1、矿物填料应用习题集1.填料又称填充料，是指用天然矿物或岩石经过粉磨、分级，提纯，或表面改性处理等工序加工而成，粒度325 目的微细粉体。添加到材料中(如塑料、橡胶、纸张、涂料等)作填充用的一类材料，对材料起降低成本、改善性能、改进工艺特性等作用。2.塑料的组成树脂、填料和助剂。3.填料的主要作用降低成本发展到通过填料，改善塑料制品的物理、力学性能，或赋予塑料制品全新的功能等。4.填料矿物主要有：重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石、高岭土、云母、硅灰石、石英、石墨、水镁石、重晶石) 等。5.橡胶工业用的主要填料陶土(高岭土 )、碳酸钙、白云石、硅灰石、滑石、叶腊石、重晶石、云母、石棉、长石等。6.矿物
2、填料在橡胶中的作用主要起增容增量作用，有时还兼有补强、隔离、脱模或者着色的作用。7.橡胶中使用填料的目的主要是为了降低橡胶制品的产生成本，改善橡胶制品的工艺性能，提高橡胶制品生产效率。8.纸的组成由纸浆、填料和添加剂。9.填料在纸中的作用填料分散于纤维之间，填充空隙，提高纸张的不透明度和亮度，改进纸面的平滑度、柔软性和可塑性，降低纸张的吸湿性和变形程度，加填后的纸张，吸墨性能较好，适印性较强。10.造纸常用的无机填料与颜料碳酸钙、高岭土、滑石、二氧化钛、二氧化硅、氢氧化铝、铝硅酸盐等。11.填料定义填料是一种相对惰性的固体材料，用于降低复合物的成本，改善复合物工艺性能，提高复合物的性质的物质。
3、12.填料具有的特征 1) 具有一定几何形状的固态粉末状物质，可以是无机物，也可以是有机物。2) 通常不与填充的基体树脂发生化学反应，属于相对惰性的物质。3) 在塑料、橡胶和涂料等聚合物中的填充质量分数一般不低于 5。4) 填料不同于塑料、橡胶和涂料等加工中常用的添加剂，也有别于其它液态助剂和增塑剂。 13.填料的主要作用：增量和降低制品成本，绝大多数无机或有机的填料的价格远低于合成树脂。填充改性技术，以及填充改性给塑料、橡胶和涂料等制品性能带来的变化，从降低成本发展到通过填料（功能性填料）改善制品某些物理、力学性能，或赋予制品全新的功能。14.用作填料的矿物种类有：石灰石、白云石、方解石、滑
4、石、石英、珍珠岩、硅灰石、硅藻土、高岭土、叶蜡石、石膏、膨润土、海泡石、石棉、长石、云母、绢英岩、闪凸棒石、重晶石、石墨、钾长石、霞石等。 15.填料的分类方法1）按几何形态分类：球形、立方体、块状或短柱状、片状、纤维状等。2）按化学组成分类：碳酸盐矿物、硅酸盐矿物、硫酸盐矿物、单质、氧化物和氢氧化物、有机物、工业废渣、晶须、纳米填料等。3）填料按作用功能分：非功能填料、功能填料。4）按应用领域分类：塑料填料、橡胶填料、造纸填料、涂料涂料、颜料涂料、油漆填料、食品和药品用填料、化妆品填料、搪瓷填料、纺织品填料、人造纤维填料、肥皂与洗涤剂填料、玻璃钢填料等。16.填料按作用功能分非功能填料、功能
5、填料。17.非功能填料起增量、降低成本、减小热膨胀系数、提高硬度等作用，对产品的机械强度有影响(又称增量性填料) ；18.功能填料具有提高制品的机械强度(抗撕裂、抗弯曲、抗冲击等)，改善工艺性能等性能(又称补强性填料) 。 17.颗粒是填料存在的形式。填料颗粒分为粒状、板片状和纤维状三类，分别以当量球径(与颗粒体积相等的球的直径)、径厚比和长径比表征。18.降低填料表面能的方法对填料进行表面改性处理，即用表面能较低的材料对填料表面进行包覆。19.碳酸钙填料在塑料中的作用：增量，降低成本；提高塑料制品耐热性，在聚丙烯中添加 40CaCO3，热变形温度可提高 20左右；改进塑料散光性，起遮光或消光
