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慧正資訊：非金屬礦的品類繁多、特性多樣，廣泛應用于涂料、造紙、塑料、膠粘劑、橡膠等多個領域。隨著超細粉磨和精細分級技術的不斷進步，大部分非金屬礦物都被加工成不同細度的超細粉體添加到聚合物材料中用于填充劑或者補強劑。
不同的非金屬礦物具有不同的顆粒形貌，天然礦物的微觀顆粒形貌一般可分為粒狀、短柱狀、板片狀和纖維狀，不同形貌的粉體顆粒添加到聚合物中所表現的作用也截然不同。
一般來講，粒狀粉體顆粒添加到聚合物中會提高材料的沖擊性能，在一定程度上可以提高材料的剛性；纖維狀顆粒可以較大程度上提高彎曲模量，一定程度降低沖擊強度；板片狀顆粒可以顯著提升材料的彎曲模量，同時也會一定程度上降低材料的沖擊強度和拉伸強度。
01 粒狀顆粒
重質碳酸鈣是典型的粒狀顆粒，廣泛應用于PP、PE、PVC等各類塑料制品中。普通的重質碳酸鈣在塑料制品一般只能起到降本填充作用，在較少量的添加前提下不影響材料的各項力學性能，但是對重質碳酸鈣進行超細化加工后，重鈣顆粒在適當大的填充前提下能夠有效提升材料的沖擊性能。從表1數據可發現：15份1250目重鈣填充到pp中，其沖擊性能基本不變；當采用3000目和6000目超細重鈣對pp進行共混改性處理后，改性pp的沖擊強度得到顯著提升。
表1：超細重鈣改性pp
02 纖維狀顆粒
常用的纖維狀非金屬礦物主要有硅灰石和玄武巖纖維。在塑料制品改性中一般采用硅灰石對其進行共混改性處理，硅灰石由于原礦性質、加工工藝不同，其最終產品的細度、纖維結構（長徑比）也不相同，添加于塑料制品中所表現的效果也不同。在試驗和應用過程中，我們發現，當硅灰石的顆粒越細，其比表面積越大，由于其絕對纖維長度降低，故其對塑料制品的沖擊強度的影響會降低，但同時對彎曲模量的提升效果也會有一定影響。
以改性聚丙烯PP為例，當采用不同細度和長徑比的硅灰石對pp進行共混改性處理，當硅灰石的細度不斷提升時達到2000目以后，彎曲模量會逐步降低，而隨之其沖擊強度會提高。
圖2.不同細度和長徑比硅灰石改性pp性能
03 板片狀顆粒
自然界中板片結構的非金屬礦物較多，常見的有滑石、云母、高嶺土、氫氧化鎂等，而用于塑料改性的以滑石居多。滑石是自然界中已知硬度最低的礦物，對設備的磨損小，同時具有天然的片狀結構和親油性，大量用于汽車和家電塑料制品的改性處理。類似于硅灰石纖維顆粒，滑石粉體顆粒的粒度和徑厚比同時影響著材料的各項性能，其對彎曲模量的提升和沖擊性能的影響與其細度和片狀結構有著緊密的聯系。
圖3.不同細度滑石用于pp改性處理試驗
從實驗中可知，隨著滑石粉細度的提升，其片狀結構受到一定程度破壞，當其平均粒徑低于6.5μm開始，隨著粒度不進一步降低，pp的彎曲模量開始降低。
04 結語
顆粒的形貌結構對聚合物制品的力學性能有著顯著的影響，通過研究和應用發現，不論是纖維結構還是板片結構的非金屬礦物顆粒，顆粒的細度和結構完整度（長徑比或者徑厚比）兩者對材料的力學性能提升效果相輔相成，合理的粒度和結構形態控制能夠同時對材料的剛性和韌性起到理想的提升效果。
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