聚烯烃之填充母料

第1章聚烯烃填充母料体系概述1

1.1聚烯烃树脂品种及其主要物性1

1.1.1聚乙烯2

1.1.2聚丙烯2

1.1.3聚1-丁烯2

1.1.4乙烯-丙烯共聚物2

1.1.5聚苯乙烯3

1.2填充剂(或称填料)及其主要物性3

1.3聚烯烃填充母料体系的共混4

1.4流体的黏度及其流动类型、黏度的温度系数4

1.4.1流体的黏度及其流动类型4

1.4.2黏度的温度系数4

第2章填充母料技术所涉及的基本原理和概念6

2.1牛顿流体黏度与流变概念6

2.1.1牛顿流体在细管模型中的黏性流动9

2.1.2牛顿流体在内外圆筒环隙中的旋转流动13

2.1.3牛顿流体在内外圆筒环隙中的轴向流动15

2.2非牛顿流体的流动类型与经验公式18

2.2.1假塑性流体的经验式20

2.2.2塑性流体和准塑性流体的经验式20

2.3非牛顿流体在细管中的流动22

2.3.1宾汉流体在细管中的流动23

2.3.2假塑性流体在细管中的流动24

2.3.3准塑性流体在细管中的流动25

2.4特性黏度(或称特性黏数)与黏均分子量28

2.4.1实验数据作图法30

2.4.2联立方程组求解法30

2.5化合物之间的相容性概念32

2.5.1相容（溶）性概念及其演绎33

2.5.2Hildebrand相近法则33

2.5.3Hansen三分量溶度参数相近法则35

2.5.4极性相近法则38

2.5.5介电常数相近法则40

2.6聚合物共混物的相容性判断41

2.6.1玻璃化温度法41

2.6.2浊度法41

2.6.3黏度法42

2.7填充母料共混体系的相容性判断43

第3章填充剂粉体的加工及相关参数44

3.1机械粉碎法生产碳酸钙粉体44

3.1.1机械粉碎设备44

3.1.2分析机的分级原理45

3.2化学合成法(又称沉淀法)生产碳酸钙粉体48

3.3填充剂粉体的物性及表象参数50

3.3.1填充剂的物性50

3.3.2填充剂的表象参数51

3.3.3粉体粒径的测定方法54

3.3.4填充剂的堆积因子57

3.3.5填充剂的表面性质57

3.3.6填充剂的化学稳定性57

第4章填充剂表面改性处理58

4.1填充剂表面改性58

4.2填充剂的分散63

4.3填充母料体系的润滑65

4.4填充剂的理论极限添加量66

4.4.1正六面体堆积66

4.4.2正四面体堆积67

4.5填充母料中填充剂的分散度检测68

4.5.1吹塑薄膜法68

4.5.2熔体过滤性法68

4.5.3赫格曼细度计法69

第5章聚烯烃填充母料生产工艺与工程71

5.1聚烯烃填充母料生产工艺71

5.1.1物料的混合及填充剂的表面处理71

5.1.2挤出机共混及热切造粒72

5.2聚烯烃填充母料配方设计73

5.2.1聚烯烃填充母料配方设计实例73

5.2.2ABS填充母料配方设计实例74

5.3聚烯烃填充母料工艺工程装备75

5.4聚烯烃填充母料工艺过程75

5.4.1混料釜混料过程76

5.4.2高速混合机混料过程76

5.4.3挤出机共混及热切造粒过程76

5.4.4气力输送与冷却过程78

5.4.5半成品筛分及并批过程78

5.5工艺过程实例79

5.5.1聚烯烃填充母料工艺过程79

5.5.2ABS填充母料工艺过程81

5.6填充母料的质量检测项目81

5.6.1外观81

5.6.2白度81

5.6.3密度81

5.6.4表观比质量容积82

5.6.5熔体指数82

5.6.6挥发分含量84

第6章填充母料的应用85

6.1填充母料在注塑制品中的应用86

6.2填充母料在吹塑中空制品中的应用88

6.3填充母料在挤出打包带和扁丝中的应用89

6.4填充母料在聚烯烃薄膜中的应用90

6.5填充母料在聚烯烃管材中的应用91

