无机粉体在塑料中的应用新进展-徐同考2016年6月.ppt

1、无机粉体在塑料中的应用新进展,2016年6月30日安徽合肥,2 无机粉体产品应用新进展,3 无机粉体应用工艺新进展,4 无机粉体产业发展新趋势,1 前言,目 录,前言,无机粉体资源丰富、价格低廉、性能优异，在塑料制品中已得到了广泛应用，已成为重要的填充、改性、增强材料，取得了明显的经济效益、社会效益和生态效益。,1,无机材料在塑料中应用是一门年轻的跨学科技术，虽然用量大、用途广，系统地研究,试验应用推广此类复合型技术的科研单位、大专院校和企业尚在发展阶段。 本人结合亲身经历，总结应用经验，愿与大家共同交流分享！期盼得到大家批评指正！,无机粉体产品应用新进展,2,碳酸钙已广泛用于油漆、涂料、造纸

2、、日化、建材、医药等行业，碳酸钙是塑料中使用的无机材料中最重要的一类，在每年使用的1000多万吨各种无机粉体材料中，碳酸钙的用量达到60%以上。,2.1 碳酸钙,重质碳酸钙是把天然矿石用机械磨碎得到的粉体。 重质碳酸钙的密度2.7g/cm3。,轻质碳酸钙是通过煅烧化学反应得到的沉淀碳酸钙。 轻质碳酸钙的密度约为1.21.9g/cm3。,粉体的堆积密度与真实密度具有较大差异。,不同粒径和添加量碳酸钙填充改性PP的性能比较,不同品种的碳酸钙填充改性PVC的性能比较,不同粒径和添加量碳酸钙填充改性PVC的性能比较,2.2 硅灰石,硅灰石属天然的硅酸钙（CaSiO3），呈浅白色针状结构，长径比（L/D

3、）可达15/1,是塑料中纤维状的无机增强填料，具有极好的抗张强度和抗挠曲强度，并且具有特别好的耐湿性能。 硅灰石具有资源丰富、价格低廉等优势，是塑料增强改性的新的无机材料，虽然在塑料制品中受其白度和加工工艺等方面的制约，但随着它的特性逐渐被人们所认识，应用范围和用量会有较快的增长。,硅灰石可广泛用于PET、PA、PE、PP、ABS等树脂，它的许多性能与滑石、石棉和云母等无机粉体相类似，硅灰石作为塑料中的无机填料，应采用硅烷偶联剂进行表面活化改性处理，以提高或保证不同材料界面相容效果。 值得注意的是硅灰石粉填充的材料吸水性显著降低，这个特点可以改进吸水性较强的尼龙制品在潮湿环境下因吸水而导致强度

4、和模量下降的缺点。,硅灰石在改性PA6中的应用特性,硅灰石在改性PP中的应用特性,2.3 滑石粉,滑石作为一种添加剂、改质剂或填料，已广泛用于造纸、油漆、涂料、陶瓷、化工、日化、塑料、橡胶、食品、医药等行业。滑石具有质地柔软、磨耗低、光泽度高、吸油值小、透明性好等优点，滑石良好的化学稳定性和优异的物理特性得到了人们的认可。 滑石在塑料、橡胶中应用具有明显的增强改性作用，可提高塑料产品的拉伸强度、冲击性能、抗蠕变性、耐热性、抗撕裂性等。改善产品的表面外观，降低产品收缩率，提高阻隔效果，减少透气性，增加塑料制品的刚性和挺括度，已成为改善塑料制品物理性能的重要改性材料，越来越受到塑料行业的青睐。,滑

5、石对塑料产品显著的增强作用主要来自于其独特的微观片状结构。加工后的滑石粉，片状结构保持的越完整，其增强效果越明显。较大的径厚比（片状颗粒平均直径与其厚度之比）可提高塑料制品的刚性、冲击强度、弯曲模量和热稳定性。高品质超微细滑石粉成片状结构，用于塑料制品时，可均匀的成层叠状分散在树脂中。如同水泥制品中嵌入的金属结构网，能够在保持塑料的自身优点外，形成力学性能优异的增强支撑形态，可提高塑料制品的物理性能，还具有明显的保温、阻隔作用。,20%和40%填充聚丙烯的典型物理性质（23测定）,40%CaCO3和40%填充聚丙烯的典型物理性质（23测定）,不同材料填充在尼龙66中的性能,将天然矿石（重晶石）

