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三沙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:92075

      三沙滑石的增強改性作用源自其片狀結構,主要用于汽車和家電行業(yè)使用的聚丙烯塑料增強改性。三沙滑石的“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構和徑厚比,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]。因此車用的內飾件、外飾件以及結構件中,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 滑石的結構

      滑石對塑料的增強改性作用源自其片狀結構,是綜合性價比較高的非金屬礦物改性材料。碳酸鈣是球狀結構,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礦物,對改性效果會產(chǎn)生各種不利的影響。這些雜質包括,菱鎂石、三沙白云石、綠泥石、石英,鐵鹽,重金屬等。研究表明:不同產(chǎn)地的滑石雜質種類和含量各不相同,對增強改性的影響也不相同。菱鎂石、三沙白云石對彎曲模量、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。存在于滑石結構中的重金屬比存在于碳酸鹽和其他雜質礦物結構中的重金屬影響要?。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。以前由于白三沙三沙滑石價格太低,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構保持越完整,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)品的片狀結構保持情況也不一樣。不適當?shù)姆椒ê筒僮鲿茐钠淦瑺罱Y構。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。旋流法使得片狀結構得到更好的保護。

      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構和徑厚比,是今后高性能滑石粉體的加工發(fā)展方向。


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