填料

tiánliào

[filling，stuffing] 可作填充物的东西

填料也称作填充剂、增量剂。某些填料同时又是体质颜料。微纽的填料具有良好的遮盖力，常用于涂料行业。

填料可用于多种聚氨酯制品，例如聚氨酯涂料、密封胶：聚氨酯浆料、特殊弹性体i聚氨酯泡沫塑料。三聚氰胺植物纤维聚合，皂参多元醇等，有机填料可用于聚氨酯泡沫塑料;碳酸钙高岭土(陶土、·瓷土)，分子筛粉末滑石粉硅灰石滟技钛白粉j重晶石粉(硫酸钡)’等微细无机粉末二般可用作聚氨酯密封胶，聚氨酯软泡聚氨酯弹性体，胶黏剂，聚氨酯涂料等的填料。

填料可显著提高制品强度的填料，如长纤维和晶须等常专称增强材料，炭黑称补强填充剂。药品片剂、化妆品和去垢剂中常加入固体物料和碳酸钙等作填充剂，但其目的是调节剂量和浓度而不是改善性能，所以应称稀释剂。塑料增塑剂、橡胶充油以及纺丝油剂等，虽可改善性能，也能影响成本，但习惯上把这些液态物料视为加工助剂。

在高分子化工中，填料（填充剂）是用量最大的添加剂，几乎所有的塑料(包括热塑性和热固性塑料)、天然橡胶和涂料都使用大量填料。例如，制造塑料时加入木粉、陶土或碳酸钙等，不仅能改善制品力学性能，增加硬度，而且还可降低成本；用石墨、磁粉或云母作填料，可提高塑料的导电、通磁和耐热性；橡胶中加入炭黑或二氧化硅（白炭黑）可显著提高制品的物性；纺丝液中加入钛白粉（二氧化钛）可以遮光和染色。在涂料工业中常加入白色或带色填料（如钛白粉、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡等）以改善涂料的光学、物理和化学性能，这类用途的填料（填充剂）称为体质颜料或展色料。

主要取决于：①有较大的比表面积（m2/m3填料层）；②液体在填料表面有较好的均匀分布性能；③气流能在填料层中均匀分布；④调料具有较大的空隙率（m3/m3填料层）。另外，选择填料时还应考虑其机械强度、来源、制造及价格等因素。

填料使得物料黏度增加，特别是纤维填料使黏度明显增加。添加前的填料需经过脱水处理，以避免消耗掉部分异氰酸酯。必须注意生成二氧化碳会导致树脂出现发泡现象，影响聚氨酯树脂的物性。

为了能够加快填料润湿速度，同时降低体系黏度}l_.或者在聚氨酯树脂中添加更多的填料，有时需预先在树脂中添加润、湿分散剂。

模内漆是具有涂料、色浆和脱模剂三种功能的助剂。它均匀喷涂在模具内，漆膜干燥后，即可模塑聚氨酯鞋底、自结皮泡沫塑料、聚氨酯软泡.硬泡制品脱模后，色漆附着在成型周化的制品上。

填料的作用机理：填料作为添加剂，主要是通过它占据体积发挥作用，由于填料的存在，基体材料的分子链就不能再占据原来的全部空间，使得相连的链段在某种程度上被固定化，并可能引起基体聚合物的取向。由于填料的尺寸稳定性，在填充的聚合物中，聚合物界面区域内的分子链运动受到限制，而使玻璃化温度上升，热变形温度提高，收缩率降低，弹性模量、硬度、刚度、冲击强度提高。　　填料的作用：①降低成型制件的收缩率，提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等；②树脂粘度有效的调节剂；③可满足不同性能要求，提高耐磨性、改善导电性及导热性等，大多数填料能提高材料冲击强度及压缩强度，但不能提高拉伸强度；④可提高颜料的着色效果；⑤某些填料具有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性；⑥有增容作用，可降低成本，提高产品在市场上的竞争能力。

环氧地坪漆中的填充剂也称为填料，一般是指添加到环氧树脂液体中，作为环氧地坪漆其中的组份，以改变环氧树脂胶液的性能和降低成本的材料。

在环氧地坪漆中使用填料的目的有以下几个方面:

