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碳酸鈣母粒造粒機(jī),碳酸鈣造粒機(jī)(圖示)

碳酸鈣特性和塑料對(duì)碳酸鈣的基本要求

       碳酸鈣的特性      碳酸鈣在塑料中大量使用，得到塑料行業(yè)高度重視不是偶然的，相比起其它非金屬礦物粉體材料，碳酸鈣具有明顯的優(yōu)勢(shì)。      1）價(jià)格便宜 無(wú)論是重鈣還是輕鈣在各種非礦粉體材料是價(jià)格最低的，也就是說(shuō)任何一種非礦粉體材料僅僅試圖替代碳酸鈣作為塑料填充料使用，而不是突顯這種粉體材料本身的特點(diǎn)，那是沒(méi)有意義的。      2）色澤好，易著色 且可以做淺色塑料制品。不足之處是著色的塑料制品色澤不夠鮮艷，在多數(shù)情況下還是可以接受的。

       3）硬度低 其莫氏硬度為3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于制造加工機(jī)械設(shè)備與模具所用鋼材（如氮化鋼、高速鋼）的硬度，因此填充塑料對(duì)所接觸的設(shè)備部件（螺桿、螺筒等）和模具的磨損較輕。       4）熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性良好       在碳酸鈣的熱分解溫度在800℃以上，在所有的塑料加工溫度下（300℃以下）都不會(huì)發(fā)生熱分解      碳酸鈣是強(qiáng)堿弱酸鹽，除遇酸性介質(zhì)外，其化學(xué)穩(wěn)定性良好。

      5）易干燥，無(wú)結(jié)晶水，吸附的水分通過(guò)加熱容易除去。

      6）無(wú)毒、無(wú)刺激性、無(wú)味，特別是我國(guó)的方解石、大理石、石灰石資源豐富，可選擇余地大，絕大多數(shù)資源品質(zhì)優(yōu)良，特別是重金屬含量極低，達(dá)到國(guó)家衛(wèi)生級(jí)要求。

      碳酸鈣對(duì)填充塑料性能的影響      1）對(duì)密度的影響      重鈣和輕鈣在真實(shí)密度上區(qū)別不明顯，前者為2.6~2.9g/cm3，后者為2.4~2.6 g/cm3，它們的主要區(qū)別主是要堆積密度差別顯著，工業(yè)上用沉降體積來(lái)區(qū)分重鈣和輕鈣，即在無(wú)水乙醇中2.5mL/g以上為輕鈣，而重鈣在1.2~1.9mL/g。

     堆積密度不同主要由于碳酸鈣粉體顆粒的晶形不同，輕鈣粒子為紡錘形（棗核形），具有一定的長(zhǎng)徑比，而重鈣多呈破碎后的塊狀。這種顆粒形狀的差異導(dǎo)致在基體塑料中，碳酸鈣粒子是以大大小小凝聚體形式像海島一樣存在的，它們所占據(jù)的空間大小也不相同。從宏觀上看，填料的添加量相同時(shí)，不同的填料，重鈣或是輕鈣，甚至目數(shù)不同的重鈣，都會(huì)造成塑料制品長(zhǎng)度、面積或制品個(gè)數(shù)的不同。表3列出輕鈣或不同目數(shù)的重鈣填充PVC芯層發(fā)泡管材的密度變化情況。

對(duì)塑料制品成型尺寸變化率的影響

     塑料制品在成型后的冷卻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生收縮，無(wú)論是擠出、壓延還是注塑、吹塑成型都會(huì)存在這種現(xiàn)象，尤其是注塑成型制品如果對(duì)制品尺寸變化的規(guī)律掌握不好，就會(huì)出現(xiàn)翹曲、塌陷等現(xiàn)象，影響制品的外觀。例如，ABS樹(shù)脂的成型收縮率僅為0.5%左右，依此設(shè)計(jì)制造的模具用于PP材料的注塑成型，由于純PP材料的成型收縮率為1.5%~2.0%，大大高于ABS樹(shù)脂，因此同樣模具注塑出來(lái)的制品，由于材料不同，其外型有可能變化很大。碳酸鈣和其它非礦粉體材料加入會(huì)使填充塑料的成型尺寸變化率（收縮率）大大小于純基體塑料。例如，在聚丙烯塑料中加入30%~40%的碳酸鈣或滑石粉，其注塑成型尺寸變化率可從純PP的2.0%下降至1.0%以下。這意味著如果用注塑ABS材料的模具換成注塑純PP材料，需要重新設(shè)計(jì)和制造模具，而如果用碳酸鈣40%的填充PP材料，仍然還可以使用原來(lái)的模具。對(duì)塑料用碳酸鈣的基本要求

