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江西永豐碳酸鈣物理性能及在塑料中的應(yīng)用對比研究

來源：塑料五金網(wǎng)發(fā)布時間：2013-09-04 09:06:37點(diǎn)擊率：

 

【塑膠五金網(wǎng)】摘 要： 選用四川和廣西具有代表性的碳酸鈣礦源和碳酸鈣粉與江西永豐碳酸鈣的基本 性能和在塑料中的應(yīng)用效果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明，江西永豐碳酸鈣的白度 不如四川、廣西兩地，而吸油值比其小; 江西永豐的碳酸鈣填充聚丙烯樣品的 力學(xué)性能要比其他兩地略高; 三地區(qū)的碳酸鈣填充聚乙烯膜的力學(xué)性能、透光 度與霧度相差不多。

關(guān)鍵詞： 碳酸鈣 對比 力學(xué)性能 白度 吸油值

我國重質(zhì)碳酸鈣在塑料中應(yīng)用的 早、用量 大和效果 的當(dāng)屬四川省和廣西壯 族自治區(qū)。為了使研究結(jié)果對企業(yè)有一定的參考價值和推廣意義，我們借鑒前人的經(jīng) 驗，選用了四川和廣西具有代表性的碳酸鈣礦源和碳酸鈣粉與江西永豐碳酸鈣礦源和碳 酸鈣粉，在完全相同的條件下，進(jìn)行實驗對比研究。

1 實 驗

1.1 主要原料

研究的重點(diǎn)是對江西永豐碳酸鈣基本性能和在塑料中的應(yīng)用效果進(jìn)行對比分析，為 了更好說明問題，選擇4個江西永豐樣品，2個四川樣品和1個廣西樣品。

1250目重質(zhì)碳酸鈣： 江西廣源化工有限責(zé)任公司;

1250目重質(zhì)碳酸鈣： 四川寶興武興環(huán)保材料有限公司;

1250目重質(zhì)碳酸鈣： 廣西銀燕超細(xì)滑石粉有限公司;

超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣： 江西廣源化工有限責(zé)任公司;

超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣： 四川石棉巨豐粉體有限公司;

輕質(zhì)碳酸鈣： 江西永發(fā)化工有限公司;

納米碳酸鈣： 江西永豐三和納米有限公司。

1.2 各地碳酸鈣礦石基本化學(xué)組成

表1列出了四川、廣西代表性的地域與江西永豐碳酸鈣礦源基本化學(xué)組成。

表1 不同地域碳酸鈣礦石基本化學(xué)組成

化學(xué)組成

礦石地域

CaCO3/%

MgO/%

Al2O3/%

Fe2O3/%

SiO2/%

江西永豐

四川寶興

四川石棉

98.10

99.34

99.30

0.6

0.2

0.12

0.200

0.050

0.053

0.06

0.04

—

0.052

0.070

0.250

廣西桂林

99.66

—

0.020

0.32

—

注： 不同地域碳酸鈣礦石基本化學(xué)組成由相關(guān)廠家提供。

1.3 儀器設(shè)備

吹膜機(jī)： SJ40、20、65，大連華遠(yuǎn)機(jī)械有限公司;

電子 試驗機(jī)： CMT4202，深圳市新三思材料檢測有限公司;

沖擊試驗機(jī)： 6546/000，意大利CTAST公司;

數(shù)字霧度計： NDH-20D，日本電氣株式會社;

雙螺桿擠出機(jī)： 長徑比40：1，南京橡塑機(jī)械廠有限公司。

1.4 樣品制備

采用不同產(chǎn)地的碳酸鈣以同樣配方制成母粒，按純碳酸鈣含量10%填充聚丙烯 (T30S)，注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條。

采用不同產(chǎn)地的碳酸鈣以同樣配方生產(chǎn)成母粒，按純碳酸鈣含量10%填充聚乙烯 (LLDPE-7042) 吹膜，膜的厚度為0.04mm。

1.5 測試標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 1040—1992《塑料拉伸性能試驗方法》;

GB/T 1843—1996《塑料懸臂梁沖擊試驗方法》;

GB/T 1341—2000《塑料彎曲性能試驗方法》;

