一文读懂滑石粉在塑料中的应用一文读懂滑石粉在塑料中的应用

滑石粉作为一种添加剂、改质剂或填料，已广泛用于造纸、油漆、涂料、陶瓷、化工、日化、塑料、橡胶、食品、医药等行业。滑石具有质地柔软、磨耗低、光泽度高、吸油值小、透明性好等优点。滑石粉拥有四大特长：增强，保温、阻隔，成核，耐老化。这也是滑石粉为什么能在众多填料中能脱颖而出的原因。

主要内容：

一、滑石粉的性能解析

二、塑料选择滑石粉的九大要素

三、滑石粉的在改性塑料中应用

四、滑石粉在制品中的作用

五、主要产地

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现代工业制造；如造纸，造纸施胶普遍要添加10%—20%的滑石粉，在高档铜板纸中，高岭土（或碳酸钙）滑石粉的添加量高达40%。又如塑料制品，改性滑石粉的添加量，根据产品要求的不同可高达30%—50%。在一些PVC产品的添加量已高达70%。滑石粉在塑料、橡胶、电子、电缆、油漆、涂料、磨料、药品、化妆品、陶瓷、建材、食品加工和家用电器方面用量极大。

滑石粉主要由金属和非金属矿化物以及有机物加工生产而成。以金属或金属矿为原料生产的滑石粉有铁粉、铝粉、镁粉、钛铁粉、锰铁粉、铜粉、铅粉、锌粉、氧化锌粉、钼粉、钨粉等。以非金属矿化物加工的滑石粉有高岭土粉、钛白粉、滑石粉、长石粉、方解石粉、石英粉、重钙粉、轻钙粉、莹石粉、云母粉、重晶石粉、石墨粉、石膏粉、澎润土粉等等。而超细微粉材料经过改性处理，可以成倍扩大其使用领域。经过改性处理的滑石粉不仅仅是一种填充材料，它作为产品构成的一种重要组分，可以提高和改善产品诸如强度、弹性、耐磨性、抗高温、耐老化、防幅射等等性能，并可大大降低产品的生产成本。本文主要从滑石粉在塑料应用中和大家聊聊滑石粉。

一、滑石粉的性能解析

1.1.增强

增强滑石对塑料产品显著的增强作用主要来自于其独特的微观片状结构。加工后的滑石粉，片状结构保持的越完整，其增强效果越明显。较大的径厚比（片状颗粒平均直径与其厚度之比）可提高塑料制品的刚性、冲击强度、弯曲模量和热稳定性。如，保险杆、汽车内饰件等。

1.2.保温、阻隔

保温、阻隔高品质超微细滑石粉成片状结构，用于塑料制品时，可均匀的成层叠状分散在树脂中。如同水泥制品中嵌入的金属结构网，能够在保持塑料的自身优点外，形成力学性能优异的增强支撑形态，可提高塑料制品的物理性能，还具有明显的保温、阻隔作用。

1.3.成核

滑石的滑腻感十分明显，加入滑石粉的塑料开口性明显改善，还可以改善薄膜的防粘连性。当超微细的滑石粉（1µm以下）均匀分散在塑料基体之中时，能起到成核剂的作用，如在PET塑料中就起到成核剂的作用。

1.4.耐老化

滑石和云母、高岭土等含硅（Si）的矿物都具有红外线和紫外线的阻隔性，在塑料制品中具有明显保温、耐老化等效果。

二、塑料选择滑石粉的九大要素

2.1.高纯度

滑石粉的纯度越高，其增强的效果越好。滑石粉中的其他矿物杂质，金属类矿物 (特别是铁) 对塑料的抗老化性有十分明显的影响。

2.2.结构

滑石粉通常成致密的块状、叶片状、放射状、纤维状集合体。由于滑石的结晶构造是呈层状的，所以具有易分裂成鳞片的趋向和特殊的润滑性。高品质超微细滑石粉成片状结构，用于塑料制品时，可均匀的成层叠状分散在树脂中，与树脂有较好的相容性和力学性能的互补性。如同水泥制品中嵌入的金属结构网，能够在保持塑料的自身优点外，形成力学性能优异的增强支撑形态，可提高塑料制品的物理性能，还具有明显的保温、阻隔作用，在降低生产成本的同时，可改善塑料制品的物理性能。

2.3.湿白度和色相

滑石粉和塑料混炼后使塑料的颜色或多或少地发生变化。深色塑料产品对加入的滑石粉白度没有太高的要求。但为使浅色产品有比较好的颜色，滑石粉要有较高的湿白度和适宜的色相。

