【广源化工】碳酸钙矿石类型—影响PVC电线电缆料产品性能,你了解吗?

广源化工2019-01-15 13:22:40



前言:


碳酸钙是一种资源丰富、分布广泛的无机粉体材料,具有白度高、色泽好、热稳定性好、流动性好、价格低廉、无毒无味等众多优良特性,因而,碳酸钙已广泛用于PVC电线电缆等行业。由于不同类型矿石的物理化学性质不同,加工生产的碳酸钙粉体在性能方面存在一定的差异。为了探讨不同产品间的差异,细分不同产品的性能与应用,我们以白云石、小方解石、大方解石为原料加工而成的超细活性碳酸钙及石灰石为原材料化学生成的轻质纳米活性碳酸钙作为研究对象,考察了不同类型碳酸钙对PVC电线电缆料力学性能、比重、光泽度的影响,为下游客户选用产品提供技术支持。


1、碳酸钙矿石的主要类型

  

白云石    石灰石


大方解石    小方解石


碳酸钙的矿石原料加工来源主要分为白云石、方解石和石灰石等不同矿石,不同矿石的结晶颗粒形状和化学性质是不同的,例如白云石矿主要成分为碳酸钙和碳酸镁,大多数白云石的沉积物含有一定比例的石灰石,区别白云石的重要依据是岩石中白云石矿物质的含量不少于50%,另外,白云石在沉积的地质构造变化过程中,曾受到长时间的海水浸蚀,海水中含有大量的镁离子和碳酸钙中的钙离子进行了部分交换,逐渐形成了白云石,所以白云石是多孔性石材,岩层的裂缝比较多,因构成白云石的化学成分对酸性物质不敏感,白云石具有更佳的耐候性。方解石分为大方解和小方解及冰州石,敲击方解石可以得到很多方形碎块,故名方解石,它是纯的碳酸钙晶体矿,因白度高,纯度好,酸不溶物少而出名。石灰石是一种含有单个方解石矿物成分的岩石,方解石成分占95%,其含有的另外少量矿物质有白云石、菱铁矿、石英、长石、云母以及能够体现石材颜色的粘土矿物质。


2、不同类型碳酸钙的微观结构


下图为不同类型碳酸钙的扫描电镜照片,放大倍数均为2.0×104倍。


白云石重质碳酸钙    小方解石重质碳酸钙


 大方解石重质碳酸钙    石灰石轻质碳酸钙


3、不同类型碳酸钙的性能指标


规格型号

D50

(μm)

D97

(μm)

比表面积(m2/g)

吸油量(ml/100g)

CaCO3含量(%)

白云石重质碳酸钙

2.32

5.67

6.90

24

78.95

小方解石重质碳酸钙

2.41

5.82

7.69

25

97.89

大方解石重质碳酸钙

2.04

5.33

8.25

31

98.86

石灰石轻质碳酸钙

4.06

6.49

17.21

38

98.34

不同品种碳酸钙的性能指标


4、实验配方


 实验配方

组分

配比

组分

配比

SG-3

100 g

硬脂酸

0.6 g

CaCO3

10-40 g

石蜡

0.3 g

DOP

40 g

硬脂酸钡

1.5 g

CPVC

16 g

复合抗氧剂

0.3 g

复合稳定剂

7 g




5、结果与讨论



  不同类型CaCO3对PVC电线电缆拉伸强度的影响


上图为四种碳酸钙改性的PVC电线电缆料的拉伸强度曲线。从图中可以看出,随着CaCO3添加量的逐渐增大,PVC电缆料的拉伸强度先增强后下降;在CaCO3的添加量下,大方解石碳酸钙制备的PVC电线电缆料的拉伸强度最大,因此,使用大方解石碳酸钙制备PVC电线电缆料性价比高。



