碳酸钙作为无机填料应用于塑料填充已有多年的历史。过去碳酸钙一般作为填料以降低成本为主要目的被广泛使用，并收到较好效果。近年来，随着生产上广泛的使用和大量的研究发现，填充大量的碳酸钙也可做到不明显降低制品的性能，甚至某些方面还会大幅度提高，如机械性能、热性能等。

在实际使用过程中，一般不直接把碳酸钙添加到塑料中。为使碳酸钙能均匀分散在塑料中，起到优化性能的作用，先必须对碳酸钙进行表面活化处理。根据最终塑料制品的成型工艺和使用性能要求，选取一定粒径的碳酸钙，用偶联剂、分散剂、润滑剂等助剂先活化处理，再加入一定量的载体树脂混合均匀后，用双螺杆挤出机挤出造粒，即得碳酸钙膜母粒。一般情况下，母粒中碳酸钙含量为 80wt%，各种助剂总含量为 5wt% 左右，载体树脂为 15wt%。

一、碳酸钙的成本优势及添加限制

碳酸钙的添加可大大降低塑料成本。碳酸钙储量极其丰富，制备非常简单，所以价格相对便宜。以管材专用料来说，国内、国外的聚乙烯 (加碳黑) 的价格高昂，与碳酸钙之间价格相差很大，碳酸钙在塑料中添加的越多，成本就降得越低。

当然碳酸钙不能无限度的添加，考虑到塑料制成品的韧性，碳酸钙的填充用量一般控制在 50wt% 以内 (碳酸钙填料生产厂家提供的数据)。对于塑料和钢塑复合管的生产，塑料都是其主要的原料，大大地降低塑料成本无疑是极大地降低了生产成本，有益于利润的提高。

值得注意的是，不同成型工艺对碳酸钙添加量的容忍度存在差异。例如注塑成型制品因对熔体流动性要求更高，碳酸钙添加量通常需控制在 30wt% 以内，避免出现充模不足、表面缩痕等缺陷；而挤出成型的板材、管材因成型压力较低、熔体停留时间较长，添加量可接近 50wt% 上限，且能通过调整螺杆组合进一步优化分散效果，平衡成本与性能。

二、碳酸钙的改性作用

（一）重质碳酸钙的基础改性效果

重质碳酸钙可增加塑料产品体积，降低成本，提高硬度和刚度，减小塑料制品的收缩率，提高尺寸稳定性；改进塑料的加工性能、提高其耐热性、改进塑料的散光性、抗擦伤性、平滑度；同时对缺口抗冲击强度的增韧效果及混炼过程中的粘流性等方面都具有明显的效果。

（二）力学性能优化

填充碳酸钙后，由于碳酸钙的硬度大，会提高塑料制品的硬度和刚度，力学性能增强。制品的抗拉强度和抗弯强度得到改进，并使塑料制品的弹性模量显著提高，与玻璃钢相比它的抗拉强度、抗弯强度和抗弯模量与玻璃钢大致相同，热变形温度一般比玻璃钢高，唯一不如玻璃钢的是它的缺口冲击强度较低，但这一缺点可通过添加少量短玻璃纤维而被克服。

对于管材，填充碳酸钙可提高它的几项指标，如拉伸强度、钢球压痕强度、缺口抗冲击强度、粘流性、耐热性等；但同时会降低它的几项韧性指标，如断裂延伸率、快速开裂、简支梁冲击强度等。实际生产中，可通过复配弹性体（如 POE、EVA）来弥补韧性损失，例如在聚乙烯管材料中添加 5wt%-8wt% 的 POE，可使碳酸钙填充量达到 40wt% 时，断裂延伸率仍保持在 150% 以上，满足管材使用标准。

（三）热性能提升

加入填充料后，由于碳酸钙的热稳定性好，可使制品的热膨胀系数、收缩率在各方面相同下降，而不象玻璃纤维增强热塑性那样，在不同方面有不同的收缩率，加入填充料后可使制品的翘度、弯曲度变小，这是与纤维填充料相比最大的特点，制品的热变形温度随着填充料的增加而增高。例如在聚丙烯（PP）制品中添加 30wt% 的活化碳酸钙，其热变形温度可从 100℃左右提升至 120℃以上，拓宽了 PP 制品在中高温环境下的应用范围（如汽车发动机周边部件）。