2.4. 二氧化硅含量

滑石粉中的硅 (SiO2) 含量是衡量滑石粉品位的重要指标，滑石粉中硅含量越高，滑石的纯度越高，应用效果也好，价格也越高。客户需根据不同的塑料制品性能要求来选择滑石粉，如在农用薄膜中加入的滑石粉硅含量应高些，粒径小、粒度分布窄，才能使薄膜的透光率好、薄膜的拉伸强度、抗穿刺性等指标都有提高。而在注塑、板材、棒材中使用的滑石粉，硅含量要求不必过高，硅成分较低的产品不但价格较低，同时还可改善塑料制品的硬度、冲击强度等。

2.5. 颜色

未加工的滑石粉原矿之颜色彼此不同，可为白色、灰色、浅红色、粉色、浅蓝色、浅绿色等多种颜色，滑石粉还具有一种特殊的类银似的或类珍珠的颜色，并具有不同程度的固体光泽。这种颜色可改善制品的外观及视觉效果。

2.6. 表面性质

滑石粉随其来源不同而呈现不同的表面性质。比表面积和吸油率在很大程度上决定于矿产资源和产品细度。影响这些性质的其他因素有表面粗糙度、颗粒形状以及孔隙体积。滑石粉较大的比表面积、外观结构在影响助剂用量的同时，也会促进树脂结构之间的结合力，从而提高塑料制品的物理性能。

2.7.水分

滑石粉的结构形态决定了它的特性，滑石粉虽然呈憎水性，但由于其颗粒形状边沿的不规则性，既有结构水，又含有结晶水，所以滑石粉的水分比碳酸钙要大，水分极易影响塑料的性能，所以去除滑石粉的水分和干燥处理工艺应引起高度重视。

2.8.静电

滑石粉呈层状结构，比表面积大，颗粒形状的不规则性和表面的凸凹形态使它的摩擦因数大、易产生静电，造成微小颗粒之间的凝聚难以分散，影响应用效果。

2.9.流动性

在挤出过程中，滑石粉的片状结构比其他颗粒状无机材料流动性差，分散困难，主机螺杆扭矩大，所以较好的活化包覆是克服这些问题的关键。

三、滑石粉的在改性塑料中应用

现在我们重点介绍滑石粉在塑料行业中的应用。滑石粉的加入可改变塑料的多种性能，如成型收缩率、表面硬度、弯曲模量、拉伸强度、冲击强度、热变型温度、成型工艺及产品尺寸稳定性等；超细目滑石粉添加到塑料里，可显着提高塑料制品的刚性和耐蠕变性、硬度和耐表面划伤性、耐热性和热变形温度；相当细度的滑石粉亦能提高塑料制品的冲击强度，并且添加后还具有润滑作用，能起流动促进作用，提高塑料的加工工艺性，它还有一个显著的特点，就是具有成核剂的作用。

3.1. 聚丙烯树脂（PP）

石粉常用于填充聚丙烯。滑石粉具有薄片构型的片状结构特征。因此粒度较细的滑石粉可用作聚丙烯的补强填充剂。在聚丙烯的改性体系中，加入超细滑石粉不但能够显着的提高聚丙烯制品的刚性、表面硬度、耐热蠕变性、电绝缘性、尺寸稳定性，还可以提高聚丙烯的冲击强度。在聚丙烯中添加少量的滑石粉还能起到成核剂的作用，提高聚丙烯的结晶性，从而使聚丙烯各项机械性能提高，又由于提高结晶性，细化晶粒，亦能提高聚丙烯的透明性。填充20%和40%超细目滑石粉的聚丙烯复合材料，不论是在室温和高温下，都能够显着提高聚丙烯的刚性和高温下的耐蠕变性能。

聚丙烯（PP）/滑石粉以其价廉、力学性能优异等优点在车用塑料中广泛应用。但该材料还存在一些不足之处，如密度大，这不利于汽车轻量化。微发泡PP/滑石粉材料不但具有复合材料的优异性能，而且密度下降，质量减轻。

