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填充改性塑料正在向“三化”轉(zhuǎn)變
????????將碳酸鈣等無(wú)機(jī)礦物粉體添加到基體樹(shù)脂，起到增量、改善性能和增加功能三大作用，稱(chēng)為塑料的填充改性。在使用性能得以滿足的情況下，使用的粉體越多，降低成本的作用越大。從減少以石油為基礎(chǔ)原料的合成樹(shù)脂使用量來(lái)看，對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)也越大。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入“新常態(tài)”以及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式的改變，行業(yè)對(duì)填充改性塑料提出更多新的要求。總體來(lái)看，輕量化、功能化與生態(tài)化是該行業(yè)的未來(lái)方向。
????????輕量化
????????由于無(wú)機(jī)礦物粉體的密度高于高分子樹(shù)脂的密度(相差2-3倍)，填充塑料材料的密度也因加入粉體而顯著增大。單位重量的物料，加有粉體的比純樹(shù)脂的體積小，因此在以件數(shù)、長(zhǎng)度、面積為其計(jì)算價(jià)格時(shí)，因這些要素的減小而造成的損失往往大于使用廉價(jià)粉體填料帶來(lái)的效益。此外，增重還帶來(lái)運(yùn)輸成本加大、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題。不過(guò)，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)原輔材料和工藝裝備的創(chuàng)新，“增重問(wèn)題”可以得到一定程度的解決。
????????拉伸過(guò)程
????????聚丙烯(PP)扁絲經(jīng)過(guò)將近六倍的單向拉伸后，碳酸鈣粉體顆粒分散在PP大分子經(jīng)拉抻后形成的空隙中，使得同樣重量的物料，其扁絲的長(zhǎng)度沒(méi)有明顯變化，因此高倍的單向拉伸制品增重問(wèn)題不明顯。
????????吹塑成型的塑料薄膜在加工時(shí)受到雙向拉伸，其拉伸比因不同原料而有所不同，但一般為2~3倍。因此和添加同樣數(shù)量粉體的注塑成型塑料材料相比，吹塑薄膜的密度就小得多。
????????試驗(yàn)結(jié)果也表明，既使是注塑成型，如果能掌握好注射壓力和保壓時(shí)間，同樣配方和加工工藝設(shè)備，其注塑制品材料密度可達(dá)到3~4%的變化。
????????微孔結(jié)構(gòu)
????????聚乙烯(PE)的分子經(jīng)交聯(lián)后可形成足夠結(jié)實(shí)的泡孔壁，氣體被封閉住就能形成微孔塑料，從而在交聯(lián)劑存在的情況下，塑料材料的密度得以減小。
????????聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS)都因能夠形成足夠強(qiáng)度的泡孔壁，因此發(fā)泡過(guò)程無(wú)需使用交聯(lián)劑。
????????微發(fā)泡
????????使用交聯(lián)劑可以得到發(fā)泡PE塑料，但其氣味大且交聯(lián)后的塑料不利于回收利用。武漢凌輝高分子材料有限公司發(fā)明的在不使用任何交聯(lián)劑的情況下，使加有 30%重鈣的HDPE片材密度比同樣配比的對(duì)比片材密度下降10%以上，已經(jīng)大量用于HDPE片材的產(chǎn)品中，是輕量化技術(shù)的重大突破。
????????輕體填料
????????微孔硅酸鈣制成母料后與碳酸鈣母料按同樣比例加入到HDPE樹(shù)脂中制作片材，其制品的密度有明顯差別，微孔硅酸鈣微料填充HDPE的密度在不同添加量時(shí)都有10%以上的下降幅度，而且性能無(wú)明顯差別。
????????晶須碳酸鈣
