產(chǎn)品品牌：天函

產(chǎn)品型號：硅灰石 針狀硅灰石

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：9001

熱膨脹系數(shù)：6.5

類別：硅灰石

原產(chǎn)地：江西

塑料中應(yīng)用優(yōu)勢★ 提高材料的尺寸穩(wěn)定性★替代玻纖后可有效降低成本★提高彎曲強度及彎曲模量（剛性）★防止熱塌陷★減少材料的收縮率，制品無翹曲變形★提高材料的耐刮擦及耐磨性能★極低的線性熱膨脹系數(shù)（6.5X10－6）★提高材料的熱變形溫度★提高材料的蠕變性能★A級表面外觀，制品表面外觀光滑★無毒、無嗅

天函礦纖 專業(yè)橡塑 硅灰石是一種鏈狀偏硅酸鹽礦物，化學(xué)式為CaSiO3，有高溫和低溫兩種變體，通常所說的硅灰石是指高溫變體。天然硅灰石常呈白或灰白色，有玻璃或珍珠光澤，密度2.78~2.91 g/cm3，硬度4.5~5.0，通常為針狀或纖維狀集合體，甚至微小顆粒仍能保持纖維狀結(jié)構(gòu)。

全世界硅灰石資源總量估計在800 Mt以上，探明儲量約300 Mt，分布在中國、印度、美國、墨西哥、芬蘭等20多個國家和地區(qū)。我國硅灰石儲量約200 Mt，居世界首位，保有儲量132.65 Mt，分布在吉林、遼寧、浙江、江西、湖北、安徽、云南等地。目前，全世界年產(chǎn)硅灰石600 kt以上，國內(nèi)硅灰石產(chǎn)量約300 kt，約占世界總產(chǎn)量的50%。

硅灰石產(chǎn)品可分為高長徑比硅灰石和磨細硅灰石兩大類，前者主要是利用其特殊形狀所體現(xiàn)出來的物理機械性能，廣泛用于塑料、橡膠、石棉代用品、油漆涂料等領(lǐng)域，可增加制品的硬度、彎曲強度、沖擊強度，提高熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性是最有發(fā)展前途的應(yīng)用領(lǐng)域。后者主要應(yīng)用于陶瓷和冶金業(yè)。

1、聚丙烯/硅灰石復(fù)合材料

硅灰石在聚丙烯(PP)中的應(yīng)用是近年來的研究熱點之一。賀昌城等考察了超細和針狀兩種硅灰石填充PP的力學(xué)性能及針狀硅灰石對PP的增韌機理，結(jié)果表明，兩種硅灰石都能提高PP的沖擊強度；硅灰石用鋁酸酯偶聯(lián)劑處理后，增韌效果明顯增強，用硅烷偶聯(lián)劑處理則效果不明顯；針狀硅灰石本身的性質(zhì)及其通過偶聯(lián)劑所形成的柔性界面層，在針狀硅灰石對PP的增韌中起了主要作用，異相成核、銀紋與剪切帶對針狀硅灰石填充的PP體系的韌性幾乎沒有提高。李珍等利用氣流磨對硅灰石進行了機械力化學(xué)改性(加硬脂酸)，對比了用改性前后的硅灰石填充PP的性能，結(jié)果表明，改性后硅灰石由親水性變?yōu)橛H油性；硬脂酸質(zhì)量分數(shù)為1.5%時，改性硅灰石/PP復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度最好。填充硅灰石粉體與PP基體界面之間的相互作用直接影響復(fù)合材料的強度，用硬脂酸改性針狀硅灰石粉可以使其表面自由能大幅下降；針狀硅灰石/PP兩相界面的粘附功和界面張力的共同作用影響復(fù)合材料的強度；界面粘附功大，說明兩相結(jié)合牢固，復(fù)合材料強度就大；界面張力小，說明粉體在基體中的分散性能好，有利于提高兩相間總的接觸面積，最終所得復(fù)合材料的表面自由能小，使復(fù)合材料強度增大；但界面張力的降低往往伴隨著粘附功的下降，當(dāng)粘附功小于基體的內(nèi)聚能時，兩相間的結(jié)合強度降低。楊彬等研制了硅灰石增強PP汽車專用料，該材料力學(xué)性能高于滑石粉填充PP，成型性能好于玻璃纖維增強PP，成本比兩者都低。A.Dasari等研究了硅灰石/PP復(fù)合材料的防刮擦性能及硅灰石顆粒對復(fù)合材料應(yīng)力發(fā)白行為的影響，研究表明，復(fù)合材料在刮擦過程中的塑性變形與硅灰石粒子從基體中的剝離密切相關(guān)；原子力顯微鏡顯示，在硅灰石粒子周圍的PP分子受硅灰石粒子(通常起成核作用)束縛，其分子鏈構(gòu)造和運動方式與遠離硅灰石粒子的PP分子不同；與純PP相比，硅灰石/PP復(fù)合材料的應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象顯著減弱，塑性變形帶顯現(xiàn)較淺的灰色，這是由于硅灰石粒子對PP有增強作用，限制了基體塑料的變形；硅灰石增強后，PP的應(yīng)力發(fā)白機理由銀紋/屈服帶機理變?yōu)樾ㄐ嗡毫褭C理，斷裂模式由銀紋擴展和脆性斷裂模式變?yōu)槔w維化和脆性斷裂模式。R.S.Hadal等認為只有低結(jié)晶度的PP/硅灰石復(fù)合材料才存在楔形撕裂模式，而高結(jié)晶度的復(fù)合材料則沒有這種撕裂模式。