6、作用；改善塑料制品的电镀性能或印刷性能；减少塑料制品尺寸收缩率，提高尺寸稳定性。 20 滑石造纸填料的主要作用：提高纸张白度、光泽度、不透明度和平滑度；改善纸张的吸油墨性和印刷性能；减小造纸过程中对造纸机械的磨损。21.滑石作塑料填料的主要功能：片状结构，提高复合材料的机械性能；润滑性，提高制品润滑性和隔离性；提高硬度，改善尺寸稳定性，化学稳定性，耐热性和电绝缘性；与聚合物的相容性较好，在树脂中分散和流动性好，可改善加工工艺性能；可改善塑料的抗冲击强度、导热系数、电绝缘性能、抗拉强度、抗蠕变能力、表面光滑度等性能。可降低成本。 22.高岭土用作塑料填料高岭土作为塑料的填充剂，能使塑料制品表面平
7、滑、外表美观、尺寸稳定；绝缘性能和耐磨性能改善；耐化学腐蚀性提高等优点。高岭土常用作 PVC、PE 的增强剂，可提高制品的耐用性。煅烧高岭土作 PVC 电缆的填充剂，可以改善制品的电性能。 高岭土填充塑料，在不显著降低延伸率和冲击强度的情况下，对玻璃化温度较低的热塑性塑料的拉伸强度和模量有显著提高。高岭土经过低温煅烧(煅烧温度为 500 左右)，电性能最佳，绝缘效果最好，用作橡塑电缆的填料，可以提高制品的绝缘强度。高岭土对红外线具有较好的阻隔作用，在农用薄膜中得到应用，可以提高塑料大棚的保温作用。在聚丙烯中，高岭土具有成核剂的作用，即聚丙烯从高温状态冷却时，高岭土可促使聚丙烯围绕高岭土颗粒结晶
8、，其晶粒微细，数量增多，有利于提高聚丙烯的刚性和强度。 23.高岭土用作造纸填料和涂布颜料可提高纸张光泽度、充填纸张纤维之间的空隙、提高不透明度、增加平滑度、光洁度及纸张密度，改善对油墨的吸收性和印刷适性等目的，降低造纸费用。高岭土剥片后，具良好的片状、鳞片状形态，径厚比大，作纸张涂层，填补和涂复原纸中的不均匀表面，改善纸张的外观，加工出一种不透明、平滑、上光、白亮的高级纸。 24.造纸填料对高岭土的要求：细度 325 目即可，颗粒细，留着率大；高岭土中长石、石英和带色杂质越少，能够赋予纸张表面较高的光洁度；白度高，可赋予纸张较高的白度；赋予纸张较高的不透明度；片状颗粒，赋予纸张柔软性，减少设
9、备的磨损；化学性质稳定，不溶解于水。 25.造纸涂料对高岭土的要求：白度80% ；片状晶形，晶形结构呈近似六角形；80以上的粒度2m，无10 的颗粒，颗粒级配适当；易分散于，粘度低，流动性好，固含量为 70%时的粘度为 500cp； 化学性质稳定；与涂料中的其他组分相容性好；胶粘剂耗量少；磨损指数小，刮刀磨损小。27.橡胶填料的技术要求：一般要求水分含量1.5%，水分在橡胶硫化时产生气泡；Mn 含量要求0.0045-0.007% ；二苯胍吸着率和 pH 值是影响橡胶硫化速度的指标，要求二苯胍 (DPG)吸着率在 4-10%之间；pH 值在 5-8 之间；沉降体积不小于 3-4ml/g28 硅灰
10、石作塑料橡胶填料的作用作热塑性塑料的填料：在电学、力学、热学等方面优于石棉和滑石。 作热固性塑料的填料：是环氧树脂密封胶的最佳填充剂，可以减小收缩，改善热冲击强度、粘度、热稳定性能，提高耐热性。作橡胶的填料：一般硅灰石粉仅作橡胶填料；针状硅灰石粉和改性硅灰石粉可作橡胶增强剂；硅灰石具有较高的白度和亮度，可作橡胶增白剂，代替部分钛白粉和立德粉。29.氢氧化铝阻燃机理：氢氧化铝填充的塑料制品，燃烧时氢氧化铝吸收一部分燃烧热，延缓或阻止高聚物进一步热分解；同时释放出水蒸气，稀释可燃性物质；难燃的氧化铝沉积在聚合物表面，起到隔绝空气的作用，从而达到阻燃的目的。30.化学改性指在高分子化合物主链上发生化
11、学反应，使高分子化合物具有更好的性能或全新的功能。31.化学改性的形式：有的是在高分子化合物形成时进行改性；有的是在已形成的高分子化合物主链上进行改性。32.化学改性方法：化学改性方法有接枝共聚、嵌段共聚等，这些方法一般在石油化工企业内进行，适用于大批量、通用型塑料的工业化生产。33.物理改性指在整个改性过程中，不发生化学反应，仅仅依靠各组分本身的物理特性、力-形变特性、形态变化等，实现其性能的改善或获得新的功能。34.物理改性方法：物理改性的方法有填充改性、共混改性两大类。通常又把具有增强效果的填充改性单独列出，称为增强改性。填充改性、共混改性方法均可通过混合与混炼造粒设备来实现。35.物理