6.6填充母料在聚烯烃流延膜中的应用91

第7章填充塑料性能检测93

7.1力学性能93

7.1.1拉伸性能93

7.1.2压缩性能96

7.1.3弯曲性能97

7.1.4冲击性能99

7.1.5应力蠕变性能101

7.2介电性能101

7.2.1电阻率102

7.2.2介电常数和介电损耗角正切105

参考文献107 2100433B

本书内容在将理论与实践相结合的同时，着力突出实践性和可操作性。内容陈述深入浅出，并对容易模糊的概念给出量化计算示例，以期拓宽其可读性。

本书共分7章。第1章概述聚烯烃品种、填料品种及其物性，填充母料体系的共混，流体的黏度与流动类型。第2章讲述填充母料技术所涉及的基本原理和概念。其中包括流变学基础知识、各种物料之间的相容性概念。第3章介绍填充剂粉体的加工技术及其工艺原理、粉体表象参数的表达及其测定方法。第4章介绍填充剂表面改性及改性助剂的选择原则，填料的堆积因子、极限添加量，以及填料分散度的测评。第5章介绍填充母料生产工艺、配方设计、装备参数的确定、工艺过程及其相应实例。第6章讲述填充母料在塑料制品中的应用。第7章扼要介绍填充塑料的力学性能和介电性能的检测方法。

本书适合于填充母料企业的科技人员阅读参考；也适合于塑料加工企业应用填充母料的科技人员阅读参考；还可作为大专院校高分子材料加工专业学生的课外参考读物。

备案信息

备案号：0491-1991

聚烯烃填充母料加工工艺及相关设备随着载体树脂的不断变更也随之发生变化。

第一代聚烯烃填充母料（APP母料）所采用的载体树脂是国产无规聚丙烯（实际是生产聚丙烯副产品），加工工艺为：混炼——开炼拉片——水冷切粒，为间歇性生产，使用设备有密炼机、开炼机和平板切粒机。

第二代聚烯烃填充母料是以LDPE（1F7B）为载体树脂，生产出的母料称为PEP母料。该工艺过程必须采用具有大长径比、高混炼性能的特殊设计制作的单螺杆挤出机，才能获得较好的效果。

以聚丙烯粉料为载体的填充母料，即PPM母料称为我国第三代填充母料。一般采用聚丙烯与聚乙烯共混物作载体树脂的办法，效果才会很好。产品既保持了PPM母料的特色和使用范围，又可采用模面热切风冷工艺，提高了生产效率，降低了原材料成本。

制作填充母料最好加工设备是同向旋转双螺杆挤出机。该机的优点是可连续生产、质量稳定、生产效率高、能耗低、工人劳动强度低、操作环境好。

填充母料中含填料和助剂的浓度大，使用时必须加入一定量的基体树脂经混炼后再加工成型，填料主要起填充作用。填料和助剂能赋予塑料制品特殊功能，如：光、电、阻燃、降解等，称为功能性填充母料。功能性母料通常包括色母料、光转化母料、高效保温膜母料、防雾滴母料和降解母料等。

色母料是使塑料制品着色的一种专用粒料。其根据着色的塑料品种可分为聚烯烃类、ABS类、PS类和AS类等。色母料的生产工艺通常分为两步：第一步是制取颜料预分散体，即用分散剂或其它助剂对颜料进行表面处理；第二步是将颜料预分散体与载体树脂混熔造粒后制得色母料。色母料是由颜料、分散剂、载体树脂和适量助剂构成。分散剂的主要作用是使颜料充分分散，均匀地分散在载体树脂和基体树脂中，最终获得色泽均匀的塑料制品。用于色母料的载体树脂首先应与被着色树脂具有良好的相容性，其次载体树脂的流动性应大于被着色树脂，以便颜料更好地分散。色母料的组成、颜料的选择和用量取决于被着色塑料的性质，通常用于聚烯烃塑料着色的色母料中颜料的含量为20%~40%（质量分数）。

聚烯烃填充母料是由载体树脂、填料和各种助剂三部分组成，其中填料占主要成分，最多可达90%。聚烯烃填充母料主要用于聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃塑料的生产。如：聚乙烯中空吹塑制品、聚乙烯注塑制品和聚乙烯薄膜、聚丙烯编织袋、编织布和打包带等。一般选择烯烃填充母料的原辅材料时，要考虑到其使用性能好、成本低。

