填充剂 Filler

填充剂是一种在各种材料中广泛应用的添加剂，主要用于改善材料的性能、降低成本等。

填充剂分类

按化学组成分类

无机填充剂：包括碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅灰石、云母粉、氢氧化铝、氢氧化镁等。例如，碳酸钙是塑料、橡胶等材料中常用的无机填充剂，根据加工方法不同可分为重质碳酸钙和轻质碳酸钙。

有机填充剂：如木粉、淀粉、纤维素、天然橡胶粉等。木粉常被用于热固性塑料中，可改善材料的加工性能和降低成本。

金属填充剂：有铝粉、铜粉、铁粉等。金属填充剂可赋予材料特殊的性能，如导电性、导热性等，常用于电子、电气等领域的材料中。

按形状分类

粉状填充剂：这是最常见的类型，如碳酸钙粉、滑石粉等。粉状填充剂具有较大的比表面积，能较好地与基体材料混合，可用于改善材料的多种性能。

纤维状填充剂：如玻璃纤维、碳纤维、晶须等。纤维状填充剂能显著提高材料的强度、刚性和耐热性等，常用于增强塑料、橡胶等材料。

片状填充剂：例如云母片、片状铝粉等。片状填充剂可提高材料的阻隔性能、耐候性和光泽度等，在涂料、塑料等行业有一定应用。

填充剂作用原理

提高力学性能：填充剂可以增强基体材料的强度、硬度、刚性等力学性能。例如，纤维状填充剂（如玻璃纤维）在塑料中起到骨架作用，能够承受外力，从而提高塑料的拉伸强度和弯曲强度。当材料受到外力作用时，纤维可以阻止裂纹的扩展，使材料更不容易破坏。

改善加工性能：一些填充剂可以降低材料的粘度，使其在加工过程中更容易流动和成型。例如，在橡胶加工中，加入碳酸钙等填充剂可以改善胶料的加工性能，使其更容易混炼、挤出和成型。此外，填充剂还可以提高材料的耐热性和尺寸稳定性，减少加工过程中的变形和收缩。

降低成本：填充剂通常价格相对较低，在材料中加入适量的填充剂可以在不明显降低材料性能的前提下，降低材料的成本。例如，在塑料中大量使用碳酸钙作为填充剂，可以降低塑料的生产成本，同时还能保持一定的力学性能和加工性能。

赋予特殊性能：不同类型的填充剂可以赋予材料各种特殊性能。例如，添加氢氧化铝、氢氧化镁等无机填充剂可以提高材料的阻燃性能，因为它们在受热时会分解吸热，释放出结晶水，从而起到阻燃和抑烟的作用。又如，添加金属粉末填充剂可以使材料具有导电性或导热性，满足特定的应用需求。

填充剂性能要求

粒径合适：填充剂的粒径大小对材料性能有重要影响。一般来说，粒径越小，填充剂与基体材料的接触面积越大，增强效果越好，但同时加工难度也可能增加。例如，在橡胶制品中，用于增强的炭黑粒径通常在几十纳米到几百纳米之间，以获得良好的补强效果。

表面性质良好：为了使填充剂与基体材料更好地结合，填充剂的表面性质很重要。通常需要对填充剂进行表面处理，以提高其与基体材料的相容性和亲和力。例如，对无机填充剂进行表面改性，使其表面具有与基体材料相似的化学基团，从而改善两者之间的结合力，提高材料的整体性能。

纯度高：填充剂中的杂质可能会对材料的性能产生负面影响，因此要求填充剂具有较高的纯度。例如，在电子级塑料中使用的填充剂，对纯度要求非常严格，杂质含量过高可能会影响材料的电性能和可靠性。

稳定性好：填充剂在材料的加工和使用过程中应具有良好的稳定性，不与基体材料或其他添加剂发生化学反应，也不会在外界环境因素（如温度、湿度、光照等）的影响下发生分解或变质。例如，在户外使用的塑料制品中，填充剂应具有良好的耐候性，以保证材料在长期使用过程中性能稳定。

填充剂应用

塑料工业：填充剂是塑料中常用的添加剂之一，可用于提高塑料的力学性能、耐热性、尺寸稳定性等，同时降低成本。例如，在聚丙烯中加入滑石粉，可以提高聚丙烯的刚性和耐热性，使其更适合用于制造汽车零部件、家电外壳等。在聚氯乙烯中加入碳酸钙，可以降低聚氯乙烯的成本，同时改善其加工性能和某些力学性能。

橡胶工业：填充剂在橡胶中主要起补强、增容和降低成本的作用。炭黑是橡胶工业中最重要的填充剂之一，它可以显著提高橡胶的强度、耐磨性和耐老化性等性能。此外，碳酸钙、陶土等也常用于橡胶制品中，以降低成本和改善加工性能。

涂料工业：填充剂在涂料中可以改善涂料的性能，如提高涂料的遮盖力、耐候性、耐磨性等，同时降低涂料的成本。例如，在建筑涂料中，常用钛白粉作为白色颜料和填充剂，以提高涂料的遮盖力和白度；在防腐涂料中，加入云母粉等片状填充剂，可以提高涂料的阻隔性能，增强防腐效果。

造纸工业：填充剂在造纸中用于提高纸张的白度、不透明度、平滑度和印刷适性等。常用的填充剂有碳酸钙、滑石粉等。在纸张中加入适量的填充剂，可以降低纸张的生产成本，同时改善纸张的质量。