无机填料的种类与其选择

　　填料是用以改善复合材料性能，并能降低成本的固体添加剂，它与增强材料不同，填料呈颗粒状，因而呈现纤维状的增强材料不作为填料使用。

　　填料的加入能够起到改善强度、降低线膨胀系数、提高导电系数、改善耐候性、提高表面光泽、改善声学性能、增加黏度、降低成本等作用。

　　填料的种类分为（1）无机填料和有机填料；（2）惰性填料和活性填料：（3）微球形（实心或空心）填料；（4）片状、纤维状、针状填料；（5）玻璃粉与磨碎玻璃纤维填料；（6）复合型填料；

　　这里主要介绍无机填料，无机填料主要以天然矿物为原料经过开采、加工制成的颗粒状填料，少数填料是经过处理制成的。

　　无机填料的种类

　　碳酸钙类

　　碳酸钙主要有重质碳酸钙和轻质碳酸钙，是橡胶工业中用量仅次于陶土的矿物材料，其用量约占无机矿物填料总量的27%。

　　重质碳酸钙是由天然大理石、石灰石、白垩、方解石、白云石或牡蛎、贝壳等经粉碎、分选到一定细度制得。

　　在橡胶中主要起填充增容的作用，无补强效能。轻质碳酸钙，粒径在0.5~6μm之间，化学沉淀法制得，有微弱的补强效果。

　　轻质碳酸钙按其粒径大小分为普通轻钙、超细碳酸钙、纳米钙，超细碳酸钙、纳米钙粒径在0.01~0.1μm之间，有较好的补强效果。

　　云母粉

　　由天然云母矿石经干法、湿法研磨制得其化学成分为硅酸钾盐。用做橡胶填充增量剂。绢云母有补强效能，可替代部分半补强碳黑使用，还可用做隔离剂。

　　由于它属于单斜晶系，其结晶呈薄片，能提高橡胶的阻尼性能。它有良好的耐热、耐酸性能和电绝缘性能，还有防护紫外线和放射性辐射的功能，可用于特种橡胶制品。

　　滑石粉

　　滑石粉由天然滑石经干法、湿法粉粉碎或高温煅烧而得，是六方或菱形结晶颗粒，粒径为1.3~149μm。其化学组成为水合硅酸镁。用作橡胶填充剂、增容剂、隔离剂及表面处理剂。

　　蒙脱土

　　纳米蒙脱土系蒙皂石粘土（包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土）经剥片分散、提纯改性、超细分级、特殊有机复合而成，平均晶片厚度小于25纳米，蒙脱石含量大于95%。

　　具有良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等。从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。

　　硅灰石粉

　　硅灰石粉是由天然硅灰石经选矿、粉碎制得，粒径为3.5~75μm。其化学成分为偏硅酸钙。用作橡胶填充剂和白色颜料。

　　氢氧化铝

　　氢氧化铝是用量最大和应用最广的复合材料填料，在化学上惰性、无毒，在聚氨酯制品中添加氢氧化铝可提高聚氨酯制品的力学性能，起到增强的作用。

　　空心玻璃微珠

　　空心玻璃微珠(HGM)是一种微米级新型轻质材料，其主要成分是硼硅酸盐，一般粒度为10～250μm，壁厚为1～2μm，该产品具有质轻、强度高、导热系数和热收缩系数小等特点，。

　　经过特殊处理具有亲油、憎水性能，非常容易分散于树脂等有机材料中。可直接填充于绝大部分热固性、热塑性树脂产品中，起到减轻产品质量、降低成本的效果，同时可消除产品内应力，确保尺寸稳定性，赋予材料隔音、隔热、绝缘等性能。