1 降低成本，抑制反应热，绚丽颜色。

2 延长树脂混合物的适用期。

3 降低树脂固化物的收缩性。

4 改善树脂固化物的耐热性。

5 降低树脂固化物的热膨胀系数，降低树脂固化物的吸水性，改善固化物的耐老化性及耐化学品性。

6 提高树脂固化物的抗压强度，但抗拉强度及抗冲韧性会降低。

7 改善树脂固化物的耐电弧性及提高其它电性能。

8 改善树脂固化物的耐磨损性。

对于某种特殊应用，填料填料的最佳标准是根据复合材料所期望达到的性能而定，但必须考虑到下述基本原则。

1、填料在加工过程中必须保持其原有结构，并保持惰性、不溶性、热稳定性、不挥发性、无催化活性和低的吸附性。

2、填料必须与基材能够相容，无腐蚀性。

3、容易处理，堆积密度高，水分含量低，低尘，无毒性。

4、必须易得，货源充足，价格适中，质量稳定。

填料的种类很多，　铝粉、锌粉铜粉、银粉等金属粉末可用作导电填料。水泥、粉煤灰等也可用作填料。木粉、淀粉等植物性粉末也可用作填料。氟化钙可少量用于聚氨酯胶黏剂和密封胶体系;兼具二氧化碳吸收剂的作用。

一般来说，微细的粉末填料或改性的微细填料，以及纤维状、片状填料，少量使用可提高其整体性能，.例如对弹性聚合物(如橡胶、聚氨酯弹性体_)有· 定的补强作用，增加模量、强度、.耐磨性、耐热性，改善其尺寸稳定性，对硬质制品也能适当提高强度、耐老化性。但使用量过大则使得物性降低，，并且填料掺量大时操作困难。填料有以下几种：根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。

散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型的散装填料:

拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍填料 矩鞍填料 金属环矩鞍 填料球形填料

（1）拉西环填料于1914年由拉西（F. Rashching）发明，为外径与高度相等的圆环。拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，工业上已较少应用。

（2）鲍尔环填料是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。

（3） 阶梯环填料是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为所使用的环形填料中最为优良的一种。

（4） 弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，容破碎，工业生产中应用不多。

（5） 矩鞍填料 将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。

（6） 金属环矩鞍填料 环矩鞍填料（国外称为Intalox）是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，在散装填料中应用较多。

（7） 球形填料一般采用塑料注塑而成，其结构有多种。球形填料的特点是球体为空心，可以允许气体、液体从其内部通过。由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不易产生空穴和架桥，所以气液分散性能好。球形填料一般只适用于某些特定的场合，工程上应用较少。

除上述几种较典型的散装填料外，不断有构型独特的新型填料开发出来，如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。工业上常用的散装填料的特性数据可查有关手册。

规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。

（1）格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料。应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等，其中以格里奇格栅填料最具代表性。

格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。

（2）波纹填料在工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种，组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错90°排列。

波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类，其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。

金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，它是由金属丝网制成的。金属丝网波纹填料的压降低，分离效率很高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高，但因其性能优良仍得到了广泛的应用。

金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多f5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。

金属压延孔板波纹填料是另一种有代表性的板波纹填料。它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔，而是刺孔，用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为0.4～0.5mm小刺孔。其分离能力类似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料强，并且价格便宜，应用较为广泛。

波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大（常用的有125、150、250、350、500、700等几种）。波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。

（3）脉冲填料脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形个体，按一定方式拼装而成的一种规整填料。脉冲填料组装后，会形成带缩颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质。在扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。

脉冲填料的特点是处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布性能使放大效应减少，故特别适用于大塔径的场合。

聚四氟乙烯阀杆填料是以聚四氟乙烯细粉料为原料，采用全新的工艺加工而成的一种柔软制品。白色，连续绳状，截面呈圆形。它具有高度的柔顺性，极好的填充性、自润滑性、低摩擦系数、耐腐蚀等性能。技术参数：·使用温度 -260～+260 ·使用压力 <20MPa ·适用介质 除元素氟、熔融碱金属以外的一切化学物质。优点：·装填方便快捷。装填时一般不必拆卸阀门，只需将绳状填料绕在阀杆上，推入填料函，上紧函盖帽，填料即被压成一个密实的整体。 ·密封性能优异。膨胀聚四氟乙烯独特的微观结构赋予该产品极佳的柔韧性和模塑性，使它能轻易地将填料函内部空隙，甚至阀杆、函体上的所有凹坑和沟槽填密，这也使腐蚀、磨损的旧阀门避免更换或修理。 ·使用寿命长。因它长期保持的柔软塑性，使泄漏缺口随时被填塞，还因它不被腐蚀，不会老化，可保长期使用。·阀门开闭灵活轻便。因为聚四氟乙烯具有最低的摩擦系数和优异的自润滑性。 ·不污染管道中的流体。因为它洁白干净，不会因腐蚀老化而脱落，使它特别适用于医药、精细化工、食品等行业。·规格通用性好，减少填料储存量，节约开支。只需备置几种粗细规格的阀杆填料，就能满足大多数阀门之需求。一般选用能用手嵌入的最大号这种填料，但较细的'该种填料，也可用于大规格的阀门中，压紧后，也会塑变成型，得到密实的封填体。

