超细滑石粉的径厚比对聚丙烯塑料
机械性能的影响
单位：辽宁鑫达滑石集团有限公司
摘要：
本文重点探讨了高径厚比的超细滑石粉在聚丙烯塑料中的应用及其优势。首先介绍了滑石粉的片状结构和结合方式，然后分析了生产过程中的技术难题。接着，基于辽宁鑫达滑石集团研发中心的研发成果，介绍了其3000目滑石粉在保护大鳞片方面的显著效果，并通过对比图片展示了其滑石粉的优越径厚比。最后，总结了高径厚比滑石粉在塑料中的实际应用效果和市场反馈。
关键词：滑石粉 径厚比 范德瓦尔斯力 原子结构
一、引言
滑石粉因其具有高热稳定性、化学惰性、良好的分散性和增强效果，在聚丙烯塑料工业中作为主要填料得到了广泛应用。尤其在提高聚丙烯塑料制品的机械性能、耐热性能和尺寸稳定性等方面，发挥了重要作用。行业中，滑石粉细度（粒径）对聚丙烯性能的影响已经做了大量的试验，但是对颗粒形态研究较少。鑫达滑石集团研发中心发现了这一问题，并对此着手研究。滑石粉在微观中是典型片状结构，但是由于粉体加工工艺不同，其片状结构的保持也不尽相同，对片状结构描述的方式和影响也研究甚少。本文采用径厚比对滑石粉片状结构描述和片状结构对聚丙烯塑料机械性能的影响做初步方向性说明。
鑫达滑石粉厂及滑石粉的结构与结合方式
1、鑫达滑石粉体工厂简介
辽宁鑫达滑石集团有限公司成立于1995年，是一家集滑石开采、选别、研发、深加工、销售为一体的企业集团。鑫达滑石集团位列中国滑石企业前五强，是中国滑石技术的研发中心，集团每年生产的高端滑石产品占全国滑石市场的15%。鑫达粉体工厂创建于1995年，30年粉区深耕专研，解决客户的后顾之忧，厂区占地7万平方米，主要生产各类滑石粉，年产能30万吨，可储存滑石原料5万吨，员工70余人。鑫达粉体工厂生产设备先进， 拥有2台德国进口剥片式气流磨、2台国内先进双分级轮气流磨、2台过筛机、6台立磨。生产线全程封闭管链输送，没有外来污染，引进全自动包装生产线，实现产品包装上袋、计量、计数、除尘、喷码、高位码垛等功能。原料上料采用自动上料系统，实现滑石原料配比、混料自动化，使原料配比可靠、精准，产品指标减少波动，产品白度、色相等技术指标更加稳定，确保了产品质量满足国内外客户需求。
随着现代工业的发展，滑石粉的应用领域更加广泛。在塑料、橡胶、油漆、工业陶瓷和造纸等多个行业中，滑石粉都扮演着不可或缺的角色。其独特的物理化学性质使其成为现代工业中一种重要的矿物原料。
滑石粉的结构与结合方式
滑石粉是一种层状硅酸盐矿物，具有典型的片状结构。每一片滑石之间主要依靠范德瓦尔斯力结合，这种结合力相对较弱，使得滑石片在受到外力作用时容易发生滑动和分离。然而，对于每一片滑石来说，其内部的原子结构是通过共价键和离子键紧密结合在一起的，具有较高的强度和稳定性。
生产过程中，要达到破坏范德瓦尔斯力并有效保护原子间结构的目的，是一个技术难题。因为过度的机械处理或高温处理可能会导致滑石片状结构内部的原子结构受到破坏，从而影响其性能。因此，如何在保证滑石粉分散性和增强效果的同时，保持其内部结构的完整性，是滑石粉生产过程中的一个重要研究方向。
三、生产过程中的技术难题
在滑石粉的生产过程中，为了达到理想的粒径分布和径厚比，需要进行一系列的制粉、分级。然而，这些工艺过程往往会对滑石粉的片状结构产生影响。
制粉工艺