PP/滑石粉母粒

采用同向双螺杆挤出机挤出造粒，工艺参数：螺杆转速140r/min，喂料速率1.2-1.5r/min，挤出加热区温度160-188℃。

微发泡PP/滑石粉复合材料

PP/滑石粉母粒、发泡剂母粒在注塑机中二次开模成型，制备符合测试标准的哑铃型样条。注射温度175℃，注射速率95%，注射压力500kPa。　　

微发泡复合材料的力学性能

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图1 滑石粉的质量分数对微发泡材料比强度的影响

比强度是衡量材料轻质、高强的重要指标。由上图可知：相比于纯PP材料，滑石粉的质量分数为5%的未发泡PP材料的比拉伸强度降低，比弯曲强度增加，比冲击强度基本不变；随着滑石粉的质量分数进一步增加，材料的比拉伸强度、比弯曲强度和比冲击强度均降低

相比于纯PP材料，滑石粉的质量分数为5%的PP材料发泡以后，比拉伸强度和比弯曲强度增加，比冲击强度略有降低；继续增加滑石粉的质量分数，发泡材料的比拉伸强度、比弯曲强度和比冲击强度均降低。对同一材料而言，发泡后材料的比强度均低于未发泡材料的。

通过上述材料比强度的分析，材料发泡后，滑石粉的质量分数为5%的PP材料的比强度最高，继续增加滑石粉的质量分数，反而降低材料的比强度。因此，少量的滑石粉填充有利于提高PP材料发泡后的力学性能。　　

微发泡复合材料的泡孔结构

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图 2微发泡滑石粉填充PP复合材料的光学显微镜照片滑石粉的质量分数：a 0%、b 5%、c 10%、d 20%

相比于纯PP材料，滑石粉的质量分数为5%的PP复合材料发泡后泡孔形状规则，均匀致密，无泡孔合并和塌陷等现象。质量分数为5%的滑石粉加入到PP基体中，起到热点成核作用。随着滑石粉的质量分数进一步增大，滑石粉之间发生团聚，异相成核作用减小，后者对发泡体系的影响比前者的大，因而泡孔塌陷现象严重，泡孔稀疏。

这主要是因为滑石粉的成核作用明显，泡孔数量增加，若相邻泡孔尺寸相近，在界面张力的作用下趋于合并；若尺寸相差较大，由于泡孔内气体压力的不同，泡孔间的熔体薄膜破裂，泡孔合并。

微发泡复合材料的泡孔直径和数量

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图3 微发泡复合材料的泡孔直径和数量的影响

由上图可见：滑石粉的质量分数为5%的PP材料的泡孔平均直径最小，为73μm，同时泡孔数量最多，达132个。相比于纯PP发泡材料，加入质量分数为5%的滑石粉后，泡孔平均直径减小2700，泡孔数量增加7800。这是因为在PP基体中加入滑石粉后，滑石粉粒子起到了热点成核作用，泡孔数量增加，泡孔直径减小。

随着滑石粉的质量分数进一步增大至10%，滑石粉之间发生团聚，成核点减少，异相成核作用减小，后者对发泡体系的影响比前者的大，因而泡孔的平均直径反而增大，泡孔数量降低；继续增加滑石粉的质量分数至20%时，泡孔直径有所降低，泡孔数量增加。虽然高达20%的滑石粉的质量分数会发生团聚，但是此时成核点数量也会增加，异相成核对该发泡体系的影响比较大，此时泡孔直径降低，泡孔数量增加。

小结

（1）滑石粉对PP材料的发泡具有异相成核作用，当滑石粉的质量分数为5%时，获得泡孔细小、均匀且致密的微发泡材料。随着滑石粉的质量分数增加，由于滑石粉在基体中的分散性较差，产生团聚，从而泡孔直径增大、数量降低。

（2）PP材料发泡后各项力学性能均降低，但滑石粉的质量分数为5%时，PP材料微发泡后力学性能下降最低，其中比弯曲强度基本接近未发泡材料的。

3.2.聚乙烯树脂（PE）

滑石是天然硅酸镁，它独特的微鳞片状结构，具有一定的抗水性和高度的化学惰性，因此有良好的耐化学腐蚀性和滑动性。用它填充聚乙烯可作为工程塑料，有良好的耐化学腐蚀性和流动性。用它填充聚乙烯能够提高以下性能：提高韧度、挠曲模量和扭曲模量；提高挠曲强度；降低在常温和高温下下蠕变倾向；提高热变温度及尺寸稳定性；改善变形和翘曲，同时亦有较低的热膨胀系数；改进导热性；提高模塑件的表面硬度及光洁度；提高聚乙烯的机械强度。