6、经粉碎、水洗、干燥后制得为重晶石粉（也称重质硫酸钡），呈白色或灰色粉末，密度为4.34.6g/cm3。 重晶石加热至1100还原生成可溶性硫化钡，再与硫酸或硫酸钠作用生成沉淀硫酸钡（也称轻质硫酸钡），粒径细，白度可达92度以上。,2.4 硫酸钡,我国重晶石矿保有储量 3.59 亿 t,基础储量为 0.74 亿 t，其中可采储量 5235 万 t，分布在22个省市及地区，其中贵州、湖南、甘肃、江西、广西、山西、福建七省占全国总量的 91%。 硫酸钡因具有化学惰性强，稳定性好、耐酸碱、硬度适中、高比重、高白度、能吸收有害射线等优点，广泛用于塑料、橡胶、涂料、中高档油墨、化工、造纸、陶瓷、颜料等领域

7、。可增加制品的硬度、强度、提高耐热和耐磨等性能，是发展较快的功能性材料之一。,硫酸钡独特优异的性能，使其应用十分广泛，成为塑料制品新的功能改性材料之一。硫酸钡具有提高塑料制品的耐化学腐蚀性、耐热性、改善产品外观等特点。硫酸钡可用于PP、PA、PET等树脂生产的家电外壳、机械零件、汽车部件、空调面板、电热壶外壳等。,硫酸钡粒径及用量对复合材料力学性能的影响,硫酸钡的质量分数对PP物理和力学性能影响,高光免喷涂PP的基础配方是均聚PP树脂原料加沉淀硫酸钡，有时还会添加少量滑石粉和成核剂。配方要点就是填料选择，填料种类那么多，为何要选择沉淀硫酸钡作为高光PP填料？下面一图可解释原因。,由图中可以看出

8、填料对PP光泽度的影响程度次序如下：沉淀硫酸钡重晶石高岭土碳酸钙滑石粉。填料对光泽度的影响可能与填料刚性粒子的微观形状有关。填料的微观形状对PP表面光泽度的影响程度依次为：球状粒状针状片状。 高光泽PP作为理想的替代ABS、HIPS等高光泽制品的材料，已引起了人们的兴趣和关注。高光PP与ABS树脂相比具有密度小、成本低、改性方法灵活等特点。目前许多小家电外壳已经用高光免喷涂PP作为首选材料。,2.5 云母,云母粉主要化学成分 %,云母指的是天然白云母，是一种具有独特结构的层状铝硅盐酸矿物，单斜晶系，晶体呈假六方片状。白云母薄片透明无色，厚片略带浅绿、黄、橙等色，玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽，硬度

9、2.53.1，比重2.763.10g/cm3，片径比可达80:1120：1，是云母重要的特性之一。,云母可改善塑料的物理性能 云母具有较好的增强作用，可提高机械部件、车辆零件、木塑制品、家电外壳、包装制品、薄膜、拉丝和绳索等塑料产品的物理性能。,不同材料填充的聚丙烯性能,不同材料填充在尼龙66中的性能,（1）高岭土可提高玻璃化温度较低的热塑性塑料的拉伸强度和模量，提高制品的刚性和强度，加入到聚丙烯中还可以起到成核剂作用。高岭土对红外线的阻隔作用非常显著，在军事器材上已得到应用，在薄膜中应用可提高保温效果。 高岭土经煅烧后可明显提高塑料的电绝缘强度，可用于电线、电缆及耐高压绝缘产品。 高岭土颗粒

10、具有极强的凝聚倾向，采用表面活化特殊处理技术才能达到均匀分散的目的。,2.6 无机材料新应用,（2）木粉、竹粉、秸秆粉与塑料复合生产成塑木制品，在国内外得到了大量的推广应用，因来源丰富、价格低廉、低碳环保，受到社会关注。但它的耐热性是制约用量和用途的主要瓶颈。,（3）中国粉煤灰粉年排放量超过2亿吨，累积量超过40亿吨，是排放量最多的工业固废。因此，粉煤灰仍然面临大量堆积以及堆贮量逐年增高的窘境。,目前，粉煤灰主要用于轻体高强保温材料、高标号水泥、道路、建筑基础夯实掺混料等，提取氧化铝、制备白炭黑也是当前最热门的新技术。,粉煤灰主要成分,玻璃微珠（粉煤灰）具有比重小、硬度大、流动性好等优点，可用

11、于注塑、中空等塑料制品的填充改性。 将粉煤灰加工成一定粒径的具有吸附性能的功能新材料，用于再生塑料等制品加工中，在添加3%8%时，可有效地吸附有害物质、气味和水分。,2m标尺 1m标尺,下图是粉煤灰人工合成的硅酸钙微粉的微观结构电镜照片。,添加50%的碳酸钙和50%硅酸钙母料板材性能测试,硅酸钙在废旧塑料加工、板材、管材等方面试用，比重轻、异味吸附性强、物理性能优异等特点。 该产品还在PVC、PE、橡胶生产的管材、板材、发泡材料中试用，比重轻、物理性能优异，生产成本和单位成本均有下降。,（4）电石灰作为化工产品的主要排放固体废物，大量的电石灰主要用于道路、建筑等方面的夯基材料。我们通过在塑料管