制粉工艺是滑石粉生产中的关键步骤之一。通过破碎，可以将大块的滑石原料破碎成较小的颗粒。然而，在制粉环节，如果设备参数调整过高，将破坏滑石原子结构，使得滑石呈现球形，严重影响滑石粉的微观片状形态。如果设备参数过低，能有效保护原子结构力，破环层间的烦的瓦尔斯力，但将严重影响产能，从而使生产不经济。在制粉过程中，如果设备参数调整不当，可能会导致滑石片内部的原子结构受到破坏，从而影响其性能。因此，需要选择合适的磨矿设备和工艺参数，以确保滑石粉的磨矿效果和片状结构完整性。
分级工艺
分级工艺是根据粒径大小对滑石粉进行分离的过程。通过分级，可以获得具有特定粒径分布的滑石粉产品。然而，分级过程中可能会引入杂质或造成颗粒间的团聚，从而影响滑石粉的分散性和增强效果。因此，需要采用特殊设计高效的分级设备和工艺参数，以确保滑石粉的片状结构和粒径分布。
四、辽宁鑫达滑石集团研发中心及成果
针对滑石粉生产过程中的技术难题，辽宁鑫达滑石集团研发部进行了大量的研发实验。通过不断改进生产工艺和参数，成功研发出了具有优异性能的高径厚比3000目滑石粉产品。
4.1辽宁鑫达滑石研发中心
为响应国家创新驱动发展战略，推动产业升级与技术突破，集团于 2024年4 月批准了对现有研发中心扩建项目计划方案，2024年5月开始施工建设。鑫达研发中心聚焦于滑石材料在塑料、涂料、造纸等领域关键技术研发与成果转化。中心以 “自主创新、产业赋能” 为目标，通过整合产学研资源，打造具有国际竞争力的技术创新平台。
研发中心主体建筑为三层楼，建筑面积1300㎡，设有1个创新工作室、2个专家工作室、3个加工实验室、4个检测实验室及多个功能室。其中，检测实验室配备先进检测设备105台套，涵盖马尔文粒度仪等尖端分析仪器，可精准完成滑石粉体粒度分布、石棉含量分析及重金属迁移检测等专项检测；加工实验室配备18台套智能化试验设备，全面覆盖改性塑料、涂料、造纸等领域的新产品研发需求。中心由无机粉体、造纸、塑料、涂料行业技术专家领衔，团队33名成员均为本科以上学历，专业覆盖高分子材料工程、无机非金属材料工程、化学工程、矿物加工等学科。
鑫达研发中心秉承"创新驱动发展"理念，中心深度整合高校、科研院所资源，搭建开放型科研平台。通过技术攻关与成果转化双轮驱动，已推出多项具有自主知识产权的滑石应用技术，服务涵盖矿物加工、环保材料、高端涂料等产业领域，正逐步成长为国际领先的滑石技术研究基地。
4.2研发成果
滑石粉在提高聚丙烯塑料制品的机械性能、耐热性能和尺寸稳定性等方面，有着重要作用。滑石粉在微观中是典型片状结构，但是由于粉体加工工艺不同，其片状结构的保持也不尽相同，保持良好片状结构（可以用径厚比或剥片比）对聚丙烯塑料机械性能有着显性影响。
在滑石粉的生产过程中，为了达到理想的粒径分布并保持较高径厚比，需要选择或改制研磨和分级设备，并对研磨工艺参数进行精确设定。
4.21辽宁鑫达滑石集团里利用气流粉碎工艺进行改进：
对给预研磨粒度分布进行精确设定，作为气流粉碎的原料。
对原来气流喷嘴做了重新布局，减少对撞，增加剪切和磨剥作用力。
对压缩空气温度和流量进行试验确定。
采用多段分级机联动技术。
加入分散剂作为剥片剂。
经过试验，制作高径厚比的3000目滑石粉得到成功，径厚比可以达到16-18，等效剥片比3.8-4.5.
