近年随着市场及技术应用的需要，越来越多的无机矿物被添加到高分子聚合物中。如，将针状硅灰石加入到PA、PP、PE、PVC、ABS、PS、PC等树脂中，添加不同比例后，可明显提高塑料制品的拉伸强度、弯曲强度和热变形温度，降低模塑收缩率和塑料制品翘曲变形，降低生产成本等。目前，越来越得到业内的认可。
一、什么是硅灰石？
也许，很多人都不了解什么是硅灰石。硅灰石是天然的硅酸钙（CaSiO3），主要成分为SiO2(50.9%)、CaO（46.9%）、FeO(0.55%)、Al2O3(0.25%)等，呈浅白色针状结构，是一种无毒、无味、耐高温、热膨胀系数小的惰性纤维状矿物材料，可用于塑料的增强改性。
表1硅灰石的物理性能
|
化学式 |
CaSiO3 |
熔点℃ |
1540 |
|
分子量 |
116 |
莫氏硬度 |
4.5 |
|
密度g/cm3 |
2.9 |
颜色 |
浅白色 |
|
热膨胀系数℃ |
6.5×10－6 |
水分含量% |
0.5 |
|
折光指数% |
1.63 |
在水溶解度g/100mg |
0.0095 |
二、硅灰石在塑料制品中九大应用特点
以硅灰石在PA6和PP改性为例来为大家讲解硅灰石的应用特点。
表2硅灰石在改性PA6中的应用特性
|
检测项目 |
硅灰石含量 |
树脂 PA6 |
||
|
10% |
20% |
30% |
||
|
拉伸强度 Mpa |
69.8 |
73.2 |
80.0 |
65.4 |
|
断裂伸长率 % |
14.2 |
9.61 |
5.62 |
64.5 |
|
弯曲强度 Mpa |
108 |
113 |
127 |
90.2 |
|
弯曲模量 Mpa |
2769 |
3422 |
4352 |
2577 |
|
悬缺冲击强度 kJ/m2 |
6.2 |
6.1 |
6.9 |
7.5 |
|
密度g/cm3 |
1.2 |
1.26 |
1.34 |
1.14 |
|
模塑收缩率（纵）% |
1.18 |
1.10 |
1.01 |
1.33 |
|
模塑收缩率（横）% |
0.89 |
0.65 |
0.62 |
1.16 |
|
热变形温度 ℃ |
132 |
138 |
177 |
105 |
表3 硅灰石在PP中应用的检测指标
1.明显提高弯曲强度及弯曲模量
在PA中加入30%硅灰石，弯曲强度及弯曲模量明显提高。这主要是由于硅灰石的针状结构和刚性的特点，使其在片材、板材、薄膜、塑料制品等会有明显的技术优势。
2. 提高拉伸强度
随着硅灰石含量的增加，拉伸强度在增加，据实验数据显示，硅灰石的目数越细，拉伸强度越好。
3. 提高热变形温度
加入30%硅灰石，热变形温度从105℃提高到177℃，增幅高达70℃。对于注塑制品，如各类灯具、耐热零部件、电线电缆、薄膜、管材等，加入硅灰石，可大大提高耐热性。
4. 改善刮擦性和耐摩擦性
硅灰石具有一种特殊的针状结构，物理机械性能独特，可大大增强了成品的耐摩擦性、耐热性。
图1 左为硅灰石矿石图；右为显微镜下观察到的硅灰石结构
5.提高尺寸稳定性，降低收缩率及翘曲变形
PA、PP的收缩率在1～2%左右，而加入矿纤后，可明显降低收缩率，在精密注塑零部件和大型塑料制品制造加工过程中加入适量的矿纤，可有效地保持塑料制品的尺寸稳定性，还可缩短加工冷却周期。
6.优异的加工稳定性和生产成型性能
无机材料粘度低，加工稳定性好，在树脂中加入一定量的无机材料，可有效降低加工粘度，改善生产工艺的稳定性，并有益制品的成型。
7.改善塑料制品的外观
加入硅灰石，制品表面富于自然光泽，没有玻纤外露情况，还可解决材料收缩缺陷、翘曲、弯曲等问题。
图2 硅灰石广泛应用于PA、PP等塑料改性
8.改善吸水性能
硅灰石的性能稳定，吸水率低，对于类似尼龙的树脂，加入一定量的硅灰石，可有效降低塑料因吸水过高而导致产品物性下降，表面粗糙等现象。如图所示：加入硅灰石后，PA吸水率降低，力学性能变化减缓。
图3 用硅灰石填充的PA6在水中浸渍后性能的比较
9. 降低塑料的生产成本
矿物纤维（硅灰石）来源丰富，价格优势明显，硅灰石在改善塑料制品性能的同时，可有效地降低生产成本。
三、硅灰石的六大应用注意事项
1.喂料
尽量使用侧喂料器，原因是硅灰石为针状结构，尽量不要破坏它的结构特征。在比例高于30%时，可采用分步喂料，部分在主喂料器添加，部分在侧喂料器添加。
2.硅灰石表面活化
经过表面处理的硅灰石，可改善它与其他物料界面相容性，从而使之结合更牢固，进而提高产品的性能。一般根据具体的需求，可选择硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂等对硅灰石进行表面处理。
表4 硅烷处理填料和填料用量对PA66复合材料物理性能的影响
|
性能 |
50%硅灰石 |
70%硅灰石 |
纯树脂 |
||
|
未处理 |
硅烷处理后 |
未处理 |
硅烷处理后 |
||
|
弯曲强度 MPa |
93.1 |
117.9 |
100.0 |
122.0 |
98.6 |
|
弯曲模量 MPa |
7446.6 |
7377.6 |
14272.6 |
15582.7 |
2206.4 |
|
拉伸强度 MPa |
54.5 |
55.2 |
52.4 |
66.2 |
64.8 |
|
拉伸模量 MPa |
9515 |
9170 |
19306 |
24063 |
2551 |
|
热变形温度℃ |
202 |
215 |
195 |
235 |
75 |
3.造粒工艺（温度、扭矩、电流、剪切）
造粒时机头温度不宜过高，主机电流及螺杆扭矩不能过大，高温高压高剪切等因素，会使硅灰石白度下降（90-92），使颜色微变，此时可适当调整温度、减少剪切，尽量维持产品所需的外观要求。
4.网带风冷传送切粒工艺
当矿物纤维的添加比例较高时，网带风冷传送切粒工艺也是提高产量，改善劳动强度的新技术
5. 母粒水分含量
严格控制水分≤0.5，实际生产可能会≤0.3，避免影响塑料加工和制品质量，如出现气泡、不规则裂纹等现象。
6. 硅灰石适用概况
从不同产品、不同粒径的应用经验证明，800目~1500目可适应大部分产品，且性价比较高。
硅灰石可明显改善高分子聚合物的物理性能，扩大塑料制品的应用领域，矿物纤维与高分子聚合物的共混应用是跨学科跨行业的新兴技术和材料的“联姻”，矿物纤维的独特的结构与性能赋与了高分子聚合物更优良的性能。并且价格远远低于高分子聚合物的价格，而且可以高比例添加到高分子聚合物中，从而大幅降低生产成本，给企业带来可观的经济效益。
文章来源于大连环球矿产股份有限公司，艾邦高分子整理编辑，如果您想进一步了解硅灰石的技术问题，可以联系大连环球矿产股份公司张经理 0411-87614311 ；丁部长 13940860102 （橡塑）；李经理 13387876701 （陶瓷、冶金）；姜部长 13604280708 （陶瓷、冶金）。也可以长按二维码，查询更多相关硅灰石信息
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