无机矿物在木塑复合材料中的应用及特点

矿物复合材料是一种具有良好加工性能、高附加值和仿木特性的复合材料，被很多国家被列为绿色、节能、环保材料。无机矿物具有优异的硬度、尺寸稳定性和热稳定性，并具有资源丰富、价格低廉、绿色环保等优点，在木塑复合材料中再加入无机矿物粉末，不仅可以极大地节约其生产成本，还可以有效提高木塑制品的抗拉强度、弯曲模量、抗冲击性、导电性能、耐热性和其加工的流动性。

1、常用的无机矿物及功能特性

不同种类的无机矿物的结构、化学成分和理化性质差异性很大，其矿物颗粒对填充改性木塑复合材料的作用也各不相同。

常见的矿物填料及其功能作用如下：

尺寸稳定性：硫酸钙、碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅灰石、云母等；

遮盖性：碳酸钙、高岭土、滑石、石墨、云母；

增白：碳酸钙、高岭土、滑石等；

隔声、隔热：珍珠岩、硅藻土、石棉、石膏、岩棉等；

绝缘：煅烧高岭土、云母、滑石等；

生物医学：硅藻土、蒙脱土、磷灰石、珍珠岩等。

不同的无机矿物经过加工后具有不同的几何形状。与塑料加工中常用的层状结构如高岭土和滑石粉相比，矿物复合材料硅灰石和水镁石等具有纤维状结构的无机矿物，更适合作为木塑复合材料的增强填料。不同几何形状的矿物填料对木塑复合材料强度的影响排序一般为纤维状>片状>柱状>立方>球形。

粒径大小与分布是无机矿物最重要的性质之一。不同的应用领域对无机矿物有不同的要求。对于高聚合物基复合材料而言，无机非金属矿物填料粒径越小，其增强效果越好。

近年来，复合矿物填料是业界关注的热点，复合矿物填料并不是两种或两种以上无机矿粉的简单混合物，对复合粉体材料进行了重新研磨，使粉体颗粒混合均匀，并对每种粉体的细小颗粒进行了重新排列，使粒度分布合理。特别是通过对超细矿物粉体材料同时进行表面改性和分散处理，充分体现了矿物材料比表面积大、活化率高、分散性好的优点，所以在聚合物中填充量大，不仅降低了生产成本，还提高了产品的性能、附加值和市场竞争力。

2、无机矿物在木塑复合材料中应用方法及特点

目前，木塑中添加无机矿物的方式主要有一步混合法和两步“母粒”法。

（1）一步混合法

熔融共混法：将改性后或未改性的无机矿物、木粉、聚合物、增容剂和其他助剂在机械混合机中共混，矿物复合材料然后用双螺杆挤出机熔融共混制备木塑复合材料。熔融共混法是应用最广泛的粒子分散方法，符合工业生产需求，具有成型快、效率高的优点。

溶剂混合法：首先将增容剂和聚合物混合于适量的有机溶剂中，然后向上述混合溶液中加入无机矿物和木粉，再将混合物干燥粉碎，最后将干燥粉碎后的颗粒通过挤出、注塑或模压等方法制成木塑复合材料。该方法具有溶剂对溶解聚合物的选择多样性、操作复杂、成本高、溶剂回收困难等缺点，不能在实际生产中广泛应用。

（2）两步“母粒”法

首先将改性后或未改性的矿物填料均匀分散在聚合物中(熔融或溶剂混合法)，然后将无机矿物所填充的聚合物用作“母料”，与木粉、增容剂和其他助剂进行机械混合，最后熔融共混制成木塑复合材料。研究表明：两步“母料”法制备的无机矿物/木塑复合材料的抗拉伸强度和静曲模量都明显高于一步熔融混合法。

近年来，我国粉体表面改性技术取得了长足进步，无机矿物填料的分散均匀程度直接影响着复合材料性能，对无机矿物粉体进行表面改性，可有效改性其分散性，从而进一步提高木塑材料制品的性能。