無機礦物在木塑複合材料中的應用及特點

木塑複合材料是一種具有良好加工效能、高附加值和仿木特性的複合材料，被很多國家被列為綠色、節能、環保材料。無機礦物具有優異的硬度、尺寸穩定性和熱穩定性，並具有資源豐富、價格低廉、綠色環保等優點，在木塑複合材料中再加入無機礦物粉末，不僅可以極大地節約其生產成本，還可以有效提高木塑製品的抗拉強度、彎曲模量、抗衝擊性、導電效能、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構、化學成分和理化性質差異性很大，其礦物顆粒對填充改性木塑複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：

尺寸穩定性：硫酸鈣、碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、矽灰石、雲母等；

遮蓋性：碳酸鈣、高嶺土、滑石、石墨、雲母；

增白：碳酸鈣、高嶺土、滑石等；

隔聲、隔熱：珍珠岩、矽藻土、石棉、石膏、岩棉等；

絕緣：煅燒高嶺土、雲母、滑石等；

生物醫學：矽藻土、蒙脫土、磷灰石、珍珠岩等。

不同的無機礦物經過加工後具有不同的幾何形狀。與塑膠加工中常用的層狀結構如高嶺土和滑石粉相比，矽灰石和水鎂石等具有纖維狀結構的無機礦物，更適合作為木塑複合材料的增強填料。不同幾何形狀的礦物填料對木塑複合材料強度的影響排序一般為纖維狀>片狀>柱狀>立方>球形。

粒徑大小與分佈是無機礦物最重要的性質之一。不同的應用領域對無機礦物有不同的要求。對於高聚合物基複合材料而言，無機非金屬礦物填料粒徑越小，其增強效果越好。

近年來，複合礦物填料是業界關注的熱點，複合礦物填料並不是兩種或兩種以上無機礦粉的簡單混合物，對複合粉體材料進行了重新研磨，使粉體顆粒混合均勻，並對每種粉體的細小顆粒進行了重新排列，使粒度分佈合理。特別是透過對超細礦物粉體材料同時進行表面改性和分散處理，充分體現了礦物材料比表面積大、活化率高、分散性好的優點，所以在聚合物中填充量大，不僅降低了生產成本，還提高了產品的效能、附加值和市場競爭力。

2、無機礦物在木塑複合材料中應用方法及特點

目前，木塑中新增無機礦物的方式主要有一步混合法和兩步“母粒”法。

（1）一步混合法

熔融共混法：將改性後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，然後用雙螺桿擠出機熔融共混製備木塑複合材料。熔融共混法是應用最廣泛的粒子分散方法，符合工業生產需求，具有成型快、效率高的優點。

溶劑混合法：首先將增容劑和聚合物混合於適量的有機溶劑中，然後向上述混合溶液中加入無機礦物和木粉，再將混合物乾燥粉碎，最後將乾燥粉碎後的顆粒透過擠出、注塑或模壓等方法制成木塑複合材料。該方法具有溶劑對溶解聚合物的選擇多樣性、操作複雜、成本高、溶劑回收困難等缺點，不能在實際生產中廣泛應用。

（2）兩步“母粒”法

首先將改性後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），然後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，最後熔融共混製成木塑複合材料。研究表明：兩步“母料”法制備的無機礦物/木塑複合材料的抗拉伸強度和靜曲模量都明顯高於一步熔融混合法。

近年來，我國粉體表面改性技術取得了長足進步，無機礦物填料的分散均勻程度直接影響著複合材料效能，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製品的效能。

資料來源：《孟令宇，劉明利，李春風，等。無機礦物增強木塑複合材料研究進展［J/OL］。化工礦物與加工：1-7［2021-06-03］》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請註明出處！