（四）抗老化与辐射防护

填充料对射线有一定的吸收能力，一般可吸收 30%~80% 入射紫外线，防止塑料制品的老化。这一特性在户外用塑料制品中尤为重要，如塑料垃圾桶、户外休闲椅、农用灌溉管道等，添加 15wt%-25wt% 的碳酸钙可使制品的抗紫外线老化寿命延长 2-3 倍，减少因长期日晒导致的变色、脆化问题。

三、超细碳酸钙的特殊改性作用

碳酸钙的粒度也可以做成多种，通过把 0.1~1μm 粒径的碳酸钙称之微细，而把 0.1~0.02μm 范围内的称之为超细，把粒径≤0.02μm 的称之为超微细。塑料中填充超细级或更细的碳酸钙，在改变制品性能方面有特殊效果。

刚性和韧性是塑料制品两个重要性能指标，如何保证塑料制品同时具有良好的刚性和韧性，是长期以来材料科学研究的重要课题之一。为了提高塑料制品的韧性，一般采用添加橡胶或弹性体的方法，可以达到增韧改性的目的，但却损害了材料宝贵的刚性性能，而且材料的加工性能和耐热性能将会降低。

20 世纪 90 年代，人们通过大量的实验发现，在塑料中填充较大量的超细碳酸钙粒子后，塑料不仅刚性不受损害，韧性也得到大幅度的提高，最大可提高 2~3 倍。改变了以往填充改性塑料必须以牺牲某种力学性能为代价、改性塑料的力学性能随填料填充量的增加而下降的状况。

进一步研究表明，超细碳酸钙的 “刚性 - 韧性协同提升” 效果与其分散状态密切相关：当粒径在 0.05~0.1μm 的超细碳酸钙以单分散状态均匀分布于塑料基体中时，可通过 “粒子诱导基体剪切屈服” 机制吸收冲击能量 —— 外力作用下，超细碳酸钙粒子周围的基体产生微剪切带，避免宏观裂纹的快速扩展，从而在提升刚性的同时增强韧性。例如在聚氯乙烯（PVC）硬制品中添加 20wt% 的超细碳酸钙，其冲击强度可提升至纯 PVC 的 2.5 倍，弯曲模量提升 15%，且制品表面光泽度优于传统重钙填充体系。

四、碳酸钙表面活化处理工艺的发展

过去对无机填料表面活化处理一般采用铝酸酯、钛酸酯、硅烷和酸式亚磷酸脂等偶联剂，与载体树脂、润滑剂混合后，在熔融状态下进行表面活化处理。新的表面活化处理工艺除采用偶联剂外，还根据最终塑料制品的成型工艺和使用性能要求，选择添加一定量的增塑剂、增容剂和分散剂等，而且是常温下在高搅机内进行冷包覆。

冷包覆工艺相比传统熔融活化具有显著优势：一方面，常温处理可避免高温下偶联剂的分解（如钛酸酯偶联剂在 180℃以上易发生酯交换反应，降低活化效果），提高助剂利用率；另一方面，冷包覆过程中物料不发生熔融，可减少载体树脂的热氧化降解，保证母粒的加工性能稳定性。例如在制备碳酸钙 / 聚乙烯母粒时，采用冷包覆工艺（高搅机转速 1500-2000r/min，处理时间 15-20min），相较于熔融挤出活化，母粒的熔体流动速率（MFR）波动范围可从 ±5g/10min 缩小至 ±2g/10min，后续制品的尺寸精度更易控制。

此外，针对不同塑料基体的相容性需求，表面活化助剂的复配方案也在不断优化。例如用于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的碳酸钙，需采用氨基硅烷偶联剂与 PET 相容剂（如聚己二酸丁二酯 - 对苯二甲酸丁二酯，PBAT）复配活化，可解决碳酸钙与 PET 基体相容性差的问题，使填充 30wt% 碳酸钙的 PET 制品拉伸强度仅下降 10%，远低于未复配活化体系的 30% 降幅。

文章部分内容与图片来源于网络，文中涉及信息仅供参考，如有侵权请告知删除！