摘要：

填料有不同的种类，形状及粒径尺度及其分布。PVC配方中的填充选择需要遵从以下几个方面：1、不影响PVC的加工性能，2、在降低成本的同时，复合材料需要达到一定的物理性能。简而言之，填充一方面可以降低整个复合材料的成本，扩大PVC应用范围，可同其他树脂媲美。

本文介绍了填料选择的一些基本注意事项。通过系统介绍填料的性能，了解它们如何影响PVC化合物的性能。

一．填料的作用

填料加入高分子材料中，可以增加树脂延伸率，提高刚度和强度，改善冲击性能，缩短循环成型时间， CaCO₃用于PVC还可以中和PVC的降解产生的HCl。

填料也可用于改善高分子材料的颜色，不透明度和电导率。通过使用填料可以实现独特的性能组合。

传统上，填料粒径较大，价格低廉，它比PVC配方中其他组分价格便宜，所以可降低整个配方成本。然而，今天的“填料”可以是真正的改性剂。复合技术的进步使得可以使用过去不能使用的更细的填料。今天的填充产品是针对特定应用而设计，旨在以新颖有趣的方式提供价值。

二．填料的种类

PVC中使用的填料中约80％为碳酸钙，二氧化钛为约12％，其次是约5％的煅烧粘土。剩下的几个百分比由其它材料所组成（包括玻璃粉和滑石粉）。

碳酸钙产品有宽泛的尺寸范围，通常的重钙是通过研磨石灰石而生产。二氧化钛用作白色颜料和紫外线稳定剂。电线电缆配方使用煅烧高岭土，它改善材料的电性能，剩余的填料在各种专业应用中发挥不同的作用。

填料的基本性质

粒度—大多数填料按其粒度进行区分，测量填料粒子大小有许多中方法。当比较两个填料时，必须确保使用测试方法的准确性。即使微小差异引起的结果也十分显着，特别是在涉及精细填料时。

“粒径”这个叫法本身存在误导性。即使很少的一部分填料也会含有许多不同尺寸的颗粒，“粒度分布”这个叫法更为合适。填料指标通常包括粒度分布或粒度分布中的中点值（平均粒径）。“最大粒径”是用于描述填料粒径的另一个术语。

颗粒形状 - 填料颗粒有各种形状以及尺寸。有球状，棒状，片状及不同比例的不规则形状，形状的唯一特征是高宽比。填料颗粒的纵横比是颗粒最大尺寸与最小尺寸之比，填料在棒状的情况下是长度除以直径。一个球体的长宽比为1:1，而纤维状可达到20:1。形状在确定填料的增强特性方面起着重要的作用，将在后面阐述。

填料的附加属性

硬度 - 磨损是硬度和粒度的函数，它与粒度的关系不是线性的。粗颗粒往往比细颗粒更加容易磨蚀塑料加工设备，但磨蚀还必须考虑填料中杂质的贡献。

比重- 在计算化合物的成本时，必须考虑填料的比重，因为所生产的塑料制品以体积而不是重量的形式出售。大多数矿物填料具有相对较高的比重，因此会提高它们所用最终产品的比重。

表面处理 – 市售的大部分填料都经过表面处理。表面处理通常采用脂肪酸，如硬脂酸。表面处理后可以改善熔融配混过程中填料颗粒的分散性，减少填料对配方中其他成分的表面吸附，可改善填料的干流特性及加工特性。

填料的表面处理也影响所生产制品的物理性能。功能性表面包覆填料同样用于各种树脂中，然而在PVC行业中，脂肪酸包覆的碳酸钙仍然是主要的填料。

粉末流动特性- 填料的干流特性及其对PVC化合物流动性的影响也很重要。今天的PVC工厂在自动化材料处理设备方面投入大量资金。填料必须通过料斗和输送管线系统，而不会产生问题。

填料对复合材料性质的影响

颗粒尺寸和冲击强度- 所用填料的尺寸可能对PVC化合物的冲击强度有显着的影响。下图显示刚性PVC中碳酸钙的冲击强度和填料粒径之间的关系。当碳酸钙尺寸大于1微米时，冲击强度相对较低，但是随着碳酸钙尺寸减小到亚微米范围内，化合物的冲击强度急剧增加。

我们可以看到如果没有指出使用的填充物的大小，谈论填料的性能是没有意义的。相同类型的填料可以根据其粒径产生极大不同的冲击试验结果。

刚度和长宽比 -由于大多数填料比聚合物硬度要高得多，因此它们会增加刚度。复合材料的刚度（弯曲模量）随着填料的载荷水平和纵横比的线性函数而增加。这里的长宽比是混合后的比例。在熔融配混过程中，填料的纵横比可以通过颗粒断裂而减少。

冲击/刚度平衡 - 理论上，由于冲击强度是颗粒尺寸的函数，刚度是纵横比的函数，所以可以获得具有非常小粒度的高纵横比填料的最为理想化的状态。不幸的是，制备具有这些性质的填料非常困难，这是因为临界尺寸是填料颗粒的最大尺寸。它将变得非常脆弱，因为还要具有高的纵横比，它必须非常薄。然而，通过使用具有增加水平的抗冲改性剂的最好的片状填料，可以实现一些有趣的物料平衡。

拉伸性能 - 填料对拉伸强度的影响取决于将其从聚合物基体中拉出所需的力。（假设其自身的拉伸强度比聚合物基体的抗拉强度要大得多，这对于大多数填料来说是如此）。对于典型的碳酸钙填料，加入填料时，拉伸强度会稍微降低。这是因为有助于提高冲击强度的表面涂层降低了颗粒对聚合物的粘附性。增加模量的较高纵横比的填料通常也会增加拉伸强度，因为存在更多的表面来夹持聚合物。

拉伸断裂伸长通常和材料韧性相关联，但并不完全相同，它随着填料的粒径减小而增加。

加工性能

 分散性 - 填料必须很好地分散在树脂中，否则复合PVC的物理性能变差。分散与混合并不一样，为了实现良好的分散，在熔融配混过程中，必须将足够剪切，以分散可能存在的任何填料附聚物。今天的复合设备能够处理比过去的单螺杆机器更好的填料。

塑化- 为获得良好的物理性质也需要适当的塑化。添加的填充剂可以改变化合物的熔融特性。建议在改变新的配方前验证Brabender曲线，以查看其润滑剂是否需要调整，以补偿填料类型或装载水平的变化。

干态流动性 - 较细的填料通常比较粗的填料更难处理，它们可能在加工较粗粉体材料设备中存在问题，这方面的加工问题应该在实验和生产中加以监督和改善大，多数问题处理可以通过对设备的改善加以解决。