1、幾何特征(zheng)

通常粉體(ti)(ti)材料(liao)(liao)以(yi)顆粒(li)形(xing)式作為(wei)填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)使用(yong)。顆粒(li)的形(xing)狀(zhuang)并不十分規則(ze)，但對塑料(liao)(liao)的性能(neng)(neng)來說(shuo)，填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)顆粒(li)的幾何(he)形(xing)狀(zhuang)對填(tian)(tian)(tian)充體(ti)(ti)系的物理(li)力學(xue)性能(neng)(neng)有著(zhu)重(zhong)要(yao)的影響，因(yin)此(ci)粉體(ti)(ti)材料(liao)(liao)的顆粒(li)形(xing)狀(zhuang)是使用(yong)時(shi)首先需(xu)要(yao)予以(yi)關注(zhu)的。

對于片狀顆粒，往往采用徑厚比的概念，即片狀顆粒的平面尺寸 (縱向或橫向) 與厚度之比; 對于纖維狀(zhuang)顆粒(li)，往(wang)往(wang)采用長(chang)徑比(bi)的概(gai)念，即纖維狀(zhuang)顆粒(li)的長(chang)度與直徑 之(zhi)比(bi)。

碳(tan)酸鈣的(de)顆粒形(xing)狀大都呈四方(fang)體、六方(fang)體、多方(fang)體及不規(gui)則方(fang)形(xing)顆粒狀，它的(de)形(xing)狀在塑(su)料加工(gong)中對流動性及制品的(de)物理性能影響非常(chang)重要。

2、粒徑

填充改性技術重要的一點是，將粉體顆粒均勻地、盡可能一個一個地分散到塑料基 體中，如同大海中的小小的島嶼，稱之為海島結構。一般說來，填料顆粒的粒徑越小，假如能夠分散均勻，則填充體系的力學性能越好; 但粒徑越小(xiao)，加工成本越高，實 現(xian)其均勻分散越困難。因此(ci)，了(le)解粉體顆粒的粒徑大(da)小(xiao)及其分布(bu)情(qing)況并根據實際需要加以選擇是(shi)非常重要的。

目(mu)前對粉體顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)粒(li)(li)(li)(li)(li)徑大小及(ji)其分布的(de)(de)(de)表述有很(hen)多種，在沒有統一(yi)的(de)(de)(de)命名方法和(he)規(gui)定之前，塑料行業也經常使(shi)用的(de)(de)(de)是(shi)目(mu)數(shu)的(de)(de)(de)方式，即用粉體材(cai)料的(de)(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)能夠通(tong)過多少目(mu)的(de)(de)(de)篩子的(de)(de)(de)目(mu)數(shu)來表示其粒(li)(li)(li)(li)(li)徑大小。實際上(shang)這(zhe)種方法測到的(de)(de)(de)目(mu)數(shu)是(shi)指這(zhe)種規(gui)格的(de)(de)(de)粉體顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)中尺(chi)寸的(de)(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)在三維方向上(shang)的(de)(de)(de)尺(chi)寸。

在塑料制品(pin)中要(yao)求(qiu)(qiu)鈣粉的(de)粒(li)(li)徑分布越(yue)窄越(yue)好，即(ji)分級出(chu)小粒(li)(li)徑和粒(li)(li)徑，按照使用要(yao)求(qiu)(qiu)，采集(ji)粒(li)(li)徑在一(yi)定范圍內的(de)產品(pin)，保證(zheng)產品(pin)的(de)分散性(xing)、透(tou)明性(xing)、力學(xue)性(xing)能及吸油率。

3、比表面積

填料顆粒表面粗糙程度不同。即同樣體積的顆粒，其表面積不僅與顆粒的幾何形狀有關(球形表面積小)，也與其表面的(de)粗糙(cao)程度(du)有關。比表面積即單位質量填(tian)料(liao)的(de)表面積，它的(de)大小(xiao)對填(tian)料(liao)與樹(shu)脂之間的(de)親和(he)性、填(tian)料(liao)表面活(huo)化(hua)處(chu)理的(de)難易與成本都有直接關系。

