無機礦物在木塑復(fù)合材料中的應(yīng)用及特點

礦物復(fù)合材料是一種具有良好加工性能、高附加值和仿木特性的復(fù)合材料，被很多國家被列為綠色、節(jié)能、環(huán)保材料。無機礦物具有優(yōu)異的硬度、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，并具有資源豐富、價格低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)點，在木塑復(fù)合材料中再加入無機礦物粉末，不僅可以極大地節(jié)約其生產(chǎn)成本，還可以有效提高木塑制品的抗拉強度、彎曲模量、抗沖擊性、導(dǎo)電性能、耐熱性和其加工的流動性。

1、常用的無機礦物及功能特性

不同種類的無機礦物的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和理化性質(zhì)差異性很大，其礦物顆粒對填充改性木塑復(fù)合材料的作用也各不相同。

常見的礦物填料及其功能作用如下：

尺寸穩(wěn)定性：硫酸鈣、碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、硅灰石、云母等；

遮蓋性：碳酸鈣、高嶺土、滑石、石墨、云母；

增白：碳酸鈣、高嶺土、滑石等；

隔聲、隔熱：珍珠巖、硅藻土、石棉、石膏、巖棉等；

絕緣：煅燒高嶺土、云母、滑石等；

生物醫(yī)學(xué)：硅藻土、蒙脫土、磷灰石、珍珠巖等。

不同的無機礦物經(jīng)過加工后具有不同的幾何形狀。與塑料加工中常用的層狀結(jié)構(gòu)如高嶺土和滑石粉相比，礦物復(fù)合材料硅灰石和水鎂石等具有纖維狀結(jié)構(gòu)的無機礦物，更適合作為木塑復(fù)合材料的增強填料。不同幾何形狀的礦物填料對木塑復(fù)合材料強度的影響排序一般為纖維狀>片狀>柱狀>立方>球形。

粒徑大小與分布是無機礦物最重要的性質(zhì)之一。不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)o機礦物有不同的要求。對于高聚合物基復(fù)合材料而言，無機非金屬礦物填料粒徑越小，其增強效果越好。

近年來，復(fù)合礦物填料是業(yè)界關(guān)注的熱點，復(fù)合礦物填料并不是兩種或兩種以上無機礦粉的簡單混合物，對復(fù)合粉體材料進行了重新研磨，使粉體顆?；旌暇鶆?，并對每種粉體的細小顆粒進行了重新排列，使粒度分布合理。特別是通過對超細礦物粉體材料同時進行表面改性和分散處理，充分體現(xiàn)了礦物材料比表面積大、活化率高、分散性好的優(yōu)點，所以在聚合物中填充量大，不僅降低了生產(chǎn)成本，還提高了產(chǎn)品的性能、附加值和市場競爭力。

2、無機礦物在木塑復(fù)合材料中應(yīng)用方法及特點

目前，木塑中添加無機礦物的方式主要有一步混合法和兩步“母?！狈ā?/p>

（1）一步混合法

熔融共混法：將改性后或未改性的無機礦物、木粉、聚合物、增容劑和其他助劑在機械混合機中共混，礦物復(fù)合材料然后用雙螺桿擠出機熔融共混制備木塑復(fù)合材料。熔融共混法是應(yīng)用最廣泛的粒子分散方法，符合工業(yè)生產(chǎn)需求，具有成型快、效率高的優(yōu)點。

溶劑混合法：首先將增容劑和聚合物混合于適量的有機溶劑中，然后向上述混合溶液中加入無機礦物和木粉，再將混合物干燥粉碎，最后將干燥粉碎后的顆粒通過擠出、注塑或模壓等方法制成木塑復(fù)合材料。該方法具有溶劑對溶解聚合物的選擇多樣性、操作復(fù)雜、成本高、溶劑回收困難等缺點，不能在實際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

（2）兩步“母?！狈?/p>

首先將改性后或未改性的礦物填料均勻分散在聚合物中(熔融或溶劑混合法)，然后將無機礦物所填充的聚合物用作“母料”，與木粉、增容劑和其他助劑進行機械混合，最后熔融共混制成木塑復(fù)合材料。研究表明：兩步“母料”法制備的無機礦物/木塑復(fù)合材料的抗拉伸強度和靜曲模量都明顯高于一步熔融混合法。

近年來，我國粉體表面改性技術(shù)取得了長足進步，無機礦物填料的分散均勻程度直接影響著復(fù)合材料性能，對無機礦物粉體進行表面改性，可有效改性其分散性，從而進一步提高木塑材料制品的性能。