????????趙學(xué)華高工根據(jù)在橡膠材料中使用晶須碳酸鈣的經(jīng)驗(yàn)，將特別制造的晶須碳酸鈣加以處理，再與基體塑料混合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不影響塑料材料性能的情況下，可使其填充塑料的密度有所下降。同時(shí)納米尺度的微孔還有助于受外力時(shí)發(fā)生彈性形變，吸收沖擊能，有利于填充塑料保持良好的抗沖擊性能。以Φ110mm PVC雙壁波紋管為例，在其原配方中，用經(jīng)過(guò)特殊處理的晶須碳酸鈣代替等量氯化聚乙烯(CPE)沖擊改性劑，擠出制得的管材性能見(jiàn)表1。
?????????試驗(yàn)結(jié)果表明，用經(jīng)過(guò)特殊處理的晶須碳酸鈣替代部分CPE沖擊改性劑后，管材的性能仍保持良好;CPE被替代的管材管壁材料密度較原配方的管材管壁材料密度均有所下降，約下降0.5~1%;此外，為了達(dá)到不同配方管材的米重一致，CPE被替代的三種管材在成型時(shí)，加料機(jī)轉(zhuǎn)速均需加快，這意味著生產(chǎn)同樣重量的管材所需時(shí)間減少了，生產(chǎn)效率得到提高。
????????功能化與生態(tài)化
????????功能化是指通過(guò)加入填料及相應(yīng)的助劑，使高分子材料具有本不具備的性能，如阻燃性、抗靜電性、磁性、阻隔性等;生態(tài)化是指在填充塑料加工過(guò)程中保持環(huán)保、節(jié)能、降耗。如今在填充改性塑料領(lǐng)域，這兩種趨勢(shì)已越來(lái)越明顯。
????????微孔硅酸鈣的緩釋及保溫作用
????????功能性農(nóng)用棚膜的重要功能是無(wú)滴和保溫。中國(guó)目前生產(chǎn)的流滴劑加入到農(nóng)膜中可以起到流滴作用，但時(shí)間短于薄膜的壽命，主要原因是所使用的流滴劑與PE分子的相容性不好，從薄膜中心遷移到膜表面發(fā)揮流滴作用是必須的，但遷移過(guò)快，消耗的也快，致使流滴劑的作用與薄膜的使用壽命不能同步。
????????微孔硅酸鈣致密繁多的微孔可吸附流滴劑，拖延其向薄膜表面遷移的時(shí)間，達(dá)到緩釋作用，延長(zhǎng)流滴劑發(fā)揮作用的時(shí)間。
????????相關(guān)試驗(yàn)表明，加有滑石粉的農(nóng)膜因滑石粉的存在，在夜間薄膜的紅外線阻隔性越好，熱量以紅外線方式輻射穿過(guò)棚膜散失的能力越弱，因而熱量得以保留在塑料大棚內(nèi)。微孔硅酸鈣在成為流滴劑的緩釋劑的同時(shí)，也具有與滑石粉類(lèi)似的紅外阻隔作用，成為農(nóng)用棚膜的保溫劑，而且其保溫作用比滑石粉好。
????????微孔硅酸鈣高吸附性環(huán)保母料
????????利用微孔硅酸鈣致密的、納米尺度的微孔結(jié)構(gòu)，可制成吸附異味或有害氣體的環(huán)保型母料。相關(guān)研究結(jié)果表明，硅酸鈣母料對(duì)甲醛吸附作用明顯，24小時(shí)的吸附量達(dá)到2.7%，而碳酸鈣母料和硫酸鋇母料都不具有吸附甲醛的能力。
????????此外，當(dāng)使用微孔硅酸鈣母料生產(chǎn)SY320-720型厚2mm的塑料板材時(shí)，按HDPE：母料=60:40比例擠出壓延成型時(shí)，使用碳酸鈣母料時(shí)，擠出模口有煙、有味，而換成微孔硅酸鈣時(shí)，模口處的煙霧和異味都消失了，而且板材表面光澤度良好，著色性能更優(yōu)異。
????????此時(shí)，不僅板材的密度從1.28g/cm3下降至1.12%，而且力學(xué)性能更好，達(dá)到了輕量化、功能化、生態(tài)化三重改性效果。
????????粉體表面活化設(shè)備的高效節(jié)能效果
????????碳酸鈣、滑石粉等無(wú)機(jī)礦物粉體的表面經(jīng)有機(jī)化處理可從親水性改變?yōu)橛H油性。多年來(lái)最常使用的活化設(shè)備是高速混合機(jī)，但漿葉高速大負(fù)荷的旋轉(zhuǎn)消耗的電能較高，而且是間歇操作，在投料和放料時(shí)，甚至在中途填加助劑時(shí)，粉塵外揚(yáng)，操作環(huán)境十分惡劣。
????????設(shè)備制造企業(yè)為此對(duì)高速混合機(jī)進(jìn)行改造，增加除塵設(shè)施，改變母料加工工藝，粉塵問(wèn)題基本上得以解決。一些企業(yè)制制成功連續(xù)處理設(shè)備也解決了高混機(jī)間歇操作問(wèn)題，但粉體處理的能耗問(wèn)題仍然沒(méi)有根本改變，特別是活化度得不到保證。
