Como modificadores plásticos, os pós minerais inorgânicos possuem uma série de propriedades físicas e químicas únicas. Eles são altos área de superfície específica, boa estabilidade térmica e resistência mecânica. Nos últimos anos, os pós minerais inorgânicos fizeram contribuições significativas. Eles melhoram o desempenho dos plásticos e promoveram o desenvolvimento da indústria de plásticos.
1. Tipos de pós minerais inorgânicos
(1) Carbonato de Cálcio
O carbonato de cálcio é o material de enchimento inorgânico mais antigo e mais amplamente usado em plásticos. Ele tem excelente brancura, propriedades químicas estáveis e baixa absorção de óleo. Ao adicionar carbonato de cálcio, a dureza, estabilidade dimensional e processabilidade dos plásticos podem ser melhoradas. Isso também reduz significativamente os custos de produção.
Tomando polietileno (PE) e polipropileno (PP) como exemplos, a adição de carbonato de cálcio melhora a resistência à tração e o módulo de flexão desses dois plásticos, e aumenta sua temperatura de deformação térmica. Vale mencionar que o carbonato de cálcio ultrafino também pode ser usado para fabricar plásticos de alto desempenho. Ele fornece aos materiais melhores propriedades mecânicas e ópticas.
(2) Talco
O talco não só tem excelente lubricidade, mas também exibe boa resistência ao calor e isolamento elétrico. Devido à estrutura escamosa e à alta relação diâmetro-espessura do talco, a rigidez e a dureza do material podem ser significativamente melhoradas. Além disso, o talco possui propriedades como resistência ao calor, estabilidade térmica, lubricidade e dispersibilidade. Isso o torna aplicável em uma ampla gama de campos, tornando-o um material indispensável em várias indústrias.
(3) Caulim
O caulim é altamente valorizado por sua excelente brancura, propriedades químicas estáveis e bom isolamento elétrico. Sua estrutura escamosa exclusiva fornece excelentes efeitos de enchimento e reforço. No campo dos plásticos, o valor de aplicação do caulim é visto principalmente em suas funções de enchimento e reforço. Devido às suas propriedades químicas estáveis e excelente dispersibilidade, o caulim tem sido amplamente utilizado em vários plásticos. Por exemplo, há cloreto de polivinila (PVC) e polietileno (PE). A adição de caulim pode melhorar significativamente a resistência mecânica, resistência ao desgaste e estabilidade térmica dos plásticos. Ao mesmo tempo, também pode ajudar a reduzir os custos de produção. Em alguns plásticos de alto desempenho, o caulim é até usado como um retardante de chamas e aditivo antiestático.
(4) Pó de mica
A mica não só tem excelente isolamento elétrico, resistência ao calor e resistência à corrosão, mas também tem uma transmitância de luz. Ela excede a de outros pós inorgânicos, juntamente com a capacidade de bloquear raios infravermelhos. Portanto, tem sido amplamente usada em filmes de estufa. Como um importante enchimento mineral inorgânico, o pó de mica tem desempenhado um papel significativo em vários campos, como plásticos, devido às suas excelentes propriedades físicas e químicas.
(5) Volastonita
A wollastonita na natureza é encontrada principalmente como agregados fibrosos, radiais, plumosos ou em blocos, com as formas mais comuns sendo estruturas fibrosas ou em forma de agulha. Na indústria de plásticos, suas partículas finas são uniformemente misturadas e adicionadas à matriz plástica para melhorar efetivamente as propriedades mecânicas do plástico, aumentando sua resistência mecânica e estabilidade térmica. Ao mesmo tempo, a wollastonita também ajuda a melhorar a resistência ao desgaste do material. Como um enchimento branco, ele dá ao produto um melhor efeito visual e uma aparência esteticamente mais agradável.
(6) Pó Nano-Mineral
Com o avanço contínuo da nanotecnologia, pós minerais inorgânicos em nanoescala têm mostrado grande potencial na modificação de plásticos. Pós nanominerais têm uma grande área de superfície específica, energia de superfície e outras propriedades, e oferecem vantagens únicas no campo da modificação de plásticos. Por exemplo, o nanocarbonato de cálcio pode ser usado como enchimento em produtos de borracha e plástico para melhorar a resistência ao calor, resistência ao desgaste, estabilidade dimensional, rigidez e processabilidade, ao mesmo tempo em que reduz efetivamente os custos.
2. Funções e mecanismos de pós minerais inorgânicos em plásticos
(1) Propriedades mecânicas aprimoradas dos plásticos
Quando cargas inorgânicas são misturadas na matriz plástica, uma estrutura composta multifásica é formada. Pós minerais são distribuídos na matriz plástica como fases dispersas. Sua dureza e módulo são muito maiores do que os dos plásticos. Quando submetidos a estresse, esses pós podem compartilhar e dispersar o estresse, melhorando assim a resistência mecânica do material. Devido à sua alta dureza, os pós minerais inorgânicos agem como um esqueleto em plásticos, prevenindo a iniciação e expansão de rachaduras, o que reduz o risco de deformação e ruptura.
Por exemplo, depois que o pó de talco é misturado ao polipropileno (PP), o módulo de flexão e a resistência à tração aumentam, e a tenacidade é melhorada. A modificação de pós minerais inorgânicos pode aumentar significativamente a resistência mecânica, dureza e rigidez dos plásticos, otimizar suas propriedades mecânicas gerais e tornar os materiais compósitos preenchidos amplamente aplicáveis em muitos campos.