3.3.ABS树脂（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）

ABS树脂是无定形聚合物，具有聚苯乙烯那样优良的成型加工性；它具有良好的抗冲击强度，耐低温性能好，拉伸强度高耐蠕变性能好。为了提升ABS现有的使用性能，人们对ABS改性的研究广泛的开展。比如ABS与PVC共混制造的汽车仪板吸塑片、ABS与PVC共混制造的仿皮箱包蒙面皮，不但强度高、韧性大而且能够保持表面花纹的耐久性。

这种共混材料加超细碳酸钙或超细滑石粉进行填充，能够显着的提高共混材料的缺口冲击强度和耐撕裂强度，比如：添加超细滑石粉或碳酸钙5-15%，缺口冲击强度可提高2-4倍。由于ABS是无定型聚合物具有容纳较多填料的功能。其中添加超细滑石粉既能显着地提高ABS原存的性能，又能降低成本。

3.4.聚苯乙烯树脂（PS）

　　未改性的通用级聚苯乙烯是无定形聚合物，它硬而脆，但它具有良好的电性能、耐老化性能和高的尺寸稳定性，缺点是脆性高，对环境应力开裂敏感。添加超细滑石粉能够提高冲击韧性，调节流变性，扰曲模量显着提高，抗张屈服强度也有提高。例如：添加40%超细滑石粉或滑石粉母料，扰曲模量从23800kg/cm2增加58800kg/cm2，抗张度从336kg/cm2提高到385kg/cm2。

3.5.尼龙树脂（PA）

　　对尼龙（聚酰胺），在工业上特别注意利用这种塑料的韧性和耐磨性。尼龙一般是硬的，类似角质，具有良好的耐磨性和高的尺寸稳定性。这些性能都可以通过填充剂或增强剂加以进一步提高。

PA66的硬度、劲度、耐磨性和热变形温度在尼龙里是最高的；
PA6以其较高的韧性着称；
PA610吸水性较低，从而尺寸稳定性也较高；
PA11冲击强度在尼龙里最高。

在各种填料中，层状结构的滑石粉能提高尼龙原有的好性能，改进耐磨性最为重要。与金属相比未填充改性尼龙弹性模量低，拉伸和蠕变强度低，力学性能与温度有明显的依赖关系，分子上含有吸水基因胺基，吸水率高，制品在使用时易吸水膨胀变形，加工成型时冷却快结晶不完全，在使用时还在结晶，这就导致制品变形，甚至开裂。

尼龙的上述缺点，添加超细滑石粉能够有很大的改善，滑石粉有成核剂的作用，添加后能够提高尼龙的结晶速率，增大结晶度。因此特别能够提高尼龙的韧度、机械强度、硬度、热稳定性、尺寸稳定性，改进制品表面质量和变形行为，对于吸潮性、电性能和化学性能也有好的影响。

3.6.聚氯乙烯树脂（PVC）

用普通粉体填充聚氯乙烯已经非常普遍地在使用，如制造硬聚氯乙烯管材，填充碳酸钙量可以达到40%，但是聚氯乙烯的抗张强度和冲击强度都要降低；如果添加平均颗粒在5微米即2000目的滑石粉，添加到40-45%体积份数时，可以发现材料的屈服强度甚至高于原来的断裂强度，对聚氯乙烯体系有明显的增强作用。对于冲击强度，添加超细滑石粉，无缺口冲击强度在15%重量份内基本上不降低，缺口冲击强度有所降低，对于扰曲模量，能够显着增加。超细粉体对于添加增韧性剂的聚氯乙烯体系，如PVC/CPE、PVC/ABS体系，则具有十分显着的补强作用。

3.7.其他树脂

在含氟聚合物中如聚四氟乙烯，添加滑石粉能够改进蠕变强度、耐磨性、韧度、导热性、压缩强度、硬度、蠕变倾向和在高温下的热变形性；
在聚甲醛中添加滑石粉填充剂，可以使其本身韧度进一步提高；
在聚碳酸酯中添加超细目滑石粉，可以提高韧度；
在聚苯硫醚中添加超细目滑石粉，可以获得较好的加工性，较低的收缩，脱模尺寸精确。

3.8.滑石粉对SEBS（弹性体）

在SEBS为基材的TPE热塑性弹性体性改性料中有时候也不一定要用钙粉作为填料，滑石粉也可以作为TPE热塑性弹性体的填料之一；滑石粉与其它填料相比，它的主要特点是：白度较好，能适当增加共混粒料的流动性。在确定某一粒料的基本配方的条件下，如SEBS YH-503 100份，粉料PP 40份，白油200份，改变滑石粉的加入量，随着滑石粉加入量的增加，共混粒料的性能基本保持不变，永久变形逐渐变小，拉伸强度在滑石粉加入量增加到40份下降比较明显。