4、表面自由(you)能

填料(liao)(liao)顆(ke)粒表(biao)面(mian)自由(you)能大小關系到填料(liao)(liao)在基體(ti)樹脂中分散的(de)難易(yi)。當比(bi)表(biao)面(mian)積一定時，表(biao)面(mian)自由(you)能大，顆(ke)粒相互之(zhi)間(jian)越容易(yi)凝聚，越不易(yi)分散。在填料(liao)(liao)表(biao)面(mian)處理時，降低其表(biao)面(mian)自由(you)能是主要(yao)目標之(zhi)一。

5、密度(du)

填料的密度與填料顆粒堆砌狀態有關。由于輕質碳酸鈣的顆粒呈現紡錘形，而重質碳酸鈣的顆粒呈破碎的石塊形，在堆砌時，顆粒之間存在空隙，而前者的體積明顯大于后者，因而輕質碳酸鈣的表觀密度小于重質碳酸鈣，但這并不意味輕鈣 ‘輕’，重鈣(gai) ‘重’，因為就其單個顆粒來(lai)說它們(men)之(zhi)間的差別非常小，前者2.4～2.7g/cm3，后者為 2.7～2.9g/cm3。在(zai)(zai)塑料填(tian)充改(gai)性領域(yu)，真正(zheng)影響(xiang)填(tian)充體系整體密度的是填(tian)料單個顆粒的密度以及它(ta)們在(zai)(zai)塑料基體中的存在(zai)(zai)形式——是否凝(ning)聚(ju)在一(yi)起(qi)，以及和基體塑料分子之 間有無(wu)空隙(xi)等。

6、吸油值

單位質量的填料能夠吸收增塑劑二辛酯 (DOP) 的(de)(de)量稱(cheng)之(zhi)為吸(xi)油值(zhi)。在使(shi)用增塑劑的(de)(de)塑料制(zhi)品中，如果填(tian)料的(de)(de)吸(xi)油值(zhi)高(gao)，就會增大增塑劑的(de)(de)消耗。填(tian)料吸(xi)油值(zhi)的(de)(de)大小與填(tian)料粒(li)徑(jing)大小、分布以及顆粒(li)表面的(de)(de)構(gou)造有關。輕質碳酸(suan)鈣(gai)的(de)(de)吸(xi)油值(zhi)往往是重質碳酸(suan)鈣(gai)的(de)(de)幾倍，因此，在達到對(dui)樹脂增塑同樣效(xiao)果的(de)(de)情況下，使(shi)用重鈣(gai)可以減少(shao)增塑劑的(de)(de)用量。一般重鈣(gai)要求吸(xi)油值(zhi)小于35mL/100g。

7、硬度

填(tian)料(liao)(liao)顆(ke)粒本身的(de)(de)(de)硬(ying)度(du)具有(you)雙(shuang)重(zhong)性，一方(fang)(fang)面硬(ying)度(du)高的(de)(de)(de)填(tian)料(liao)(liao)可以(yi)使填(tian)充塑料(liao)(liao)材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)耐磨(mo)性提高，另一方(fang)(fang)面由于加(jia)(jia)入(ru)了填(tian)料(liao)(liao)，尤其(qi)是硬(ying)度(du)高的(de)(de)(de)填(tian)料(liao)(liao)，填(tian)充體系在(zai)加(jia)(jia)工(gong)過程中(zhong)容易(yi) 對物料(liao)(liao)所(suo)接觸的(de)(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)設備與(yu)模具的(de)(de)(de)表面造成嚴重(zhong)磨(mo)損(sun)，而(er)這(zhe)種磨(mo)損(sun)嚴重(zhong)時，帶來(lai)的(de)(de)(de)經濟損(sun)失遠遠超過使用(yong)填(tian)料(liao)(liao)帶來(lai)的(de)(de)(de)利益，就會影響(xiang)這(zhe)種粉體材料(liao)(liao)在(zai)塑料(liao)(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)。

莫氏硬度是材料之間刻痕能力的相對比較。人的手指甲莫氏硬度為2，可以(yi)在滑石 上劃出刻(ke)痕，但在方解石上就無(wu)能為力了。

當然，硬度大小不同的填料對加工設備的磨損是不同的，另一方面對于某種硬度的填料，加工設備的金屬表面的磨損強度隨填料粒徑的增加而上升，到一定粒徑后其磨損 強度趨于穩定。此外，相對研磨的兩種材料的硬度之差也與磨損強度大小有關。一般認為，金屬強度高于1.25倍的磨(mo)料(liao)硬度時，屬于(yu)低(di)磨(mo)損情況; 金屬強度為(wei)0.8～1.25倍 的(de)磨料硬度時(shi)，屬于中磨損情況; 金屬強度低于0.8倍的(de)磨(mo)料硬度時，屬于(yu)高磨(mo)損情(qing)況。

