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福建滑石在塑料增強改性中的應用以及技術進展

發(fā)表時間:2022-07-18 訪問量:92038

      福建滑石的增強改性作用源自其片狀結(jié)構(gòu),主要用于汽車和家電行業(yè)使用的聚丙烯塑料增強改性。福建滑石的“四度”:純度、白度、細度和片度是決定改性效果的主要因素。超微細滑石粉越來越多地用于薄壁高剛度改性塑料制品中。未來滑石的單位使用量將會減少,產(chǎn)品性能會越來越高,即減量增效。提高增強改性效果有提高細度和徑厚比兩個途徑。砂磨工藝不但能進一步提高細度,還能更好地保持滑石的片狀結(jié)構(gòu)和徑厚比,是今后高性能滑石粉體的加工發(fā)展方向。

      塑料增強改性是滑石的重要應用領域,特別是用于汽車和家電行業(yè)聚丙烯改性?;梢蕴岣咧破返臒嶙冃螠囟?,增加尺寸穩(wěn)定性,降低成型收縮率。超細滑石粉提高制品的剛性、耐蠕變性、以及沖擊強度 [1,2]。因此車用的內(nèi)飾件、外飾件以及結(jié)構(gòu)件中,很多都采用滑石增強改性聚丙烯材料。為應對全球氣候變化,減少排放,實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標,輕量化已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的潮流。實驗證明,若汽車整車重量降低10%,燃油效率可提高6-8%;汽車整備質(zhì)量每減少100公斤,百公里油耗可降低0.3-0.6升。車用改性塑料迎來了新的發(fā)展機遇。

      但在實際使用和研究中發(fā)現(xiàn):并不是所有市面上標注為滑石的產(chǎn)品都有預想的增強改性效果,有些產(chǎn)品甚至沒有任何作用。加入滑石后塑料基體顏色變暗,不同產(chǎn)地的滑石使顏色變暗的程度也不一樣。產(chǎn)生這些問題的主要原因可能是由于對滑石的特性了解不全面,產(chǎn)品選型不恰當。在選用滑石型號時,很多人只關注干白度和目數(shù)。甚至片面的認為,越細越好。其實滑石的純度、白度、細度和片度“四度”都是影響增強改性效果的重要因素。

1 滑石的結(jié)構(gòu)

      滑石對塑料的增強改性作用源自其片狀結(jié)構(gòu),是綜合性價比較高的非金屬礦物改性材料。碳酸鈣是球狀結(jié)構(gòu),幾乎沒有增強作用?;膹胶癖入m然小于云母,但其價格、加工成本、產(chǎn)量方面有明顯的優(yōu)勢?;肿拥膶娱g連接力(范德華力)很微弱,使其硬度低,加工過程中對設備的磨損較小,還可給予填充體系剛度和沖擊強度間的更佳平衡。

2.1純度

      自然界的滑石都含有雜質(zhì)礦物,對改性效果會產(chǎn)生各種不利的影響。這些雜質(zhì)包括,菱鎂石、福建白云石、綠泥石、石英,鐵鹽,重金屬等。研究表明:不同產(chǎn)地的滑石雜質(zhì)種類和含量各不相同,對增強改性的影響也不相同。菱鎂石、福建白云石對彎曲模量、熱穩(wěn)定性等有明顯的不利影響,綠泥石也有不利影響但比菱鎂石、白云石小。重金屬和鐵鹽對塑料的抗老化性、熱穩(wěn)定性均有不利的影響。重金屬的影響需要區(qū)別對待。存在于滑石結(jié)構(gòu)中的重金屬比存在于碳酸鹽和其他雜質(zhì)礦物結(jié)構(gòu)中的重金屬影響要?。ū?)。因此在選擇滑石型號時,不但要關注其純度,也要了解產(chǎn)地來源和其中的雜質(zhì)種類和含量。