12、改性特点：适用面广、花样繁多、过程相对简单等，在一般塑料加工企业中使用简单的工艺和设备就可进行。 36.填充改性：指在塑料成型加工过程中，加入无机填料或有机填料，使塑料制品的原料成本降低，达到增量目的；或使塑料制品的性能有明显改变；或在牺牲某些方面性能的同时，使人们所希望的另一些方面的性能得到明显的提高。 37.增强改性：增强改性是在塑料中使用超微细、高长径比或径厚比的填料(如玻璃纤维、碳纤维、金属纤维以及云母、硅灰石等)，使材料的力学性能和耐热性能得到显著提高。38.共混改性：将性质不同的两种或两种以上的聚合物，按适当比例，在一定温度和剪切应力作用下进行掺混，形成具有新性能的材料。39.塑料
13、填充改性通过物理和机械的方法，在高分子聚合物中加入无机物质(填料)，以达到降低材料的成本；改善成型加工性能或最终使用性能；赋予制品电、磁、光、热、声、燃烧等独特功能，统称之为塑料填充改性。40.塑料改性的重要意义它是获得具有独特功能新型高分子化合物最便宜的途径。它是在保证使用性能要求的前提下降低塑料制品成本最有效的途径。它是提高产品技术含量，增加其附加值的最适宜的途径。41.填充改性技术的发展矿物填料的细化和微细化界面工程和填料表面处理混合与混炼设备及工艺填充改性塑料制品的开发42.填充塑料的构成。填充塑料主要由树脂、填料、偶联剂或其它表面处理剂构成。根据需要，有时还需加入一定量的增塑剂、增韧
14、剂、稳定剂、润滑剂、分散剂、改性剂、着色剂等。43.填充塑料的结构形态包括宏观结构形态、填料流动取向、微观结构形态等。44.宏观结构形态网状结构、层状结构、纤维状结构及筒状结构、分散结构、镶嵌结构等。45.填料流动取向含有短纤维状、针状、薄片状填料的填充塑料，在成型过程中，或多或少会发生填料流动取向，导致填充塑料形成特殊的填料取向结构形态，使制品的成型收缩率或力学强度等具有各向异性，尤其是注塑成型制品，取向效应更显著。46.微观结构形从微观尺度考察，共混聚合物基体的微观结构形态很复杂，可能呈现许多的状态，有不规则形状，规则球粒状以及胞状(香肠状)等。机械共混法制造共混基体，受强剪切力破碎作用，
15、分散相多呈不规则状；共聚-共混法制造共混基体，分散相为规则球粒或胞状。 47.填料取向类型及产生的原因第一种情况：在加压下，填充塑料不产生大流动，填料按受压的直角方向取向，例如将填充塑料在明模内的压塑成型，填料取向属于此类。第二种情况：在加压下，填充塑料产生大流动，填料按流动方向取向，例如注塑成型、传递模塑成型，填料取向属于此类。48.产生取向的原因第一种情况，在加压下，填料把在各个部位所受的压力，尽可能均衡化，使其在整个面积上接受压力，并朝与压力成直角的方向取向。第二种情况，在加压下，物料在各部位的流动速度不同，流速慢的部分受流速快的剪切应力作用，使填料按流动方向取向。剪切速率越大，取向效应
16、越显著。49.填料与树脂界面的形成第一阶段，填料与树脂的接触及浸润。填料为高能表面，树脂为低能表面。要使填料被树脂浸润，先要对填料表面进行改性，降低表面能，才能被树脂良好地浸润。第二阶段，树脂的固化。热塑性树脂，固化过程为物理变化，即树脂由熔融态冷却而凝固；热固性树脂，固化过程除物理变化外，还依靠本身官能团之间或借助固化剂，进行交联反应。 50.界面的结构填料与树脂界面既不是简单结合的二维边界，也不是单分子层，而是包含着两相表面之间过渡区而形成的三维界面相。在界面相区域里，化学组份、分子排列、热性能、力学性能等，是渐变的，也可以是突变的(较少)。51.界面区树脂的密度填料表面吸附作用，使界面区