吳美升等認為硅灰石在粉碎過程中形成的尖銳棱角和平整光滑的解裂面在和聚合物形成界面時，會成為應(yīng)力集中點，從而影響填充效果，為此用化學(xué)方法在硅灰石粒子表面包覆一層納米級二氧化硅小顆粒，構(gòu)成復(fù)合顆粒。他們的研究表明在硅灰石上包覆一層納米級微粒(復(fù)合顆粒經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)劑處理)，有利于其在PP基體中均勻分散和與PP形成良好的結(jié)合界面，提高其成核活性，降低基體的結(jié)晶度和晶粒尺寸，從而對PP起到良好的增韌效果。趙宇龍等的研究則表明，未經(jīng)偶聯(lián)劑處理的二氧化硅/硅灰石復(fù)合顆?？擅黠@提高PP的屈服強度和彎曲強度，但使其沖擊強度降低。周曉東等采用硅灰石與連續(xù)玻璃纖維氈組合增強PP，研究表明，采用硅灰石與連續(xù)玻璃氈組合增強，可提高復(fù)合材料的拉伸、彎曲強度及模量，但過高的硅灰石含量，會導(dǎo)致拉伸及彎曲強度下降；材料的力學(xué)性能隨所用玻璃纖維氈面密度的增大而顯著提高；采用偶聯(lián)劑對硅灰石進行處理及在基體中添加馬來酸酐接枝PP，可改善界面結(jié)合、提高材料性能，隨著馬來酸酐接枝PP含量的增加，材料的拉伸、彎曲強度及模量有所提高，但含量過高時，會引起材料沖擊強度的下降。

利用剛性粒子和彈性體對PP進行復(fù)合改性，往往具有協(xié)同效應(yīng)。硅灰石和三元乙丙橡膠(EPDM)復(fù)合使用對PP具有增強、增韌的雙重效果，在一定量的EPDM存在下，隨著超細硅灰石含量的增大，PP/EPDM/硅灰石體系的沖擊強度提高；將硅灰石粉表面用適當(dāng)?shù)呐悸?lián)劑處理后，體系的沖擊強度還可以進一步提高。硅灰石和聚烯烴彈性體(POE)復(fù)合對PP也有增韌、增強的作用，偶聯(lián)后硅灰石的改性效果更好；添加硅灰石后復(fù)合體系的加工性能未見劣化。

