与上述典型的有机填料相比,无机填料是微孔注射成型热塑性塑料更为常用的填料,典型的有硅石、滑石粉、金属和矿物质填料等,矿物质填料包括硅灰石、重晶石、粘土、纳米粘土、碳酸钙、改性均密石英岩等。
1.粘土和纳米粘土
与硅石和白垩一样,粘土也是一种很好的多晶体矿物质材料。商业上应用的粘土如高岭土等已经以各种形式和粒径使用。水类粘土的粒子细小,可控制色彩、明亮度、pH值和杂质含量。煅烧的粘土经过热处理,去除了水合作用产生的水分。高岭土粘土既可用作热塑性塑料的填料,也可用作改性剂。在聚酯预混、型坯和毡片的成型中,粘土有助于提高一致性和对可成型性的控制。总的来说,粘土提高了材料的耐化学药品性,降低了吸水性,使材料具有优良的电性能[1]。
新型纳米粘土应用广泛,发展迅速。用二甲基二氢化脂烷基铵有机改性的纳米粘土可用作层状硅酸盐。微孔纳米粘土复合材料代表了新的研究领域,但其仍然不是注射成型工业的常用材料,大部分研究工作都仅限于大学的实验室。不过,纳米粘土在微孔成型中也有一些实际应用,将在4.6节讨论。
2.云母
云母和石棉都是结构矿物质性材料,基本都是结晶性的。合成云母是在1093℃高温下得到的云母[1],密度为2850kg/m3,平均粒径为5~20μm,是产生异相成核作用非常好的填充助剂。(www.daowen.com)
3.滑石粉
滑石粉是天然的层状云母片堆叠体,厚度为1~10μm,可以与短切玻璃纤维或聚酯纤维混合,使模量、弯曲强度和冲击强度更好地平衡,广泛用于PP改性,是微孔注射成型最为常用的填料。塑料中只要添加5%~10%(质量分数)的滑石粉就可以使有孔隙的差泡沫和有微孔的微孔泡沫产生极大的差异。然而,很多研究结果都表明,当气体用量很高时滑石粉的用量不必很高。气体用量较低时,添加滑石粉可能会有帮助,但达到一定用量后,再多的滑石粉也不会对泡孔成核产生更大的作用。例如,用串联挤出系统发泡时,将0.8%(质量分数)的滑石粉加到5%(质量分数)CO2发泡的支化PP中可以制备出泡孔细小的PP泡沫(泡孔密度达107~109个泡孔/cm3)[37]。同样,分散于PP中的1μm或更小的乙烯-丙烯橡胶(EPR)粒子与嵌段PP共聚物不用滑石粉就能制备出细小的泡孔,与添加滑石粉作成核剂的无规PP共聚物的泡孔结构一样,甚至更好[38]。这些结果也可以为注射成型提供参考,因为如果不考虑挤出机头,挤出成型与注射成型的第一步完全相同。
4.偏硅酸钙(CaSiO3)
硅灰石就是偏硅酸钙,是48.3%(质量分数)的氧化钙和51.7%(质量分数)的二氧化硅复合而成的,可能含有微量的铝、铁、镁、锰、钾和钠。添加硅灰石能提高树脂的拉伸强度和弯曲强度,减少其用量,可以提高材料在高温环境下的热稳定性和尺寸稳定性。
石棉是顶级的耐热改性剂,但会产生健康问题,在很多产品中都禁止使用。石棉有可能被矿物质纤维混合物替代,如硅灰石或CaSO4晶须。
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