　　高岭土

　　高岭土含有结合水，在高温下方可除去，但在空气中极易吸附水，所以要特别注意水分影响。在PVC中加入10%煅烧高岭土，可提高电绝缘性5~10倍。

　　高岭土同滑石粉、云母一样对波长为7~25μm的红外线有阻隔作用，可用于农用大棚膜保温瓶剂。此外，还可作为PP的成核剂。

　　硫酸钡

　　硫酸钡的表面光泽高于其他填充材料。一为利用其密度高，制造高密度塑料制品；二为利用其可吸收X射线和Y射线；三为用之余吸音和导热填充材料。

　　此外，氢氧化镁、硅藻土、炭黑、二氧化硅等也用于各种制品中作填料。

　　无机填料的选择

　　无机填料的选择应该综合考虑制品的性能、成型工艺和成本等几方面的因素。主要可以从无机填料的吸油值、颗粒度大小和分布、填充量、相对密度、触变性、填料价格等都会影响到填料的选择。

　　吸油值

　　吸油值也称树脂吸附量，表示填充剂对树脂吸收量的一种指数。在实际应用中，大多数填料用吸油值这个指标来大致预測填料对树脂的需求量。

　　颗粒相同的填料，带空隙的比不带空隙的填料颗粒吸油值要髙，所以油吸附量小的填料在树脂中的用量就可增加。

　　吸油值对选择填料具有一定的指导意义，它直接影响到模塑料的成本和加工性能。填料吸油值大，有可能会"吃掉"几倍甚至几十倍于自身价格的树脂，这无形中提髙了物料的成本。

　　吸油值上升，树脂的黏度随即上升，这会严重影响其对钎维的浸渍，甚至会改变模塑料的流变性能，使其成型工艺性能变差。所以，为提高填料在模塑料中的含量。所选择的填料以较低的吸油值为好。

　　颗粒度大小和分布

　　颗粒是填料的基本单元。填料的颗粒度一般用其通过某号筛网所给定的百分数来分级。如99.8%的颗粒通过127.95网孔数(325目)的网筛，此填料的细度称为325目。

　　与网筛目相对应的也有用微米表示填料细度的，如果构成网筛金属细丝间距离为44um，那么通网筛的填料也可称为直径为44um的填料。

　　直径比44um大的粒子不能在网筛中通过，但比44um小的粒子却能通过网筛并混在一起，因此，实际上所使用的填料的粒径大小是不等的。

　　对于填料颗粒度的要求有两项：一是平均颗粒度；二是颗粒度分布。—般平均颗粒度以5um左右为好，最大颗粒度不宜超20um，颗粒表面应光滑。

　　超过20um的颗粒会给制品性能造成不良影响。填料的颗粒大小与吸油值有一定的关系。

　　颗粒较大、平均颗粒为8um填料的总表面就较小，吸油值亦较低，易被树脂所浸润，可以有很高的加入量，如碳酸钙、二氧化硅和粗的滑石粉等。

　　填充量

　　填料是很便宜的原料，它可以大幅度降低模塑料及其制品的成本，因此人们常希望尽可能向模塑料中多加填料，使填料的填充率高些。

　　但填料的不同类型、颗粒度及其分散性等都将影响树脂混合料的流动性，因而影响到各种填料的加入。

　　实际上，填充率与吸油值有着直接的关系，在黏度一定的条件下，值愈小，填充率就愈髙。当然，实际的填充率是有限度的，要达到最大的填充率是不可能的。

　　触变性

　　触变是一种种物理现象，即当物料受到振荡时，其黏度显著下降，而当振荡停止时，物料又恢复到原来的黏度。

　　触变性敏感的物料，在模塑压力的作用下会造成物料黏度过低，物料流失大，甚至使树脂与增强材料分离。在填料含量髙时，应产生中等程度的触变性。

　　特殊性能

　　有些填料的加入可以改善模塑料的物理性能。如水合氧化铝可以赋予模塑料自熄性和抗漏电件；硫酸钡可以改善模塑料的耐腐蚀性；滑石粉能提高模塑料的耐电弧性等。

　　填料的搭配

　　在使用过程中还可以将两种或多种填料相混合，取长补短，以获得比较理想的效果。这种搭配可以是不同品种填料的搭配，也可以是以不同品种、细度上的搭配或者不同吸油化值的搭配等。