2、聚乙烯/硅灰石復(fù)合材料

對于高密度聚乙烯(HDPE)/硅灰石復(fù)合體系，用一般的偶聯(lián)劑不足以在硅灰石表面形成有效的力學(xué)作用層來改善材料的沖擊韌性，而采用反應(yīng)型偶聯(lián)劑，體系可在較小的硅灰石含量下發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)沖擊韌性的大幅度提高；隨復(fù)合體系中硅灰石粒子含量增多，其粒子將因擠壓碰撞而發(fā)生折斷，從而導(dǎo)致平均長徑比減小，使體系的拉伸強度隨硅灰石的含量增加而下降；和CaCO3及滑石粉等相比，HDPE/硅灰石復(fù)合體系的力學(xué)性能非常均衡，如在50%的高添加量下，反應(yīng)偶聯(lián)體系的拉伸強度不僅能保持在基體樹脂同等水平，而且沖擊強度能提高數(shù)倍。采用硅灰石和石英兩種不同形狀的剛性粒子對HDPE進行復(fù)合填充，在相同填充量時，復(fù)合材料的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度一般均高于石英、硅灰石單獨填充時的相應(yīng)性能；二元復(fù)合填料對HDPE的增韌機理為：石英顆粒分散在硅灰石形成的空隙中，在復(fù)合材料基體中，以填充顆粒為中心而形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在應(yīng)力作用下既引發(fā)產(chǎn)生大量微裂紋，也限制了微裂紋的繼續(xù)發(fā)展；同時在較大外力的作用下，界面層變形；這兩者共同作用的結(jié)果使基體產(chǎn)生了大量裂紋和塑性變形從而吸收大量能量。

Jin Tong等利用硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑對硅灰石進行復(fù)合改性后，將其用于填充超高相對分子質(zhì)量聚乙烯(UHMWPE)，發(fā)現(xiàn)利用偶聯(lián)劑對硅灰石進行復(fù)合改性后，與未改性前相比，UHMWPE/硅灰石復(fù)合材料的耐磨損性、拉伸強度和沖擊強度均有所提高；復(fù)合材料的干滑動摩擦系數(shù)隨硅灰石含量的增加而增加；復(fù)合材料的耐干滑動磨損性在硅灰石含量為10%(質(zhì)量分數(shù)，下同)時最好；經(jīng)表面改性的硅灰石/UHMWPE復(fù)合材料的干滑動磨損機理主要是塑料變形、犁溝和切割，而未經(jīng)表面改性的硅灰石/UHMWPE復(fù)合材料的干滑動磨損機理則主要是應(yīng)變疲勞和研磨；在含量低于20%時，硅灰石可改善UHMWPE的耐研磨性，硅灰石含量為10%時，復(fù)合材料的耐研磨性最好；增加硅灰石粒子的長徑比及用硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑對硅灰石進行復(fù)合改性均有利于改善復(fù)合材料的耐研磨性，而研磨劑粒子尺寸增加或研磨速度增加都降低復(fù)合材料的耐研磨性；復(fù)合材料的研磨磨損主要是塑性變形、微犁溝、微切割和微斷裂等機理。

謝剛等研究了不同粒徑、不同含量和不同表面處理的硅灰石對線型低密度聚乙烯(LLDPE)力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，未經(jīng)表面改性的硅灰石/LLDPE復(fù)合材料的拉伸強度和斷裂伸長率均隨硅灰石含量的增加而降低，彎曲強度、彎曲模量和硬度則隨硅灰石含量的增加而增加；而經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑改性的硅灰石/LLDPE復(fù)合材料的拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲強度和彎曲模量均大幅度提高，其中拉伸強度、斷裂伸長率在硅灰石含量為20%時最大；改性后的硅灰石粒徑越小，復(fù)合材料的力學(xué)性能越好。

3、尼龍/硅灰石復(fù)合材料

硅灰石對尼龍6(PA6)有明顯的增強作用；硅灰石粉體細度對增強PA6的性能有明顯影響，低填充量時，可選擇硅灰石超細粉體，而高填充量時，則宜選擇中等細度的硅灰石粉體；硅灰石與玻纖復(fù)配對PA6有明顯的增強改性效果，在硅灰石與玻纖配比為1∶1~1∶3時，對PA6的增強效果最好。此時，硅灰石/玻纖增強PA6具有較好的韌性-剛性平衡性能和較好的外觀；硅灰石經(jīng)偶聯(lián)劑處理后，可提高其與PA6的界面粘結(jié)性能，從而提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。

PA6與PP共混可以降低PA6的吸水率及成本，在此基礎(chǔ)上劉長生等以聚丙烯接枝羥甲基丙烯酰胺(PP-g-HMA)為相容劑制備了通用的和阻燃級PA6/PP/硅灰石復(fù)合材料。研究表明，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑和端kgon噁唑啉聚醚處理的硅灰石填充PA6/PP/PP-g-HMA共混體系具有較高的沖擊強度；PA6與其他組分在磨盤形的化學(xué)反應(yīng)器中邊超微化邊混合所得復(fù)合材料的屈服強度和楊氏模量有所提高；在PA6/PP/硅灰石復(fù)合體系中加入三聚氰胺三聚酸鹽或紅磷，均可得到具有很好的力學(xué)和阻燃性能的復(fù)合材料。

