云母是分布最廣的造巖礦物,是層狀結(jié)構(gòu)硅酸鋁鹽的總稱。云母種類主要包括白云母、金云母、絹云母、黑云母和鋰云母等。其中,塑料工業(yè)上常用的有絹云母、白云母和金云母,鋰云母是提煉鋰的礦物原料。

01絹云母

絹云母是一種天然細粒白云母,屬白云母的亞種,是層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物,結(jié)構(gòu)由兩層硅氧四面體夾著一層鋁氧八面體構(gòu)成的復(fù)式硅氧層組成。絹云母解理完全,可劈成極薄的片狀,片厚可達1μm以下(理論上可削成0.001μm),徑厚比大;與白云母相比其具有天然粒徑小、易超細加工的特點。

絹云母的莫氏硬度為2～3,比重2.7～3.2,pH 值為6～8,折射率隨鐵含量的增加而相應(yīng)增高。不含鐵的變種,薄片中無色,含鐵愈高時,顏色愈深。絹云母對紫外線具有極佳的屏蔽作用,外表呈絲絹光澤,手感細膩潤滑。絹云母粉具有獨特的耐酸、耐堿、化學(xué)穩(wěn)定性能,還具有良好的絕緣性和耐熱性、不燃性、防腐性。

絹云母以其獨特的二維片狀結(jié)構(gòu),剛?cè)嵯酀膬?yōu)良性能在塑料中有廣泛的用途,其優(yōu)良的性能表現(xiàn)在:能降低制品的收縮率、翹曲率、彎曲度和比重,提高制品的機械性能、耐熱性、絕性性、化學(xué)穩(wěn)定性和阻隔性,增加制品表面光澤度和耐候性;用于塑料食品容器、電子灶具時,可提高制品的微波透過性。目前絹云母主要應(yīng)用于PP、熱塑性聚酯、PC、PE、聚甲基戍烯、PA、不飽和聚酯、酚醛塑料、PU 等。

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白云母和金云母

白云母具有玻璃光澤,一般無色透明;金云母有金屬光澤和半金屬光澤,常見的有金黃色,棕色,淺綠色等等,透明度較差。白云母和金云母具有良好的電氣性能和力學(xué)性能,耐熱性好,化學(xué)穩(wěn)定性和耐電暈性好。兩種云母都可以剝離加工成厚度為0.01到0.03毫米的柔軟而富有彈性的薄片。白云母粉的電氣性能比金云母好,但金云母柔軟,耐熱性能比白云母好。在工業(yè)上用得最多的是白云母,其次為金云母。其廣泛應(yīng)用于建材行業(yè)、消防行業(yè)、滅火劑、電焊條、塑料、電絕緣、造紙、瀝青紙、橡膠、珠光顏料等化工工業(yè)。

云母在塑料中的作用

01物理力學(xué)性能

具有二維片狀結(jié)構(gòu)的云母在塑料中起平面增強作用,提高制品的彎曲彈性模量和拉伸強度。云母增強塑料的物理力學(xué)性能介于用玻璃纖維及礦物填料(如滑石)增強的塑料之間,與玻璃纖維增強塑料相比,云母增強塑料的優(yōu)點是具有較高的模量和較低的翹曲度。

云母在塑料中的取向均勻保證了制品異向同性,防止翹曲變形,另外可賦予制品優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。云母是對PP、PA改性料收縮率影響最為明顯的礦物填料,可顯著降低制品的成型收縮率。

02耐熱性能

云母粉具有良好的熱穩(wěn)定性(耐高溫600℃以上),在隔熱的同時抑制塑料在熱分解過程中揮發(fā)物的產(chǎn)生,提高材料的熱穩(wěn)定性(熱變形溫度和耐高溫蠕變性)。

03阻尼性能

云母粉的加入對提高制品的阻尼性能貢獻很大,在片狀填料的體積效應(yīng)與摩擦效應(yīng)共同作用下,材料的能量損耗多,阻尼值大。

04紫外屏蔽性能

云母是兼具優(yōu)良紫外屏蔽性能(屏蔽率80%以上)和力學(xué)增強效果的天然礦物填料,在部分應(yīng)用體系中(PP)的紫外屏蔽效果可以完全取代有機紫外吸收劑,大大地降低了制造成本。

05電氣性能

云母具有極高的電阻,本身是高性能絕緣材料,在低壓電器領(lǐng)域(諸如PA改性的漏保、空開、接線盒、電元器件等)、電氣通信領(lǐng)域,云母填充是一種理想的選擇。如需制造高絕緣性塑料制品,可考慮加入功能性填料濕法云母粉,但是含鐵量高的云母的絕緣性能較低,應(yīng)避免使用。

06阻隔性能

在塑料加工過程中,通過材料的壓延、拉伸等作用,云母晶片可在塑料內(nèi)形成平行取向排列,其取向平行于塑料制品的表面,與氣體、液體的滲透逃逸方向相垂直,從而在塑料等材料內(nèi)形成層層阻隔,使氣體和液體極難穿透。氣體和液體穿透塑料時,必須不斷繞過并逾越云母晶片,穿透途徑極其曲折迂回(屏蔽效應(yīng)和迷宮效應(yīng)),因此云母填充的塑料具有優(yōu)良的氣體和液體阻隔性能。但要獲取優(yōu)異的阻隔作用,片狀填料的徑厚比至少要達到50倍,最好在70倍以上。濕法云母粉徑厚比高達80~120倍,可用于需要高阻隔性能的塑料材料中。