(2) Propriedades térmicas melhoradas
O pó de wollastonita tem alta condutividade térmica e boas propriedades de isolamento, o que pode melhorar a condutividade térmica e a estabilidade química dos plásticos. O pó de mica, devido à sua estrutura em camadas e resistência ao calor, é amplamente usado para melhorar a condutividade térmica, propriedades mecânicas e resistência às intempéries dos plásticos.
A alumina também tem boa condutividade térmica e estabilidade química. É frequentemente usada para melhorar a condutividade térmica e a resistência ao calor dos plásticos. O nitreto de boro tem alta condutividade térmica e excelentes propriedades de isolamento elétrico, o que pode melhorar significativamente o desempenho dos plásticos. No entanto, devido à sua escassez e alto custo, é usado principalmente em aplicações de ponta.
(3) Propriedades elétricas melhoradas
Nas áreas de aparelhos eletrônicos e equipamentos de comunicação, há requisitos rigorosos para as propriedades de isolamento elétrico dos plásticos. Certos pós minerais específicos, como caulim e mica, têm excelentes propriedades de isolamento elétrico. A incorporação desses pós em plásticos pode melhorar significativamente as propriedades de isolamento dos materiais, tornando-os ideais para a fabricação de componentes de isolamento elétrico. Além disso, ao introduzir pós minerais com boa condutividade elétrica (como negro de fumo e nanotubos de carbono), plásticos condutores podem ser desenvolvidos. Esses materiais têm uma ampla gama de aplicações em campos de blindagem antiestática e eletromagnética.
(4) Redução de custos de materiais
O custo dos pós minerais é muito menor do que o das resinas poliméricas. Portanto, ao incorporar pós minerais inorgânicos em materiais plásticos, o custo de produção de produtos plásticos pode ser efetivamente reduzido. Por exemplo, adicionar carbonato de cálcio a plásticos comuns, como PVC e PE, não apenas reduz os custos de material, mas também melhora suas propriedades mecânicas e características de processamento. Na produção industrial em larga escala, selecionar o tipo e a quantidade apropriados de enchimentos pode reduzir os custos de produção até certo ponto, ao mesmo tempo em que mantém ou até mesmo melhora o desempenho dos plásticos, aumentando assim a competitividade dos produtos no mercado.
3. Cenários específicos de aplicação de pós minerais inorgânicos em plásticos
(1) Indústria Automobilística
Materiais plásticos leves são amplamente usados na indústria automobilística para ajudar a alcançar a conservação de energia e reduzir emissões. Adicionar pós minerais inorgânicos aos plásticos pode melhorar significativamente suas propriedades mecânicas e criar produtos plásticos leves, o que é especialmente importante nos campos automotivo e aeroespacial.
Por exemplo, adicionar talco ou carbonato de cálcio ao PP pode melhorar a resistência à tração e a rigidez do material, ao mesmo tempo em que reduz seu peso. A incorporação desses pós minerais também pode aumentar a resistência ao calor e a estabilidade dimensional, atendendo aos requisitos de aplicação de peças automotivas em ambientes de alta temperatura. Isso melhora a resistência à fluência em altas temperaturas, reduz o encolhimento e resulta em melhor qualidade de superfície, aparência mais atraente e uma sensação mais adequada.
(2) Materiais de construção
Pós minerais inorgânicos desempenham um papel cada vez mais importante no campo de materiais de construção. Porque eles têm propriedades físicas e químicas únicas. Na produção de tubos e chapas de PVC, materiais compostos feitos pela introdução de caulim podem melhorar a resistência à tração e o módulo de flexão dos materiais, ao mesmo tempo em que aumentam a resistência ao impacto e a resistência à corrosão química. Para estradas e infraestrutura, pó de calcário e outros pós minerais são frequentemente usados como enchimentos em misturas de asfalto para melhorar a resistência e a durabilidade da superfície da estrada. Por meio dessas modificações e otimizações, os pós minerais inorgânicos podem não apenas melhorar o desempenho dos materiais de construção, mas também promover o desenvolvimento de edifícios verdes, apoiando as metas de desenvolvimento sustentável da indústria da construção.
(3) Eletrônica e Elétrica
Os materiais plásticos desempenham um papel crucial nas indústrias eletrônica e elétrica, onde precisam ter excelente isolamento elétrico e condutividade térmica. O isolamento elétrico é uma característica fundamental dos materiais plásticos, mas pode precisar ser melhorado para aplicações de alta demanda. Caulim e pó de mica são pós minerais inorgânicos comumente usados. Quando combinados com resinas plásticas, eles podem aumentar a resistividade e evitar falhas elétricas. O pó de mica, com sua alta resistência ao calor, é ideal para embalagens eletrônicas de alta temperatura. Alumina e nitreto de boro são pós termicamente condutores que, quando misturados com resinas plásticas, melhoram a condutividade térmica. Eles são amplamente usados em embalagens eletrônicas, dispositivos de dissipação de calor, motores de automóveis e outras aplicações.
(4) Pós minerais inorgânicos para bens de consumo diário
Pós minerais inorgânicos desempenham um papel significativo no aprimoramento das propriedades de produtos plásticos, melhorando sua adaptabilidade. Talco e pó de mica são dois pós minerais inorgânicos comumente usados. Na produção de invólucros de eletrodomésticos, o talco aumenta a tenacidade e previne rachaduras. O pó de mica melhora a resistência ao calor e mantém o desempenho estável. Caulim e carbonato de cálcio são essenciais na fabricação de brinquedos infantis. Eles melhoram a resistência mecânica, reduzem o coeficiente de atrito, minimizam o desgaste, melhoram o desempenho do processamento, aumentam a dureza e garantem segurança e durabilidade.
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