liao)的(de)耐磨性提(ti)高(gao)，另(ling)一方(fang)面由(you)于加入(ru)了填(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)，尤其是硬(ying)度(du)高(gao)的(de)填(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)，填(tian)(tian)充(chong)體(ti)系(xi)在加工過(guo)程(cheng)中(zhong)容易(yi) 對物料(liao)(liao)(liao)所接觸的(de)加工設備與(yu)模具的(de)表面造成嚴重磨損，而這種(zhong)磨損嚴重時，帶來的(de)經(jing)濟損失遠遠超過(guo)使用填(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)帶來的(de)利益，就會影響這種(zhong)粉(fen)體(ti)材料(liao)(liao)(liao)在塑(su)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)的(de)應(ying)用。

　　莫(mo)氏硬度(du)是材料之間刻(ke)痕(hen)能(neng)力的(de)相對比(bi)較(jiao)。人的(de)手(shou)指(zhi)甲莫(mo)氏硬度(du)為(wei)2，可以在(zai)滑石(shi) 上(shang)劃出(chu)刻(ke)痕(hen)，但在(zai)方解石(shi)上(shang)就(jiu)無能(neng)為(wei)力了。

　　當然，硬(ying)度(du)(du)(du)(du)大(da)小不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)填料(liao)對加工(gong)設備的(de)(de)(de)(de)磨(mo)損(sun)(sun)是不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)，另一方面(mian)對于某種(zhong)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)填料(liao)，加工(gong)設備的(de)(de)(de)(de)金屬(shu)(shu)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)磨(mo)損(sun)(sun)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)隨(sui)填料(liao)粒徑(jing)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加而(er)上(shang)升，到一定粒徑(jing)后其磨(mo)損(sun)(sun) 強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)趨于穩定。此外(wai)，相(xiang)對研磨(mo)的(de)(de)(de)(de)兩種(zhong)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)之差也(ye)與磨(mo)損(sun)(sun)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)大(da)小有關。一般認為，金屬(shu)(shu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)高(gao)于1.25倍的(de)(de)(de)(de)磨(mo)料(liao)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)時，屬(shu)(shu)于低(di)磨(mo)損(sun)(sun)情(qing)況(kuang); 金屬(shu)(shu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)為0.8～1.25倍 的(de)(de)(de)(de)磨(mo)料(liao)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)時，屬(shu)(shu)于中(zhong)磨(mo)損(sun)(sun)情(qing)況(kuang); 金屬(shu)(shu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)低(di)于0.8倍的(de)(de)(de)(de)磨(mo)料(liao)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)時，屬(shu)(shu)于高(gao)磨(mo)損(sun)(sun)情(qing)況(kuang)。

　　例如(ru)，通(tong)常用于塑料(liao)擠出機(ji)的(de)(de)(de)螺(luo)筒和(he)螺(luo)桿的(de)(de)(de)金(jin)屬材料(liao)為38CrMoAl合金(jin)鋼(gang)(gang)，經氮化(hua)處(chu)理，其維(wei)氏硬度(du)為800～900，而重鈣(gai)(gai)(gai)的(de)(de)(de)維(wei)氏硬度(du)為140左右。故填充(chong)碳酸鈣(gai)(gai)(gai)的(de)(de)(de)塑料(liao)用擠出機(ji)加工(gong)，盡管有磨損，但不特別(bie)顯著，起(qi)碼(ma)可以令(ling)人忍受;而粉煤灰玻璃微(wei)珠或(huo) 、石英(ying)砂，其維(wei)氏硬度(du)在1000以上，這些材料(liao)填充(chong)塑料(liao)對氮化(hua)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)磨損極(ji)為嚴重，加工(gong) 幾十噸物(wu)料(liao)以后，其螺(luo)桿的(de)(de)(de)氮化(hua)層就不存在了 (氮化(hua)層約(yue)0.4mm厚(hou))。將普通(tong)45號(hao)鋼(gang)(gang) 做滲硼處(chu)理，其維(wei)氏硬度(du)可達2000左右，這時，同樣的(de)(de)(de)玻璃微(wei)珠或(huo)石英(ying)砂填充(chong)的(de)(de)(de)物(wu)料(liao) 對螺(luo)桿的(de)(de)(de)磨損就十分輕微(wei)了，只相(xiang)當于重鈣(gai)(gai)(gai)對氮化(hua)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)磨損。