填充母料填料

聚烯烃填充母料所用的填料主要是重质碳酸钙，其次是滑石粉、高岭土、钙粉等无机填料。对任何无机填料、粒径和粒径分布是重要的技术指标。通常粒径越小、分布越窄，填充效果越好。此外，填充效果好坏还与分散性有关，粒径越小分散越困难，价格也越高。纯度是无机填料另一项重要技术指标，杂质含量越少、纯度越高越好。一般选用重质碳酸钙时，其含量和白度尽可能要高，一般要求在94%以上。保证其它各项指标达到要求后，价格要低，以利于降低母料成本。

填充母料载体树脂

聚烯烃填充母料的使用性能和成本主要取决于载体树脂，通常根据母料的用途不同，载体树脂一般含量为10%~20%。聚烯烃填充母料所用载体树脂应当与所填充的塑料基体树脂具有良好的相容性。从这一方面考虑，一般载体树脂最好选用基体树脂。此外，选用填充母料载体时，还要考虑其熔点和熔体流动性，载体树脂的熔点不得高于基体树脂。仍有部分企业至今还在采用LDPE（1F7B）作为载体树脂，这主要是因为这种牌号的树脂熔点低、熔体流动速率高（7g/10min）。但是由于聚丙烯熔融温度高（比一般聚乙烯高20~40℃）限制了它在聚乙烯塑料中使用，而无规聚丙烯或用液相本体法合成的粉状聚丙烯的熔点不超过100℃，所以被广泛用作聚烯烃填充母料的载体。

用LDPE（1F7B）作聚烯烃填充母体载体树脂，其最大优点是熔点低，熔体流动速率高，熔体强度大，但突出的缺点是价格高。如果选用成本低的熔体流动速率较低的低密度聚乙烯树脂，如1I2A-1或2F2B等，由于它们的熔体流动速率低，一般为2g/10min左右，在加工时，需要加入更多的石蜡等助剂，以利于母料在基体树脂更好地分散。通常用聚乙烯作载体制作的填充母料，更适用于聚乙烯塑料制品，主要原因是载体树脂与基体树脂性能相同，相容性好。用于聚乙烯薄膜的填充母料对载体树脂的要求更高更严些。

用于聚丙烯制品的填充母料，其载体树脂最好选用聚丙烯。从理论上讲，无规聚丙烯最好，因为它的熔点低、熔体流动性好，分散性好。但具体到我国国情，选择液相本体法合成的粉状聚丙烯更为合适，因为它的价格低廉，本身又是粉状，极易与无机填料混合均匀，即使在加料斗中也不会分层。采用聚丙烯作载体，由于聚丙烯热稳定性差，必须同时加入抗氧剂和润滑剂。为了使只占树脂总量千分之几的助剂能均匀分布在树脂中，最好先将树脂与各种助剂混合均匀，再按一定比例与填料混合造粒。

为了使用的广泛性，可以选用熔融指数相近的聚丙烯和聚乙烯按一定比例配合起来做载体树脂，这样母料与聚乙烯配合使用还可提高一些性能，与聚丙烯配合可以提高延伸率。

回收聚苯乙烯广泛用在合成革制造工艺中，即使载体树脂与基体树脂相容性不够好，但是载体树脂对塑料制品性能影响远比填料的影响要小，能带来可观的经济效益。在用其它树脂作载体制作填充母料时，为了提高填充母料的加工流动性和在基体树脂中的分散性，常常加入少量的回收聚苯乙烯。

由于填充母料的生产成本主要取决于载体树脂，又因载体树脂在母料中的含量较少，对一般填充改性的塑料制品的性能影响不大，为了降低母料成本，常常选用废旧聚乙烯、聚丙烯塑料或聚乙烯一聚丙烯复合膜的边角料作载体。

填充母料助剂

聚烯烃填充母料使用的助剂品种主要是分散剂和表面处理剂。分散剂的作用是改善母料加工流动性，有利于母料在基体树脂中更均匀地分散。常用的分散剂有：白油（液体石蜡）、石蜡、邻苯二甲酸二辛酯（BOP）、低相对分子质量聚乙烯（聚乙烯蜡）及硬脂酸等。常用分散剂的主要性能，可以根据填料和载体树脂的性能特征选择使用。表面处理剂可以改变无机填料表面活性，使之由亲水性转化为亲油性，以利于和载体树脂混合，主要有偶联剂和硬脂酸两类，为了产品分散性更好，更光亮可以添加EBS，流动改性剂等。