例如，通常用于塑料擠出機的螺筒和螺桿的金屬材料為38CrMoAl合金鋼，經氮化處(chu)理(li)，其維氏硬度為800～900，而重鈣的維氏硬(ying)度為(wei)140左(zuo)右(you)。故填充碳酸鈣的(de)塑料用擠(ji)出機加工，盡管有磨損，但不特別，起碼可(ke)以令人忍受；而(er)粉煤灰(hui)玻璃微(wei)珠或 、石英砂，其(qi)維氏硬度在1000以上，這些材料(liao)(liao)填充(chong)塑料(liao)(liao)對氮化鋼的(de)磨損極為嚴(yan)重，加工 幾十噸物(wu)料(liao)(liao)以后(hou)，其(qi)螺桿的(de)氮化層就不存在了(le) (氮(dan)化層約(yue)0.4mm厚)。將(jiang)普(pu)通45號鋼 做(zuo)滲硼處理，其維(wei)氏硬(ying)度(du)可達(da)2000左(zuo)右，這(zhe)時，同樣的玻璃微珠或石英砂(sha)填充(chong)的物(wu)料 對螺桿的磨(mo)損就十分(fen)輕微了，只(zhi)相當(dang)于重鈣對氮化(hua)鋼的磨(mo)損。

8、白度

填料(liao)(liao)的(de)白(bai)度(du)高(gao)(gao)低對填充(chong)塑(su)(su)(su)料(liao)(liao)材料(liao)(liao)及制品的(de)色澤(ze)乃至外觀有著至關重要的(de)影(ying)響。通常白(bai)度(du)越(yue)高(gao)(gao)，對填充(chong)塑(su)(su)(su)料(liao)(liao)著色的(de)影(ying)響越(yue)小(xiao)，僅僅影(ying)響色彩的(de)鮮艷程度(du)。由于目前(qian)還沒有完全(quan)透明(ming)的(de)填料(liao)(liao)，因此填充(chong)塑(su)(su)(su)料(liao)(liao)往往是(shi)不透明(ming)的(de)，如果填料(liao)(liao)的(de)顏色白(bai)度(du)不高(gao)(gao)或呈其他色 澤(ze)，則只(zhi)能做黑色或深色的(de)塑(su)(su)(su)料(liao)(liao)制品。

9、折(zhe)射率

塑料材料本身對光的折射率有很大差別，多數通用塑料的折射率在1.50～1.60。當粉(fen)體(ti)填料的(de)(de)折射率與塑(su)料基體(ti)的(de)(de)折射率相(xiang)同(tong)或(huo)相(xiang)近時，它(ta)們(men)加入到基體(ti)塑(su)料中后對光的(de)(de)遮蓋性影響較小，反之填充塑(su)料對光的(de)(de)遮蓋作用就(jiu)強。

對多數礦物來說其折射率還不止一個。具有立方點陣結構的晶體和各向同性的無定形物質才具有的折射率，如食鹽是典型的等軸 (立方(fang)) 晶(jing)體，而玻璃是(shi)典(dian)型的各 向同性無定形非結晶(jing)物質。方(fang)解石和石英等晶(jing)體有兩(liang)個(ge)相(xiang)等的短(duan)軸并垂直于第三軸 (長軸)。光(guang)線沿長軸傳(chuan)播(bo)時，其傳(chuan)播(bo)速(su)度是不變化的，而當光(guang)線沿其他(ta)方(fang)向傳(chuan)播(bo)時， 被分解為兩(liang)種不同速(su)度的光(guang)線，產(chan)生兩(liang)個(ge)折(zhe)射率。方(fang)解石(shi)的兩(liang)個(ge)折(zhe)射率分別為1.658和 1.486，石(shi)英的兩個折(zhe)射率分別(bie)為(wei)1.553和1.554。