12、材中初步应用试验，取得令人惊喜的效果。,电石灰成分指标,电石灰母料在PE管材中应用试验,上表中的数据因正在试验中，有些数据尚不完善，仅供参考。,（5）黑滑石、黑方解石等黑色无机矿物近年来也得到企业的青睐，塑料、橡胶中添加黑色无机粉体后，可部分替代炭黑，矿产资源充分利用的同时，生产成本具有明显的优势，物理性能对比见下表。,三种滑石粉制成的母料与HDPE2480混合制样样条的物理性能,在实际应用过程中，人们发现应是非常简单的技术，往往难以达到人们的意愿，而有的应用效果而会超出大家的预期，诸多现象和问题引发了各界的兴趣和关注。 无机粉体大多属亲水性材料，合成树脂属亲油性材料，如果用简单的机械物理方法

13、使其共混，两种不同性质的材料既不能交联，甚至还会呈“对立结构”，怎样使两种不同性能的材料能够较好地相容在一起，充分发挥各自的功能？已成为人们关注的重点。,共混活化改性相容塑化,无机粉体应用工艺新进展,3,表面活化改性工艺技术，可大大提高无机粉体在塑料中用量的同时，还可明显改善塑料制品的物理性能和加工性能，有效地扩大无机粉体在塑料中的应用领域和添加量，具有显著的经济效益和社会效益。,新型粉体改性设备，采用提升机加料、出料、机体密封生产，活化机由改进的无重力混合机为活化中心，采用导热油对机体进行加热。该机为卧式机体，双轴多桨结构，机体底部呈形，顶部按需设置加料口和进料口，并设有添加剂加入口，粉体活

14、化后由底部出料。,当粉体达到改性温度时按配比加入改性剂，由安装在双轴上的工作桨片将粉体和改性剂抛洒到机内整个空间，在瞬间失重（无重力）的状态下广泛交错形成流动层，同时粉体也被桨片推动，沿径向轴向运动，从而形成全方位复合循环，这时粉体处于加热状态下与改性剂快速均匀接触而被活化，见下图。,无机粉体、助剂、树脂的相容性是影响塑料制品质量的重要因素。经过活化处理后的无机粉体表面均匀地包覆与树脂性能相近的亲油性助剂，在与树脂共混过程中，改善不同物料界面相容性，提高产品的性能。 活化效果试验可采用约60的水在透明杯中浸泡活化后的无机粉体，并轻轻均匀地搅拌，观察粉体是否呈絮棉状漂浮在水面，浸泡时间越长，水液

15、越清澈无浑浊沉淀物，证明表面活化处理效果越好。,活化包覆,活化率+牢固度=改性效果,界面相容与活化包覆有着非常密切的关联。界面相容就是无机粉体经过活化后，形成均匀地有机包覆层，能够在温度、压力等作用下与有机材料有很好的相容性。无机粉体表面改性的效果是决定界面相容的重要决定因素。从下图不同的水液中可以看出活化效果的差异性。,水分及易挥发物,塑料对水分及易挥发物的含量要求特别高。国家行业标准对水分及易挥发物的指标要求0.5%。而在实际生产应用中，水分及易挥发物在0.3%时，就会影响塑料加工和制品质量。,水分及易挥发物在塑料加工时会因在高温、摩擦等因素的影响下形成气体，影响不同材料的相容性，有时还会

16、造成干燥后的微细粉体的二次团聚。 水分及易挥发物在塑料加工时形成的气体，会在机械输送过程中往复运动。在冷却后，会对塑料制品产生鲨鱼皮细纹、气泡、不规则裂纹，影响产品的外观和物理性能。,无机粉体中的水分及易挥发物受矿产资源、自然环境、加工工艺及粒度、包装、运输及储存等多种因素影响。而含量数据的测定也会因不同条件和环境的制约，有一定的误差。,静电,片状结构的无机粉体，大直径比和超细粉体的大比表面积，在加工中极易摩擦产生静电，使细小颗粒凝聚结团，影响产品的分散效果。在薄膜、片材、管材中出现的白色小点，分布在制品中，影响产品的外观，对产品的物理性能和应用效果都会带来不利影响。,将小白点集中采集后用马弗