GB/T 2410—1980《透明塑料透光率和霧度試驗方法》。

2 結(jié)果與討論

2.1 粒徑與粒徑分布

不同碳酸鈣粉體的粒徑與粒徑分布測試結(jié)果如表2所示。

表2 碳酸鈣粉體粒徑、粒徑分布與白度吸油值

樣品名稱

粒徑與粒徑分布

白度/%

吸油值

/(g/100g)

D50/μm

D95/μm

大粒徑/μm

2μm含量/%

江西1250目

四川1250目

廣西1250目

江西超細(xì)碳酸鈣

四川超細(xì)碳酸鈣

江西輕質(zhì)碳酸鈣**

江西永豐納米碳酸鈣***

1.77

2.01

2.25

0.88

0.69

4. 16

2.07

4.44

5.25

4.80

3.78

1.41

51.20 (67.01 *

3.02 (3. 15 *

10.06

12.44

10.06

15.38

2.82

242.60

4.31

56.86

49.65

42.42

78.54

99.78

32.95

45.45

94.3

96.9

96.4

94.3

96.8

93.0

95.6

28

33

32

32

38

48

54

注： *D97的值; **超聲時間8min; ***介質(zhì)為甲醇，超聲時間8min。

碳酸鈣粒徑與粒徑分布是采用超聲波粒徑測定儀測得的，對于輕鈣和納米碳酸鈣測 試時，雖然采取了特殊措施，即改變介質(zhì)和增加超聲時間，但由于它們是用化學(xué)合成法 制得的，粒徑小，表面能大，多以團(tuán)聚顆粒的形式出現(xiàn)，難以分散均勻，所測得的數(shù)據(jù) 會存在一定的誤差。

碳酸鈣應(yīng)用于塑料制品時，理論上是粒徑越小性能越好，但實際應(yīng)用時由于受技術(shù) 條件限制，并非如此，粒徑過小，難以分散，不易加工。一般多用1250目或800目產(chǎn) 品。對于某些產(chǎn)品，如無紡布或表面光潔度要求高的塑料制品，碳酸鈣的粒徑希望在 2500目以上。但作為用戶來說，希望產(chǎn)品的真實粒徑與所標(biāo)粒徑相符。

2.2 白度

從測試結(jié)果(表2) 來看，四川碳酸鈣白度 ，廣西次之，江西永豐稍差。碳酸 鈣填充塑料從外觀來看，用戶希望白度越白越好，但白度好壞并不影響產(chǎn)品的力學(xué) 性能。

2.3 吸油值

吸油值是100g碳酸鈣粉所能吸收鄰苯二甲酸二辛酯 (DOP) 的克數(shù)，它是無機(jī)粉 體填充塑料的重要物理性能指標(biāo)。測量結(jié)果見表2。碳酸鈣應(yīng)用于塑料，吸油值越小越 好，吸油值小，消耗助劑量小，成本低，便于加工。吸油值大小除與無機(jī)粉體本身性質(zhì) 有關(guān)外，同一種無機(jī)粉還與粒徑大小有關(guān)。粒徑越小，比表面積越大、吸油量越多。從 吸油值測得的結(jié)果來看，江西碳酸鈣粉吸油值比四川、廣西都小，有利于在塑料中的 應(yīng)用。

2.4 碳酸鈣填充聚丙烯的力學(xué)性能

測試不同產(chǎn)地碳酸鈣填充聚丙烯的力學(xué)性能，其中彎曲強(qiáng)度測試條件為彎曲速度 250mm/min，跨度60mm，樣條橫截面積40mm2; 拉伸屈服強(qiáng)度測試條件為拉伸速度： 250mm/min，樣條長度70mm，樣條橫截面積40mm2。其結(jié)果見表3。

表3 10%碳酸鈣填充PP (T30S) 力學(xué)性能

性能指標(biāo)

拉伸強(qiáng)度/MPa

斷裂伸長率

/%

懸臂梁沖擊強(qiáng)度/(J/m)

彎曲強(qiáng)度/MPa

缺口

無缺口*

純PP (T30S)