10、光線的吸收(shou)和反射

紫外線可使聚合物的大分子發生降解。紫外線的波長范圍為0.01～0.4μm，炭黑和(he)石墨(mo)作為填料使用，由于它們可(ke)(ke)(ke)(ke)吸收(shou)這個波(bo)長(chang)范圍的(de)光波(bo)，故可(ke)(ke)(ke)(ke)以保護所填充的(de)聚合物(wu)(wu)避免發生(sheng)紫(zi)外線照射(she)引發的(de)降解。有(you)的(de)物(wu)(wu)質(zhi)不(bu)僅可(ke)(ke)(ke)(ke)以吸收(shou)紫(zi)外線，還可(ke)(ke)(ke)(ke)通過重新發光 把波(bo)長(chang)較短的(de)紫(zi)外光轉化為波(bo)長(chang)較長(chang)的(de)可(ke)(ke)(ke)(ke)見(jian)光，如果(guo)將其作為填料使用，不(bu)僅可(ke)(ke)(ke)(ke)避免紫(zi)外線的(de)破壞作用，還可(ke)(ke)(ke)(ke)增加可(ke)(ke)(ke)(ke)見(jian)光輻射(she)的(de)能量。

紅外線是0.7μm以上波長范圍的光(guang)波。有的填料可以吸收(shou)或(huo)反射(she)這個波長范圍的光(guang)波。在農用大(da)棚膜中使用云(yun)母、高嶺(ling)土、滑(hua)石(shi)粉等填料，可以有效(xiao)降低紅(hong)外線的透過率，從而提高農用大(da)棚膜的保溫效(xiao)果。

11、電性能

金屬(shu)是電(dian)(dian)的(de)(de)(de)優良導體(ti)，因(yin)此金屬(shu)粉(fen)末作為(wei)填(tian)料(liao)使(shi)用可影響(xiang)填(tian)充塑料(liao)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)性(xing)能(neng)。但(dan)只要填(tian)充量不大，樹脂基體(ti)包裹每一個金屬(shu)填(tian)料(liao)的(de)(de)(de)顆粒，其電(dian)(dian)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)變(bian)化就不會發生(sheng)突變(bian)。只有當填(tian)料(liao)用量增加致使(shi)金屬(shu)填(tian)料(liao)的(de)(de)(de)顆粒達到互相接觸的(de)(de)(de)程度時，填(tian)充塑料(liao)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)性(xing) 能(neng)將會發生(sheng)突變(bian)，體(ti)積電(dian)(dian)阻率下降。

礦物制成的(de)(de)填(tian)(tian)(tian)料(liao)都(dou)是電(dian)(dian)的(de)(de)絕緣體(ti)，從(cong)理論(lun)上說，它們不會對塑料(liao)基(ji)體(ti)的(de)(de)電(dian)(dian)性(xing)能帶來影響。需要注意的(de)(de)是由于周圍(wei)環境(jing)的(de)(de)影響，填(tian)(tian)(tian)料(liao)的(de)(de)顆粒表面上會凝聚一層水(shui)分子，依(yi)填(tian)(tian)(tian)料(liao)表面性(xing)質不同，這(zhe)層水(shui)分子與(yu)填(tian)(tian)(tian)料(liao)表面結合(he)的(de)(de)形(xing)式(shi)和強(qiang)度(du)都(dou)有(you)(you)所不同，因(yin)此(ci)，填(tian)(tian)(tian)料(liao)在(zai)(zai)分散到樹脂(zhi)基(ji)體(ti)中(zhong)以后，所表現出(chu)的(de)(de)電(dian)(dian)性(xing)能有(you)(you)可能與(yu)單獨存在(zai)(zai)時所反映出(chu)來的(de)(de)電(dian)(dian)性(xing)能不相同。此(ci)外，填(tian)(tian)(tian)料(liao)在(zai)(zai)粉碎(sui)和研磨過程中(zhong)，由于價鍵的(de)(de)斷(duan)裂，很有(you)(you)可能帶上靜電(dian)(dian)，形(xing)成吸附的(de)(de)聚集體(ti)，這(zhe)在(zai)(zai)制作細(xi)度(du)極高的(de)(de)微細(xi)填(tian)(tian)(tian)料(liao)時更容(rong)易(yi)發生。

12、水分

碳酸鈣自身不易吸水，不含結構水和結晶水，但在通常礦石采集、儲存、加工及倉儲過程中，因粉體顆粒極小，易吸收水分。塑料在使用中對水分含量的要求極高，粉體 標準要求≤0.5%，實(shi)際應用(yong)時，粉體含水量應≤0.3%，含水(shui)量越小對(dui)塑(su)料制品的影響越小。