     了解了碳酸鈣本身的特性以及碳酸鈣對(duì)填充塑料性能的影響之后，提出對(duì)塑料用碳酸鈣的基本要求就比較簡(jiǎn)單了。      1）碳酸鈣含量要高，硅、鐵等元素的化合物要盡量低，有害重金屬元素含量更要嚴(yán)格要求。白云石的主要成分是碳酸鈣和碳酸鎂，按理說(shuō)應(yīng)當(dāng)也可以用做塑料的填料。但從實(shí)際使用的效果看，白云石粉加入塑料中（聚乙烯、聚丙烯）會(huì)使整個(gè)填充物呈現(xiàn)灰色。到目前為止，還未得到合理的解釋。     硅化合物的存在，有可能使聚氯乙烯發(fā)生輕度交聯(lián)或引發(fā)熱降解，如造紙堿回收排出的白泥中，碳酸鈣含量達(dá)95%以上，但有的白泥中酸不溶物含量高，會(huì)使聚氯乙烯熱穩(wěn)定性減弱，而同樣的白泥不會(huì)影響聚乙烯或聚丙烯的熱穩(wěn)定性。在重鈣中硅化合物的存在會(huì)導(dǎo)致顆粒硬度增大，含硅高的方解石粉制作的填充母料用于聚丙烯扁絲生產(chǎn)時(shí)，分切刀片易磨損就是證明。

     鐵含量高會(huì)影響重鈣粉的色澤，易發(fā)黃，特別是在表面處理時(shí)遇到硬脂酸等酸性物質(zhì)時(shí)，在高溫下極易變黃。      在碳酸鈣用于接觸食品的塑料制時(shí)，如一次性餐具、包裝袋等，要嚴(yán)格篩選所用的碳酸鈣，以確保重金屬元素含量符合衛(wèi)生要求。       2）白度要盡可能高     無(wú)論重鈣還是輕鈣，其白度主要取決于資源。對(duì)于塑料材料來(lái)說(shuō)，白度高低并不影響材料的力學(xué)性能和加工性能，但白度高給人的感覺(jué)好，同樣的性能白度高的更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。       3）吸油值越低越好

     100g粉體材料所能吸收的鄰苯二甲酸丁二醇酯（DBP）的量稱之為該材料的吸油值。

     對(duì)于某些塑料制品，如軟質(zhì)聚氯乙烯、人造革、電纜料等，需使用增塑劑，碳酸鈣吸油值越高，越易將增塑劑吸附到填料中，使其失去增塑樹(shù)脂的作用，從而為達(dá)到一定的柔軟度需加大增塑劑用量，造成成本上升。通過(guò)對(duì)碳酸鈣表面處理，將碳酸鈣顆粒表面包覆，可以降低其吸油值。例如，經(jīng)偶聯(lián)劑處理的輕質(zhì)碳酸鈣其吸油值可從92.91g/100g降至49.33g/100g。      4）細(xì)度要適當(dāng)，并非越細(xì)越好，粒徑分布也要因需而定     對(duì)填充塑料來(lái)說(shuō)，所用的填料粒徑越小，同樣填充比例時(shí)，其填充塑料材料的力學(xué)性能越好，但其前提是粉體顆粒在塑料基體中均勻分散，即以單個(gè)顆粒的形式像海島一樣分散在基體塑料的汪洋大海中。如果是凝聚體，甚至是大的團(tuán)粒，則不僅不能帶來(lái)好的影響，反而會(huì)成為材料中最薄弱的區(qū)域，比實(shí)體大顆粒的作用還要差。鑒于我國(guó)目前對(duì)粉體材料表面處理及在塑料基體中的分散技術(shù)還不十分理想，塑料行業(yè)中使用的加工機(jī)械設(shè)備還不足以將過(guò)細(xì)的粉體顆粒完全分散開(kāi)來(lái)，因此非礦粉體加工企業(yè)不應(yīng)追求越細(xì)越好。這也是納米碳酸鈣未能在塑料行業(yè)中推廣使用的重要原因。      我們使用的重鈣按粗細(xì)大致分為三大類(lèi)，400目、800目和1250目，其實(shí)際使用的比例大約為60:30:10，也就是說(shuō)，作為重鈣產(chǎn)品，塑料行業(yè)用量的是400目的，當(dāng)然現(xiàn)在用量增長(zhǎng)最快的1250目的。表6 碳酸鈣粒徑大小對(duì)填充HDPE薄膜力學(xué)性能的影響

 力學(xué)性能CaCO3粒徑 拉伸強(qiáng)度（縱/橫）/MPa 斷裂伸長(zhǎng)率（縱/橫）/%

400目 22.6/20.7 309/286

1250目 28.2/27.3 342/347

2500目 32.3/31.7 350/410