韧性哥注：滑石粉相对来说色相偏青灰，做白色料时候，没有碳酸钙好。

四、滑石粉在制品中的作用

滑石粉主要应用于薄膜、中空类制品、汽车零部件、家电零部件、管材等领域，在不同的领域，发挥着不一样的能力。在薄膜中，起保温阻隔；在中空类制品中，提高制品刚度，降低收缩率等；在汽车零部件中，提高强度，改善抗蠕变性能等；在家电零部件中，改善家电产品的质量及外观；在管材、板材中，提高尺寸稳定性，耐爆破能力。

4.1. 薄膜类制品

滑石粉在薄膜中对7--25μm的波长辐射有一定的屏蔽作用，这样可使白天所积蓄的热量在夜间以红外线的形式向外界散失受到阻隔，从而达到棚内保温的作用。滑石粉还可以提高薄膜的力学性能，如：拉伸强度、弯曲强度和刚性等均有所提高。还可以使薄膜的外观更加色彩艳丽，呈珍珠状，手感性也有改善。

4.2.中空类制品

有些中空制品在添加CaCO3母料时，可降低生产成本，但制品的物理性能有所下降，特别在盛放酸类物质时，易受到侵蚀，影响使用性能。在塑料中空制品中添加适量的滑石粉，可降低生产成本，减小制品收缩率，改善制品刚度，提高制品使用寿命。

4.3.汽车零部件及航空、军工零部件

滑石粉在汽车塑料零部件中应用最早，用量最大，主要有保险杠、仪表盘饰件、内装饰面板、风扇罩、加热器罩、管类、隔热板及各种塑料零件等，滑石粉可提高制品的冲击强度，改善高温下的抗蠕变性能，降低模塑收缩率，赋予制件表面质量更加优良，外观更加华丽，触摸感更适宜。滑石是一种常见的硅酸盐矿物，滑石的片状结构对塑料材料的刚性和高温下的抗蠕变性带来正面影响，使其可以作为增强性填料。滑石粉对聚丙烯材料有很好的增强作用，同时能提高聚丙烯的尺寸稳定性，耐热性等。在滑石填充PP汽车材料应用中，其片状结构有利于协调刚性和冲击韧性的最佳平衡。

韧性哥注：在汽车行业PP T20是一个经典的牌号，就是20%滑石粉填充的改性增韧聚丙烯。

目前，在飞机、航空、航天、军工等工业中，滑石粉的耐化学性、高低温稳定性及优异的机械性能都得到了认可，广泛应用于军工弹药包装箱、医药箱、机械装饰件等产品，还可用于密封衬垫、内装饰件等部件，可改善和提高部件的隔热、保温、隔音性能，减轻重量。

4.4.家电零部件

滑石粉不但可降低家电零配件的生产成本，还能改善家电产品的质量及外观，特别是在耐老化、防晒、褪色、隔热、保温、阻燃、隔音减重及改善产品特殊功能方面，有着不可替代的优势和特性。

4.5.管材、板材类制品

滑石粉可提高管材的耐爆破压力，特别是环刚度是制约大型塑料管材的重要指标，在加入一定量滑石粉后，可明显提高塑料管材的环刚度，提高制品尺寸稳定性。但是，大量的滑石粉会影响塑料管件的熔融联接。塑料板材是近几年发展较快的产品，滑石粉可提高板材的挺括性、阻燃性及化学稳定性。在铝-塑-铝装饰板材中加入滑石粉后，可明显降低产品生产成本，改善产品的隔热、隔音效果，提高产品的实用性和力学性。

五、主要产地

我们国内家族的根据地，广布于15省自治区，主要分布在辽宁、山东、广西、江西、青海五省（区），储量之和占全国资源总量95%。目前我国探明的滑石粉主要分布在广西桂林一带、山东栖霞、莱州胶东半岛、辽宁海城地区等。

由于矿源不同，滑石的性能结构不同，经过对比应用试验，广西的滑石透明性好，加工性能优异。山东胶州半岛的滑石粉SiO2含量较低，白度好，但透明性差。辽宁海城的滑石粉矿产资源丰富，价格适中，品种较多。但滑石粉的品种很多，矿源不同，加工技术也有差异，在选择滑石粉时一定要根据用途不同，选择不同规格、不同指标的滑石粉。滑石粉中的SiO2含量对滑石粉的性能有影响。

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