江西1250目

四川1250目

廣西1250目

江西超細(xì)碳酸鈣

四川超細(xì)碳酸鈣

江西輕質(zhì)碳酸鈣

江西納米碳酸鈣

42.4

38.0

37.9

37.4

37.8

37.4

37.4

34.5

28.6

35.6

34.5

34.6

40.5

41.6

32.4

26.5

15.0

25.0

23.2

22.6

22.1

24.2

20.0

18.2

125.0

120.0

115.0

120.0

125.0

120.0

105.0

100.0

2.68

2.66

2.60

2.57

2.62

2.61

2.43

2.12

注： *樣條均未斷裂

三個不同產(chǎn)地的1250目碳酸鈣進(jìn)行力學(xué)性能測試比較，各項性能指標(biāo)差異不大， 江西永豐的樣品力學(xué)性能略高于其他樣品。

2.5 碳酸鈣填充聚乙烯膜的力學(xué)性能、透光度和霧度

測試不同產(chǎn)地碳酸鈣填充聚乙烯膜的力學(xué)性能和透光度與霧度，其結(jié)果如表4 所示。

表4 10%碳酸鈣填充LLDPE (7042) 膜的力學(xué)性能與透光度和霧度

樣品名稱

縱 向

橫 向

透光度/%

霧度/%

拉伸強(qiáng)度/MPa

斷裂伸長率/%

拉伸強(qiáng)度/MPa

斷裂伸長率/%

純LLDPE

江西1250目

四川1250目

14.6

12.7

13.4

740

736

737

11.9

11.5

11.6

636

629

626

92.40

85.40

85.10

11.72

70.0

70.41

續(xù)表

樣品名稱

縱 向

橫 向

透光度/%

霧度/%

拉伸強(qiáng)度/MPa

斷裂伸長率/%

拉伸強(qiáng)度/MPa

斷裂伸長率/%

廣西1250目

江西超細(xì)碳酸鈣

四川超細(xì)碳酸鈣

江西輕質(zhì)碳酸鈣

江西納米碳酸鈣

12.2

13.0

13.1

11.7

10.5

732

738

730

726

705

11.4

11.8

11.3

9.8

8.9

628

631

630

612

605

85.30

85.85

86.12

86.55

85.0

70.32

69.92

66.53

65.45

71.05

注： 透光率： 透過膜后光的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度之比; 霧度： 光透過膜后偏離入射光的散射光強(qiáng)度與透過光的 強(qiáng)度之比。

采用不同產(chǎn)地的碳酸鈣母料在線形低密度聚乙烯吹膜試驗比較，力學(xué)性能和透光 率、霧度等各項指標(biāo)沒有明顯變化。

3 結(jié) 論

①江西永豐碳酸鈣的氧化鎂和三氧化二鋁含量比四川、廣西高，但這兩種成分對塑 料制品的影響較小。江西永豐碳酸鈣中的三氧化二鐵和二氧化硅含量較少，金屬鐵離子 能加速塑料制品老化，二氧化硅硬度高對設(shè)備磨損大，所以從礦石基本成分來看，江西 永豐碳酸鈣礦石資源與其他兩地相比各有不同之處。

②從物理性質(zhì)來看，江西永豐碳酸鈣的白度不如四川、廣西兩地; 而吸油值比四 川、廣西小; 1250目碳酸鈣，江西永豐只有28g/100g，而四川、廣西都在32g/100g以 上。吸油值小，有利于在塑料中應(yīng)用。所以從礦石物理性能來看，江西永豐碳酸鈣在塑 料中應(yīng)用也有利有弊，而且利大于弊。

③從三地區(qū)碳酸鈣應(yīng)用于塑料力學(xué)性能和填充聚丙烯膜透光度與霧度來看，三地區(qū) 的碳酸鈣難分伯仲，各項性能指標(biāo)變化不大。

④值得指出的是江西永豐碳酸鈣資源豐富，儲藏量大，而且地理位置優(yōu)越，運(yùn)輸方 便，成本低廉，特別是當(dāng)?shù)卣匾?，作為主?dǎo)產(chǎn)業(yè)，大力支持規(guī)模企業(yè)發(fā)展，已成為 我國新的碳酸鈣重要生產(chǎn)基地。

 

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