表1   碳酸鹽、鐵及重金屬對彎曲模量,彎曲強度和熱穩(wěn)定性的影響





樣品標記

礦物組份

LOI

As

Co

Cr

Fe

Mn

Ni

彎曲模量

彎曲強度

熱穩(wěn)定性

%

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

Mpa

Mpa

hrs

中國樣品0

滑石

5.1

0.1

1

<1

237

2

<1

3088

59.74

890

中國樣品1

滑石+綠泥石

10.5

0.2

1

1

672

4

139

3097

59.35

650

中國樣品2

滑石+石英+菱鎂石

15.9

1.9

17

<1

809

41

<1

3005

58.05

546

中國樣品3

滑石+菱鎂石

7.2

0.3

3

<1

148

10

<1

3232

60.01

634

澳大利亞0

滑石

5.4

0.8

<1

5

280

5

<1

3198

60

626


2.2白度

      世界上大部分滑石并不是白色的。白滑石主要來自中國、阿富汗、印度,比較有限。隨著塑料工業(yè)對白滑石需求的增長,近20年的價格持續(xù)上漲。白滑石供不應求是今后的一個長期趨勢。其實在許多應用領域中并不需要白滑石。如深色塑料的增強改性,使用白滑石和深色滑石的增強效果相同。試驗表明:滑石的濕白度每提高1%,最終產(chǎn)品的白度提高只有0.2-0.3%。片面追求滑石的白度沒有意義。以前由于白福建福建滑石價格太低,很多用戶并未過多考慮使用白滑石的成本增加。隨著供貨量減少和價格的提高,有必要轉(zhuǎn)變使用習慣,提高資源的綜合利用。

2.3細度

      對一個滑石產(chǎn)品粒度優(yōu)劣的評價不能僅憑平均粒度D50一個指標。平均粒徑不能表征產(chǎn)品的粒度分布,也不能表征更大粒度。評價至少需有平均粒度D50和更大粒度D98(或D100)兩指標。圖4示意兩個平均粒度相同但不同粒度分布的產(chǎn)品。產(chǎn)品1的粒度分布較窄、更大粒度較小,產(chǎn)品的粗顆粒較少;而產(chǎn)品2的粒度分布較寬,更大粒度較大,產(chǎn)品的粗顆粒多。在其他條件相同的情況下,產(chǎn)品1改性的性能好于產(chǎn)品2。粗顆粒的大小和多少對產(chǎn)品的機械性能產(chǎn)生顯著不利影響,需要嚴格控制。

      微細目滑石粉的一個缺點是體密小。直接使用混料困難、產(chǎn)率低、粉塵污染。近年來采用排氣壓縮新技術提高體密。1250-5000目粉體壓縮前的密度為0.25-0.15,壓縮后可以達到0.70-0.45,且分散性基本不受影響。排氣壓縮還能顯著減少滑石粉帶入擠出機的空氣量,減少物料在擠出機內(nèi)的停留時間,有助于提高抗老化性能,產(chǎn)率可提高15-25%。

      加工過程中滑石粉的片狀結(jié)構(gòu)保持越完整,其改性增強效果越明顯。在對產(chǎn)品微細化的加工過程中,采用不同的方法,產(chǎn)品的片狀結(jié)構(gòu)保持情況也不一樣。不適當?shù)姆椒ê筒僮鲿茐钠淦瑺罱Y(jié)構(gòu)。微細目滑石主要采用氣流磨加工。使用的氣(汽)源有壓縮空氣和高壓蒸汽兩種。磨腔有對沖法和旋流法兩種。高壓蒸汽使得粒度分布較窄,能耗下降明顯。旋流法使得片狀結(jié)構(gòu)得到更好的保護。

      滑石的“四度”:純度、白度、細度和片度是決定增強改性效果的重要因素。選擇產(chǎn)品型號時需要通盤考慮這四方面因素以及性價比?;兌仍礁?,其增強效果越好,不同雜質(zhì)對效果的影響各不相同。雖然白度對增強改性不起作用,但會使制品顏色變暗,濕白度中的b*(b)值越低,塑料基體的顏色變化越小。超微細滑石粉越來越多地用于薄壁高剛度改性塑料制品中。未來滑石的單位使用量將會減少,產(chǎn)品性能會越來越高,即減量增效。提高增強改性效果有提高細度和徑厚比兩個途徑。砂磨工藝不但能進一步提高細度,還能更好地保持滑石的片狀結(jié)構(gòu)和徑厚比,是今后高性能滑石粉體的加工發(fā)展方向。


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