填料

填料是添加到黏合剂（树脂、热塑性塑料、水泥）中以制备复合材料的颗粒材料。填料可以改善制品的特定性能或降低产品成本。

粗填料（如建筑骨料和鋼筋）主要用于建筑工业，制造灰泥、砂浆和混凝土。

粉末状填料常与弹性体和塑料混合使用。全球每年有超过5300万吨填料（总价值约180亿美元）用于纸张、塑料、橡胶、油漆、涂料、黏合剂和密封料的生产。填料生产商超过700家，填料已成为世界主要原料之一，广泛存在于各种日常消费品中。最常用的填料包括重质碳酸鈣（GCC）、沉淀碳酸钙（PCC）、高岭土、滑石和炭黑。

填料可以影响材料的抗拉强度、韧性、耐热性、颜色和透明度等，可用于改变或增强材料性能，或作为改善和控制加工特性的手段。使用填料的另一个原因是可以通过用廉价填料代替部分昂贵的核心材料来降低成本。

塑料中使用的填料大多是矿物或玻璃基填料。微粒和纤维是填料的两大子类。微粒是混合在基体中的微小填料颗粒，其尺寸和长径比至关重要。纤维是细长的圆形链，长度可以很长，且具有极高的长径比。

类型
碳酸钙（CaCO3）
在塑料工业中常被称为“白垩”，碳酸钙源自石灰石和大理石，广泛应用于包括聚氯乙烯（PVC）和不饱和聚酯在内的多种领域。制造复合材料时，\text{CaCO}_3的添加量可高达90%。这些添加剂可以通过降低冷却速率来提高成型生产率。它们还能提高材料的工作温度并为电线提供绝缘。

\text{CaCO}_3在填充中作为基材占很大比例。含量达97%的碳酸钙粉末能使白色或不透明制品获得更高的白度，从而减少白色母料的使用量。在含量较低时，碳酸钙粉末可用于彩色制品。此外，它还能使塑料成品表面更加明亮光泽。

高岭土
高岭土在塑料中主要利用其抗粘连特性，并在激光打标中作为红外吸收剂。

纳米填料
纳米填料的粒径小于100纳米。它们具有高长径比，主要用作耐刮擦和防火填料。

天然聚合物
多种天然高分子可用作填料。已知的例子包括纤维素纤维、木粉和木纤维、亚麻、棉花、剑麻以及淀粉。

机械性能
抗拉强度
抗拉强度是评价填料最常用的方法。复合材料的抗拉强度可以通过下式计算：

: \sigma_c = \sigma_p(1 - a\Phi_f^b + c\Phi_f^d)

其中

: \sigma_c = 复合材料的抗拉强度
: \sigma_p = 聚合物基体的抗拉强度
: \Phi_f = 填料的体积分数
: a, b, c, d是取决于填料类型的常数。a与应力集中有关，且基于填料的黏附特性。b通常为0.67。c和d是与粒径成反比的常数。对于电磁焊接和热板焊接，添加滑石和玻璃纤维会使焊接强度降低多达32%。与整体材料相比，焊接后塑料的强度会随着基体中填料含量的增加而降低。使用磨蚀性填料可能会影响焊接工具。磨蚀性填料会加速焊接工具的退化，例如与塑料接触的超声波焊头表面。测试填料可焊性的最佳方法是将焊接强度与树脂强度进行比较。由于许多填料含有不同含量的添加剂，会改变其机械行为，因此也可能难以实现。

填料在塑料工业中的应用
填料广泛应用于塑料制品的生产过程，用以改性原始塑料的性能。通过使用塑料填料，制造商可以节省生产成本并减少原材料消耗。

填充母料在改善塑料物理性能方面的重要性不言而喻，特别是在降低成本和提高生产效率方面。

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参考