    不同品种CaCO3对PVC电线电缆断裂伸长率的影响


上图为四种碳酸钙的断裂伸长率曲线。从图中可以看出,随着CaCO3添加量的逐渐增大,断裂伸长率先增强后下降;在填充量为10g和20g时石灰石轻质碳酸钙的断裂伸长率比其他超细活性钙大,这是因为轻质纳米活性钙的结构更为“蓬松”,比表面积大,拉伸时产生微孔间隙;而在填充量为30g和40g时石灰石轻质碳酸钙的断裂伸长率比其他超细活性钙小,其原因是随着添加量的增大,石灰石轻质碳酸钙出现团聚,导致力学性能下降;从图中还可以看出大方解石碳酸钙制备的PVC电缆料的断裂伸长率优于小方解石碳酸钙制备的样品,小方解石碳酸钙制备的PVC电缆料又要比白云石碳酸钙制备的样品要大,可见,PVC电线电缆料的断裂伸长率不仅与碳酸钙的添加量有关,还与碳酸钙的晶型结构存在一定的联系。



      不同品种CaCO3对PVC电线电缆比重的影响


上图为四种碳酸钙制备的PVC电缆料的比重曲线。从图3中可以看出,随着添加量的增加,比重逐渐增大;在相同添加量下,石灰石轻质碳酸钙制备的PVC电线电缆料的比重最小,大方解石碳酸钙其次;各样品的比重相差不明显。这与之前碳酸钙粉体的比表面积分析结果一致,比表面积大,制备的PVC电线电缆料的密度就低,这将有利于提高单位质量所制备的电线电缆的长度。



      不同品种超细CaCO3对PVC电线电缆表面光泽度的影响


上图为四种碳酸钙制备的PVC电缆料的表面光泽度曲线。从图中可以看出,随着添加量的增加,表面光泽度呈下降趋势;其中,大方解石碳酸钙制备的PVC电缆料的表面光泽度最佳,石灰石轻质碳酸钙次之。


(a)白云石重质碳酸钙    (b)小方解石重质碳酸钙


(c)大方解石重质碳酸钙    (d)石灰石轻质碳酸钙


     不同品种超细CaCO3填充PVC电线电缆料的冲击断裂面SEM图


为了探讨碳酸钙对PVC电线电缆料的增强作用,研究不同类型碳酸钙在PVC电线电缆料的分散性,选取四种碳酸钙填充量都为20g的样品,经脆断后,采用SEM对冲击样条的断裂面进行观测,结果如上图所示,放大倍数为5000倍。从图(a)(b)(c)(d)可以看出,(a)图冲击断裂面上存在着较多大的颗粒,并且颗粒与孔洞之间的粘结不强,说明白云石碳酸钙粒子与PVC树脂相容性欠佳;小方解石碳酸钙在基材中的分散性和粘结性都白云石碳酸钙好;大方解石碳酸钙和石灰石轻质碳酸钙粒子分布更佳,均匀连续,颗粒较小,其中石灰石轻质碳酸钙粒子的分散性最好,与PVC树脂相容性最佳。SEM照片显示的结果与力学性能分析结果一致。


6、结论


(1)随着碳酸钙添加量的增加,PVC电线电缆料的力学性能逐渐下降;其中大方解石碳酸钙制备的PVC电缆料表现的力学性能表现最佳,具有最高的性价比。


(2)随着碳酸钙添加量的增加,PVC电线电缆料的比重呈逐渐增大的趋势;大方解石碳酸钙与石灰石轻质碳酸钙的比重较为接近,因此,可以使用大方解石碳酸钙部分或全部替代石灰石轻质碳酸钙;


(3)随着碳酸钙添加量的增加,表面光泽度是呈下降趋势,大方解石碳酸钙制备的PVC电线电缆料表面光泽下降最少,适用于光泽要求较高的产品。


(4)从SEM照片看,大方解石碳酸钙和石灰石轻质碳酸钙粒子在PVC基材中的分布更佳。


(图文/研发中心 宋建强


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