无水硫酸钙粉体填料在塑料中应用综述

塑料制品与人们的生活息息相关，许多领域中都要应用到塑料制品。但是不同领域对塑料的性能要求不同，这就需要人们往塑料里添加某些物质来改变塑料的性质。

在塑料制品（或材料）成型或加工过程中，有相当一部分产品要使用粉体填料这已是不争的事实，一方面合理恰当的使用相对廉价的粉体填料可实现增量，降低原材料成本的目的；另一方面也是目前备受关注的按人们的愿望改善某些方面的物理化学性能或赋予其新的功能，从而使粉体填料从单纯的增量剂变为改性剂和功能剂^[1]。

1. 无水硫酸钙粉体填料在塑料中的用途

无水硫酸钙粉体填料在塑料中的用途主要有以下几种：

1.1硫酸钙在聚乙烯（PE）中的应用

聚乙烯（PE）材料中应用较多的填料是碳酸钙和滑石粉，硫酸钙在聚乙烯材料中应用的也较早，其于碳酸钙和滑石粉相比，具有比重轻、白度高、硬度低、综合性能优良等特点，可作为短纤维型功能性塑料填充剂；硫酸钙/高密度聚乙烯填充体系属假塑性非牛顿流体，粘度低、流动性好、易于成型加工；硫酸钙与聚乙烯属不相容填充体系，体系中各组分的 分解温度均未发生变化，增加硫酸钙含量可使体系的维卡软化点渐有提高；硫酸钙可影响聚乙烯球晶的形成，使基材的韧性增加^[2]。

1.2硫酸钙在聚氯乙烯（PVC）中的应用

硫酸钙在PVC中应用也有相关的研究，在杨森^[3] 的研究中将硬石膏和碳酸钙、滑石粉、硅灰石比较，并对硬石膏用不同方法改性填充于PVC材料中得到如下结论：硬石膏应用于PVC在力学性能方面比碳酸钙有优势。经过适当的改性硬石膏克用作塑料填料，并且有良好的机械性能，并且完全可以应用于PVC^[3]。

1.3用于不饱和聚酯（BMC）制得微波炉餐具中

其耐食醋性能比碳酸钙的好，比重比硫酸钡轻^[4]。

1.4用于片状模型塑料（SMC）中

提高其抗冲击强度和压缩强度^[4]。

1.5部分取代钛白粉用作塑料中的白色颜料

优质无水硫酸钙粉体白度值可高达97以上，折射率为2.0（接近钛白粉白度），着色效果好，可部分代替钛白粉做白色颜料使用。

1.6代替煅烧高岭土、沉淀硫酸钡和代替部分玻纤等材料，作增强增韧改性填充材料。

对制品的强度、刚性、表面硬度、耐酸性、耐候性、热稳定性等均有所提高，其改性填充效果要明显优于同类改性材料。

2. 无水硫酸钙粉体材料在塑料制造中应用面临的问题

无水硫酸钙粉体填料加工应根据应用要求做出相应变动，因此有必要将无水硫酸钙粉体填料在塑料中应用所面临的几个问题提出来讨论。

2.1无水硫酸钙粉体填料是否越细越好

从理论上讲，填料与基体高分子材料的重量比一定时，填料的粒径越小，填充材料的力学性能越好，但这要以填料的集中分散均匀且填料颗粒与高分子材料之间有良好的界面为前提^[1]。另一方面，填料颗粒越细，对其加工的技术及设备装备水平要求也越高，所耗能量越多，价格也会相应的上涨。再者填料颗粒越细，由于物质表面性质所决定就约容易凝聚在一起，如果在塑料基体中不能分散开来，而是以凝聚体（团粒）状态存在，那将成为填充料中最薄弱的环节，成为引起材料破坏致命的缺陷，还不如使用和团粒尺寸同样大小的粗颗粒做填料^[1]。

2.2是否一定需要表面处理

对粉体填料要不要进行表面处理，使之表面活化或有机化，应当说是需要进行表面处理的。但也要看到在许多情况下，粉体填料不进行表面处理照样可以在塑料中使用，反过来经过表面处理的粉体填料其填充塑料的性能并没有显著提高。例如在软质聚氯乙烯塑料制品中可以直接使用不经表面处理的粉体填料，如人造革、铺地材料、鞋底等，一方面这些软质聚氯乙烯中存在着品种不一的增塑剂，它们在塑料加工过程中可以浸润粉体填料，实现对填料颗粒的包覆，填料事先不进行表面处理并不影响后期加工，另一方面某些塑料制品的使用性能对材料本身的强度，抗冲击性能等指标要求不高，因此对粉体填料要不要进行表面处理必须具体问题具体对待^[1]。

3. 粉体填料改性塑料的影响因素

3.1粉体粒径的影响

填料粒径是影响填充效果的一个重要因素。一般大粒径粒子尽管能提高体系的硬度和刚性，却损害了强度和韧性；粒径越小增韧效果越显著^[6]。可以根据不同的需要来选择合适的粒径。

3.2 粉体形状的影响

粉体颗粒形状有球状、立方体状等同向性状态。颗粒形状对塑料的填充性能有重要影响，一般纤维状、薄片状填充料加入塑料中，塑料的加工性能不太好，但机械强度很高，球状填充剂的效果则刚好相反。因此，应跟据需求来选择填充剂粉体的形状^[6]。

3.3粉体填料含量的影响

填料的浓度对填料的填充效果也有重要影响，填料的含量不同，制品显现出来的力学性能和物理机械性能就不一样^[5]。

4.无水硫酸钙同其它粉体填料的性能差异

我国硫酸钙（石膏）矿的储量丰富，在世界各国储量的前列。其作为无机非金属矿的一种，同碳酸钙、滑石粉、石英等一样也有广泛的应用。填料的大多数性质都是有其本身的结构、组成等决定的。下表是几种常见的填料基本特性的对比[6]：

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参考文献：

[1] 刘英俊.粉体填料在塑料中的应用现状及面临问题[J] .塑料加工，2002，35（1）.

[2] 揣成智,张启丽.合成硫酸钙在填充PE中的应用研究[J].中国塑料,1990, 4(2):64—69.

[3] 杨森.聚合物/硬石膏复合材料性能研究[D].合肥工业大学,2007.

[4] 苏成.硫酸钙填料[J] .化工工业，1986，（5）：74-76.

[5] 何益艳，杜仕国.无机填料的改性及其在复合材料中的应用[J] .化工新型材料，2001，29（12）：16-17.

[6] 程斌,于运花,黄玉强.填料手册第二版[M].中国石化出版社,2003.