針狀硅灰石可大幅度提高PA66的沖擊強度、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性；隨著硅灰石細度的增加，PA66/硅灰石復(fù)合材料的缺口沖擊強度、拉伸強度、彎曲強度均增加；將硅灰石用適量的硅烷偶聯(lián)劑進行處理后，所得復(fù)合材料的力學(xué)強度可進一步改善。

在尼龍12燒結(jié)材料中填充硅灰石，燒結(jié)件的拉伸強度、彎曲強度及模量均隨硅灰石含量的增加而顯著提高，并在硅灰石質(zhì)量分數(shù)為30%時達到最大值，分別比未添加硅灰石的燒結(jié)件提高了35%、75%和111%，但沖擊強度和斷裂伸長率則有所下降；同時，加入硅灰石后，燒結(jié)件的熱變形溫度及尺寸精度提高，成本降低。

4、其他聚合物/硅灰石復(fù)合材料

硅灰石能改善硬PVC的力學(xué)性能，在其表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)后，對硬PVC的改性效果更好；不同形狀硅灰石粒子具有協(xié)同效應(yīng)，復(fù)合使用有利于提高復(fù)合體系力學(xué)性能；用表面包覆PMMA的硅灰石填充PVC，在填充量為50份時，復(fù)合材料綜合性能最好，其沖擊強度和拉伸強度分別比未填充時提高128%和9%，白度提高28%。重質(zhì)碳酸鈣/硅灰石復(fù)合填料，對PVC有明顯的改性效果。與單一填料及簡單混合后的重質(zhì)碳酸鈣/硅灰石填料相比，研磨復(fù)合及表面改性后的重質(zhì)碳酸鈣/硅灰石復(fù)合活性填料可以顯著增強PVC的力學(xué)性能；其增強的主要機理是復(fù)合活化增強及顆粒粒度和形狀配合增強。

硅灰石對不飽和聚酯(UP)也有良好的增強作用；用硅烷偶聯(lián)劑進行表面處理后的硅灰石，對UP的改性效果明顯好于未經(jīng)表面處理的硅灰石；改性硅灰石加入UP后，隨其含量增加，拉伸強度、彎曲強度達到一極大值后減小；與基體樹脂相比，改性的硅灰石(800目)/UP復(fù)合體系拉伸強度可增加1.95倍，彎曲強度可增加1.47倍。

在阻燃高抗沖聚苯乙烯中加入適量的針狀硅灰石可提高其斷裂伸長率、彎曲模量、耐熱性和加工性能，而對拉伸強度、沖擊韌性和阻燃性能基本上無影響。

在環(huán)氧樹脂中添加針狀硅灰石后，填充體系的機械強度和硬度顯著提高；硅灰石表面經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑處理后，對填充體系的增強效果更好；填充體系的機械強度隨硅灰石添加量的增大先提高后降低；硅灰石粒徑越小，比表面積越大，與環(huán)氧樹脂的結(jié)合力越強，填充體系強度越大。

將硅灰石與聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)復(fù)合后，與純PBT相比，復(fù)合材料拉伸模量顯著提高，結(jié)晶度有所提高，而熔點無明顯變化；復(fù)合材料與水的接觸角隨硅灰石含量的增加而增加；且具有良好的生物相容性。

5、結(jié)語

針狀硅灰石結(jié)構(gòu)與短玻璃纖維相似，對塑料有較好的增強效果，價格與CaCO3、滑石粉等填料相當(dāng)，比玻璃纖維和絕大多數(shù)樹脂低廉，因此在塑料中具有廣闊的應(yīng)用前景。但針狀硅灰石對塑料的增強效果與玻璃纖維相比尚有差距，提高硅灰石的長徑比，避免其針狀結(jié)構(gòu)在復(fù)合過程中被破壞，以及采用適當(dāng)?shù)谋砻娓男苑椒?，可以改善硅灰石的增強效果?/p>