SEM电镜图片如下：
图1：原普通工艺生产的3000目滑石粉
图2：高剥片比3000目滑石粉照片
两种3000目滑石粉应用于聚丙烯塑料中，进行了对比：
实验室数据表明，填加高径后比粉体的冲击、拉伸、弯曲强度同比增加3-5%，而且是同步增加。
实验室数据表明，填加高径厚比粉体的收缩率同比下降6-8%。
3.通过添加高径厚比的滑石粉，可以在保证塑料制品性能的前提下，减少塑料助剂的用量。
实验结果表明，辽宁鑫达滑石集团有限公司开发高径厚比3000目滑石粉在聚丙烯塑料中表现了优异的增强效果、耐热性能和降低成本的效果。
4.22保护成果
（1)保护大鳞片的效果
在研发过程中，辽宁鑫达滑石集团研发部特别注重保护滑石片的大鳞片结构。通过优化磨矿设备参数、分级和表面处理工艺，成功实现了对大鳞片的有效保护。这使得3000目滑石粉在保持堆积密度，保护了超细滑石粉高分散性和增强效果的同时，还具有优异的径厚比和机械性能。
(2)对比图片展示
为了直观展示辽宁鑫达滑石集团有限公司的滑石粉在径厚比方面的优势，我们提供了以下两张对比图片：
图1：目前行业同类产品电镜下照片
（注：此处为示意性描述，实际图片应展示行业内其他厂家生产的滑石粉在电镜下的形貌特征。）
图2：辽宁鑫达滑石集团有限公司生产的3000目滑石粉照片
（注：此处为示意性描述，实际图片应展示辽宁鑫达滑石集团有限公司生产的3000目滑石粉在电镜下的形貌特征。）
从对比图片中可以看出，辽宁鑫达滑石集团有限公司生产的3000目滑石粉在径厚比方面明显优于行业内其他产品。其滑石片呈现出更加规整、均匀的片状结构，且鳞片之间保持了一定的间隙和分散性。这使得辽宁鑫达滑石集团有限公司的滑石粉在塑料中具有更好的增强效果和分散性。
五、高径厚比滑石粉在塑料中的应用效果
将辽宁鑫达滑石集团研发的3000目滑石粉应用于聚丙烯塑料中，取得了显著的效果。以下是具体的应用效果和市场反馈：
5.1提高机械性能
由于高径厚比的滑石粉具有更加规整、均匀的片状结构，因此能够更好地与聚丙烯基体相结合。在受到外力作用时，滑石片能够更有效地传递和分散应力，从而提高塑料制品的机械性能。实验结果表明，填加辽宁鑫达滑石集团有限公司的3000目滑石粉后，塑料制品的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度均得到了显著提高。
5.2提高耐热性能
滑石粉作为一种无机填料，具有较高的热稳定性。将其添加到聚丙烯塑料中，可以有效地提高塑料制品的耐热性能。特别是在高温环境下，高径厚比的滑石粉能够吸收和均匀导热，从而减缓塑料基体的热分解和降解速度。实验结果表明，添加辽宁鑫达滑石集团有限公司的3000目滑石粉后，塑料制品的热变形温度和热稳定性均得到了显著提高。
5.3降低成本
滑石粉作为一种价格相对较低的无机填料，可以有效地降低塑料制品的成本。通过添加高径厚比的滑石粉，可以在保证塑料制品性能的前提下，减少塑料基体的用量。这不仅降低了原材料成本，还减少了生产过程中的能耗和废弃物排放。因此，辽宁鑫达滑石集团有限公司的3000目滑石粉在塑料制品中得到了广泛应用，并受到了客户的一致好评。
六、结论
本文探讨了高径厚比滑石粉在塑料中的应用及其优势。介绍滑石粉的片状结构和结合方式，分析了生产过程中的技术难题。然后，基于辽宁鑫达滑石集团研发部的研发成果，介绍了其3000目滑石粉在保护大鳞片方面的显著效果，并通过对比图片展示了其滑石粉的优越径厚比。最后，总结了高径厚比滑石粉在塑料中的实际应用效果和市场反馈。
实验结果表明，辽宁鑫达滑石集团有限公司的3000目滑石粉在塑料中具有优异的增强效果、耐热性能和降低成本的效果。因此，高径厚比的滑石粉在塑料工业中具有广阔的应用前景和发展潜力。未来，我们将继续深入研究和探索滑石粉在塑料中的应用新技术和新方法，为推动我国塑料工业的发展作出更大的贡献。