17、的树脂密度与树脂本体有所差异。通常在填料表面排列的聚合物分子比本体更紧密，形成所谓“拘束层” ，分子排列紧密程度随远离填料表面而逐渐下降，直至与树脂本体密度一致。 52.界面区树脂的交联度热固性树脂固化过程中，填料表面的官能团种类和酸碱性都会对固化产生影响。填料表面官能团在树脂与固化剂之间存在竞争反应，导致界面区的交联密度与树脂基体不同，形成不均匀的交联结构，即形成填料-交联致密层-交联松散层-树脂基体界面区特征。53.界面区树脂的结晶微细填料颗粒可成为晶核，促进树脂结晶。靠近填料表面一侧产生的结晶度更高。54.界面区化学组成填充塑料界面区化学组成是不均匀的。树脂中不含助剂时，填料表面对树脂中
18、某些官能团的选择性吸附，使界面区各部位化学组成存在差异。树脂中含有助剂时，助剂与树脂对填料的相容性是不相同的，故在界面区的分布也存在差异。 55.界面的作用机理1)通过界面区，使填料与基体树脂结合成一个整体，并通过界面区来传递应力。所以，只有完整的粘接面，才能均匀地传递应力。2)界面的存在，有阻止裂纹扩展和减缓应力集中的作用，即起到应力松弛的作用。56.化学键理论化学键理论认为，界面粘接是通过化学键来实现的。填料与树脂之间存在可反应的官能团时，在偶联剂的存在下，偶联剂在填料与树脂之间起到“化学桥梁” 的作用。57.表面浸润理论表面浸润理论(或称物理吸附理论)认为，所有树脂必须能够浸润填料，若完
19、全浸润，由物理吸附所提供的粘结强度能超过树脂的内聚能。58.变形层理论认为，填料经表面处理后，在界面上形成了一层塑性层，它能松弛和减少界面应力。59.拘束层理论认为，处理剂的模量介于填料和树脂基体之间，故能起到均匀传递应力、减弱界面应力的作用。60.引起填充塑料界面破坏的原因有：宏观脱粘现象，即界面脱粘。微观非界面脱粘出发，对纤维填充塑料提出纤维表面剥离概念和界面层树脂破坏概念。61.内聚破坏(基体树脂破坏)填充塑料界面粘结牢固，填料强度高，基体强度相对较低时，易发生基体树脂破坏。采用强度和延伸率高的树脂基体，可提高填充塑料的剪切强度。 62.界面破坏(脱粘破坏)填充塑料界面粘结强度低于基体树
20、脂的内聚强度和纤维的强度，填充塑料受到剪切或拉伸应力时，常出现脱粘破坏。 63.填料表层剥离或轴向劈裂的破坏填充塑料界面粘结强，基体树脂强度高，纤维具有表芯结构或结晶层滑动结构，易出现表层剥离破坏。64 塑料填充改性要从实际使用目的和要求出发，设计合理的原辅材料配方，选择适宜的加工路线，确定最佳工艺条件，最终达到顶期的效果。 65.聚合物的流变行为在常温下，聚合物为玻璃态或结晶态；成型过程中，在力和热的作用下，聚合物处于粘流态，可以流动，称聚合物的流变行为。66.导致聚合物发生流变行为的应力有：剪切、拉伸和压缩三种应力，其中剪切应力对聚合物的流变行为最为重要。 67.影响填充塑料体系粘度的因素
21、填料浓度对填充体系粘度的影响填料形状对填充体系粘度的影响填料分散性对填充体系粘度的影响68.填充塑料的力学性能包括：弹性模量；拉伸强度；伸长率；冲击强度；弯曲强度等。 69.填充塑料的物理性能包括：硬度、摩擦系数、比热容和导热系数、热变形温度、热膨胀系数、色泽、光泽、填料的折射率、导电性、磁性等。70. 填充塑料的化学性能包括：耐化学腐蚀性、填料对聚合物降解、填充塑料的燃烧与阻燃等。71.刚性填料增韧基本条件及增韧机理填料颗粒的粒径要小，粒径小，表面缺陷少，非配对原子多，容易与聚合物发生物理或化学结合。填料粒子与基体粘合好，在应力作用下，能吸收形变能，促进基体的脆-韧转变。72.刚性粒子的增韧机理：在基体断裂过程中，刚性粒子发生剪切屈服，可促进基体脆-韧转变。在填充体系中，填料与基体界面的应力应变诱导致结晶作用，在基体中形成伸展链晶体网络结构，使填充体系由脆转韧。73.聚烯烃填充母料发展的三个阶段第一代的 APP 填充母料。第二代的 PEP 填充母料。第三代的 PPM 填充母料。 74.聚烯烃填充母料组成：由填料、载体树脂和助剂三部分组成。75.橡胶的加工过程一般橡胶，不论生产什么制品，均须经过炼胶、硫化两个加工过程；大部分制品，如轮胎、管、带等，还须经过压延、压出这两个加工过程。所以塑炼、混炼、压延、压出、