17、炉煅烧，观察留下的粉渣，可确定白点的主要成分。静电是产生凝聚，影响超微细粉体工业化应用的重要制约瓶颈。我们采取干燥处理后的静置存放静电消除工艺，技术简便可行，成本低廉。 粉体物料在110140 干燥处理3min5min后，将物料存放在干燥通风的地方，静置存放20h后再直接使用，能有效地消除静电，生产工艺简单方便。,无机粉体发展新趋势,4,党的十八届五中全会提出创新、协调、绿色、开放、共享五大发展理念，目前企业在经济运行压力加大的形势下，无机非金属矿物材料产业应加快转型升级、创新发展、绿色发展，提升产品品质，增加经济效益。 为此，提出几点个人看法，仅供参考。,（1）无机粉体生产应用无害化。无机粉

18、体大部分是不可再生的有限自然资源，在产业规划、矿山开采、生产加工、产品应用中应始终坚持恢复生态环境、节约能源资源、注重工作环境和产品的无毒、无味、无污染、环境可消纳、可循环再利用的方针，推广应用洞采、降噪、降耗、降粉尘和矿产分级利用等工艺技术，走出产业生态、绿色、节能、高效新的发展之路。,（2）无机粉体加工应用微细化。无机粉体的特殊性能随着粒度的超微细化而逐渐凸现，研究、开发、试验、应用微细粉体、纳米级材料，可赋予高分子材料的耐老化、阻燃、耐热、耐磨耗及光学、物理性能的凸现，给工业产品带来意外的功能效果和应用空间。,无机粉体的表面改性处理和微细粉体均匀分散尚是目前应用技术突破的瓶颈。,（3）无

19、机材料应用复合多元化。将一种或多种不同材料复合在一起，使各组分的性能相互取长补短，构成兼具多种性能的新材料，从而达到提高性能和多功能化的目的。这些材料“合金”在高科技工业中使用后，具有质量轻、强度高、性能优等特点，成为航空、航天、汽车、铁路、机械零部件、医用材料等方面的新型功能材料。,（4）无机粉体产品高性能化。发达国家将我国的无机材料进口再加工后返销到国内，价值提高数倍至数十倍，价格可达数万元，应引起行业的关注。 树立无机粉体不是廉价填充料，客观地评定无机粉体的价值和性能。应充分发挥无机材料的耐热、阻燃、屏蔽、导电、吸附、外观、手感、收缩率等方面的优势，研究在尖端高科技产品中的应用特性，拓展

20、无机材料在工业、民品、军工、航天、汽车、高铁等应用领域。,（5）无机粉体价值科学化。无机粉体是人类共同的不可再生资源，资源开采利用应有宏观、长久发展理念，政府有关部门和企业应理性看待量产与价值的关系，加快技术转型，提升产品质量，拓宽应用领域，以新的定位、新的视角，客观公正地对无机粉体的经济效益、社会效益和生态效益作出新的价值评判，促进社会经济长远、科学地发展。,（6）无机粉体产业延伸化。无机粉体资源丰富、品种繁多，应高度重视无机粉体的科学应用，努力拓展产品应用领域，扩大产业上游联姻、下游延伸，加强与塑料、橡胶、涂料、日化、电子电器等产业的融合联姻，其特性与优势与社会共享，为建设绿色、低碳、节能

21、环境友好型社会做出更大的贡献！,个人简历,现任中国塑料加工工业协会副会长，中国塑协改性塑料专委会常务副理事长，中国塑协工程塑料专委会副理事长。 地址：河北省平乡县政协 电话：13703198253 邮箱：,徐同考，教授级高工，1985年从事塑料填充改性专业至今，研制开发新产品20余项，获国家发明专利6项，发表技术论文60余篇，专著四部，科研成果26项，荣获国家、省、部级科技奖30余项，享受国务院政府特殊津贴专家，曾三次受到胡锦涛、江泽民、温家宝、李克强等党和国家领导人在人民大会堂和中南海的亲切接见。,【个人专著】,作 者：徐同考 出 版 社：中国轻工业出版社 在线咨询：,塑料填充改性实用技术

22、本书重点介绍了塑料改性方面的新技术、新工艺、新产品。并将作者研究的科研成果、工艺技术和塑料改性实用技术作了详细叙述。还在提高产品质量、改进生产工艺、节约能源、降低物耗、改善环境等方面做了重点解读，该书理论知识通俗易懂，生产技术先进实用，加工工艺科学新颖，是塑料填充改性方面较理想的工具书。,【最新出版】,作 者：徐同考 出 版 社：中国轻工业出版社 在线咨询：,塑料改性实用技术 本书是塑料填充改性实用技术的姐妹篇，重点介绍了塑料改性方面的新产品、新材料、新工艺、新技术。将作者研究的科研成果、工艺技术和塑料改性实用技术作了详细叙述。对云母、碳纤维、液晶聚合物和石头纸、聚乳酸等产品作了详细介绍，是塑料改性方面的综合工具书。,交流学习是进步的阶梯 科技创新是发展的动力祝大家身体健康！工作顺利！ 谢谢！,