　　8 白度

　　填(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)白度(du)高低對填(tian)(tian)充(chong)塑(su)料(liao)(liao)(liao)(liao)材料(liao)(liao)(liao)(liao)及制品(pin)的(de)(de)色(se)(se)(se)澤(ze)乃至外觀有(you)著至關重要的(de)(de)影響(xiang)(xiang)。通(tong)常白度(du)越高，對填(tian)(tian)充(chong)塑(su)料(liao)(liao)(liao)(liao)著色(se)(se)(se)的(de)(de)影響(xiang)(xiang)越小，僅(jin)僅(jin)影響(xiang)(xiang)色(se)(se)(se)彩的(de)(de)鮮(xian)艷程度(du)。由于目前還沒有(you)完全透明(ming)的(de)(de)填(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)，因此填(tian)(tian)充(chong)塑(su)料(liao)(liao)(liao)(liao)往往是不透明(ming)的(de)(de)，如(ru)果填(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)白度(du)不高或呈(cheng)其他色(se)(se)(se) 澤(ze)，則只能做黑色(se)(se)(se)或深色(se)(se)(se)的(de)(de)塑(su)料(liao)(liao)(liao)(liao)制品(pin)。

　　9 折射率

　　塑(su)料(liao)材料(liao)本身對(dui)光的折(zhe)(zhe)射(she)率(lv)(lv)有很大(da)差別，多數通用(yong)塑(su)料(liao)的折(zhe)(zhe)射(she)率(lv)(lv)在1.50～1.60。當粉體填(tian)料(liao)的折(zhe)(zhe)射(she)率(lv)(lv)與塑(su)料(liao)基體的折(zhe)(zhe)射(she)率(lv)(lv)相同(tong)或相近時(shi)，它們加入到基體塑(su)料(liao)中(zhong)后對(dui)光的遮(zhe)蓋(gai)性(xing)影響較小，反(fan)之(zhi)填(tian)充塑(su)料(liao)對(dui)光的遮(zhe)蓋(gai)作(zuo)用(yong)就強。

　　對多(duo)數礦物(wu)來說其(qi)折(zhe)(zhe)射(she)率還不(bu)止一個(ge)。具有立方(fang)點陣結構的(de)(de)晶體和(he)(he)各(ge)向同性(xing)的(de)(de)無(wu)定(ding)形物(wu)質才具有唯一的(de)(de)折(zhe)(zhe)射(she)率，如(ru)食鹽是典型的(de)(de)等(deng)軸(zhou)(zhou) (立方(fang)) 晶體，而玻璃(li)是典型的(de)(de)各(ge) 向同性(xing)無(wu)定(ding)形非結晶物(wu)質。方(fang)解石(shi)和(he)(he)石(shi)英(ying)等(deng)晶體有兩(liang)(liang)個(ge)相等(deng)的(de)(de)短軸(zhou)(zhou)并垂直于(yu)第三軸(zhou)(zhou) (長(chang)軸(zhou)(zhou))。光線沿長(chang)軸(zhou)(zhou)傳播(bo)時，其(qi)傳播(bo)速度是不(bu)變化的(de)(de)，而當光線沿其(qi)他方(fang)向傳播(bo)時， 被分(fen)(fen)解為兩(liang)(liang)種不(bu)同速度的(de)(de)光線，產生兩(liang)(liang)個(ge)折(zhe)(zhe)射(she)率。方(fang)解石(shi)的(de)(de)兩(liang)(liang)個(ge)折(zhe)(zhe)射(she)率分(fen)(fen)別(bie)為1.658和(he)(he) 1.486，石(shi)英(ying)的(de)(de)兩(liang)(liang)個(ge)折(zhe)(zhe)射(she)率分(fen)(fen)別(bie)為1.553和(he)(he)1.554。

　　10 光線(xian)的(de)吸收和反(fan)射

　　紫(zi)外線(xian)(xian)可(ke)(ke)(ke)使(shi)(shi)聚(ju)合物的(de)大分子發(fa)生降解。紫(zi)外線(xian)(xian)的(de)波(bo)(bo)長范圍(wei)為(wei)0.01～0.4μm，炭黑和石墨作為(wei)填料使(shi)(shi)用，由于它們可(ke)(ke)(ke)吸收這個(ge)波(bo)(bo)長范圍(wei)的(de)光(guang)(guang)波(bo)(bo)，故可(ke)(ke)(ke)以(yi)保護(hu)所填充(chong)的(de)聚(ju)合物避免發(fa)生紫(zi)外線(xian)(xian)照(zhao)射引發(fa)的(de)降解。有(you)的(de)物質不僅可(ke)(ke)(ke)以(yi)吸收紫(zi)外線(xian)(xian)，還可(ke)(ke)(ke)通過重新發(fa)光(guang)(guang) 把波(bo)(bo)長較短的(de)紫(zi)外光(guang)(guang)轉化為(wei)波(bo)(bo)長較長的(de)可(ke)(ke)(ke)見(jian)(jian)光(guang)(guang)，如(ru)果(guo)將其作為(wei)填料使(shi)(shi)用，不僅可(ke)(ke)(ke)避免紫(zi)外線(xian)(xian)的(de)破壞作用，還可(ke)(ke)(ke)增加可(ke)(ke)(ke)見(jian)(jian)光(guang)(guang)輻射的(de)能量。

　　紅外線是0.7μm以上波長(chang)范圍的(de)(de)(de)光(guang)波。有(you)的(de)(de)(de)填(tian)(tian)料(liao)可以吸收(shou)或反射這個波長(chang)范圍的(de)(de)(de)光(guang)波。在農用(yong)大棚膜中使用(yong)云母、高嶺(ling)土、滑(hua)石粉(fen)等填(tian)(tian)料(liao)，可以有(you)效降低紅外線的(de)(de)(de)透過率，從而顯著提高農用(yong)大棚膜的(de)(de)(de)保溫效果(guo)。

　　11 電性能

　　金屬(shu)是電的(de)優良導體，因此金屬(shu)粉末作為填(tian)料使用可影(ying)響(xiang)填(tian)充塑料的(de)電性(xing)能(neng)。但只要填(tian)充量不大，樹脂基(ji)體包裹每一(yi)個金屬(shu)填(tian)料的(de)顆粒，其電性(xing)能(neng)的(de)變(bian)化就不會(hui)發生突(tu)變(bian)。只有當填(tian)料用量增加致使金屬(shu)填(tian)料的(de)顆粒達到(dao)互(hu)相接(jie)觸的(de)程(cheng)度時，填(tian)充塑料的(de)電性(xing) 能(neng)將(jiang)會(hui)發生突(tu)變(bian)，體積電阻率顯著下(xia)降。

　　礦物制成(cheng)(cheng)的(de)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)都是電(dian)的(de)絕(jue)緣體(ti)，從理(li)論(lun)上(shang)說，它們不(bu)(bu)會(hui)對塑料(liao)基體(ti)的(de)電(dian)性(xing)能(neng)(neng)帶來(lai)影響。需要(yao)注意的(de)是由(you)于(yu)周圍環境的(de)影響，填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)的(de)顆粒表(biao)(biao)(biao)面上(shang)會(hui)凝(ning)聚(ju)一層水(shui)分子(zi)，依填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)表(biao)(biao)(biao)面性(xing)質不(bu)(bu)同，這(zhe)層水(shui)分子(zi)與(yu)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)表(biao)(biao)(biao)面結合的(de)形式(shi)和(he)強度(du)都有(you)(you)(you)所不(bu)(bu)同，因此，填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)在(zai)分散到樹脂基體(ti)中(zhong)(zhong)以后，所表(biao)(biao)(biao)現出的(de)電(dian)性(xing)能(neng)(neng)有(you)(you)(you)可能(neng)(neng)與(yu)單獨存在(zai)時(shi)所反映出來(lai)的(de)電(dian)性(xing)能(neng)(neng)不(bu)(bu)相同。此外，填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)在(zai)粉碎和(he)研磨(mo)過程中(zhong)(zhong)，由(you)于(yu)價鍵的(de)斷裂，很有(you)(you)(you)可能(neng)(neng)帶上(shang)靜(jing)電(dian)，形成(cheng)(cheng)吸附的(de)聚(ju)集體(ti)，這(zhe)在(zai)制作細(xi)度(du)極(ji)高(gao)的(de)微(wei)細(xi)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)時(shi)更容易(yi)發生(sheng)。

　　12 水分

　　碳酸鈣自身不易吸(xi)水，不含結(jie)構水和結(jie)晶水，但在通常礦石(shi)采集、儲(chu)(chu)存、加(jia)工及(ji)倉(cang)儲(chu)(chu)過程中，因(yin)粉(fen)體顆粒極小，易吸(xi)收水分。塑料(liao)在使用中對(dui)水分含量的要求極高，粉(fen)體 標準要求≤0.5%，實際應(ying)用時，粉(fen)體含水量應(ying)≤0.3%，含水量越小對(dui)塑料(liao)制品的影(ying)響越小。

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