塑性填料是经模具压制成型的填料，使用时不需要像编结填料那样切断后盘成环状，而且是根据轴颈大小制成环形。塑性填料有棉状和积层两种形式。

(1)绵状填料

绵状填料是把纤维、石墨、云母、金属粉（或金属鳞片）、油脂与弹性粘结剂相混合后，模压成环形，再在外层编结一层石棉纱（根据需要也可用金属丝）。还有一种使用方式是将混合物直接放人填料腔，经压盖压紧后直接使用，由于填料没有固定尺寸，填料装填不当容易影响密封性能所以该方法较少使用。可以根据工作条件调节绵状填料中各种混合料的种类和配比，例如高压蒸汽密封加人铜粉、酸性介质密封加人铅粒或铅片、轴有振动时可加添较多的弹性良好的粘结剂等。由于这种填料不含润滑剂，所以高压下其体积变化很小，可用于高速泵类和高压阀门密封。如加人固体润滑剂，则可以保证良好的自润滑性能，且结构致密，有助于提高密封性。另外，绵状填料有塑性流动性，还可以与金属填料组合使用。

(2)积层填料

这种填料是在石棉布或帆布的表面上涂敷橡胶，经叠合或者卷绕后热压硫化成型，还可以内夹橡胶芯等软质填料或嵌人弹簧，几种积层填料的结构。积层填料密封性良好，可用于120℃以下的低压蒸汽、水和氨液，主要用作往复运动的轴封和阀杆的密封，无接口的圈装积层填料还可以用作往复泵活塞环。由于积层填料中所含润滑剂不足，使用过程中需添加润滑剂。

填料塔的作用是起到吸收作用，是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。

以下讲一下填料塔的结构特点：

填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。

当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。

填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。

填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。

1、 成本降低 成本降低取决于聚合物和填料的相对成本。

2、材料密度 填料可以增加或降低产品的密度。

3、光学性质 聚合物填料复合物的光学性质取决于填料以及包括聚合物在内的材料主要成分的物理特性。

4、颜色 填料可以改变产品的颜色，会给配色造成麻烦。

5、表面性质 填料可以使有粘性的表面分开，降低材料的摩擦系数。

6、产品形状 填料降低聚合物泡沫的收缩。

7、热性质 填料有可能降低热导率。

8、电性质 体积电阻率、静电消散和其他的电性质都受填料种类的影响。

9、磁性质 铁氧体可产生铁磁性，用于制造塑料磁体。

10、化学反应性 许多填料可以影响由于它们的存在所发生的化学反应，反应速度可以是增加或降低。

11、流变性 许多工业产品的流变性质依赖于所填充的填料。

12、材料耐久性 填料可以屏蔽辐射，可以和降解产物分子发生反应，由此赋予材料耐久性。

13、环境影响 填料可以抑制火焰、提高自燃温度、减少烟尘、增强成焦作用、降低热传导率、防止滴淌等，从而延缓火灾。

14、其他添加剂的性能 添加填料是改善其他添加剂性能的手段

是一种固体材料，它具有通过自身的物理特性和表面相互作用，或没有表面相互作用，来改变材料物理和化学性质的能力。

填料分类的依据是它们的矿物起源和化学组成（矿物、玻璃、炭黑、有机物、金属），矿物填料根据地质分类进一步细分。

根据颗粒尺寸分类将大有益处，因为颗粒的尺寸影响材料的性能。但是，仅仅将颗粒尺寸作为选择填料的标准还远远不够。因为不同的应用有不同的要求。为了使分类有助于填料的应用，分类方法必须包含填料的那些对最终材料有影响的重要性质。例如：颗粒尺寸和分布、长径比、表面的化学组成、填料颗粒的机械性质、电和热导率、相互作用的定量描述、混合物的组成、光学性质等。

仅用于塑料的填料每年就超过10000t，其中碳酸钙就大约占2/3。填料市场非常大，但是，填料很大部分应用于一些技术不成熟的产品中。

填料的主要应用包括：

·塑料；

·建筑；

·纸张；

·油漆和涂料；

·化妆品和药品；

·纤维；

·食品；

·摩擦材料；

·印刷。

使用填料最多的聚合物有4种（PVC，PP，PA，聚酯）。填料在每一种聚合物中的消费量可以反映出这种聚合物的消费量。塑料正在取代许多传统的材料，为使塑料具备所要求的性能，同时也要求发展新的填料技术。根据当前的发展情况我们可预测填料市场未来的趋势，以下这些技术将会变得越来越重要：

·纳米填料；

·导电填料；

·表面改性技术；

·填料混合物；

·无尘填料；

·形态特殊的填料；

·相容性填料；

·低成本增强填料。

当前，正致力于完善填料技术，并已经开发出许多质量非常高的填料。但是，高质量填料太昂贵，不适应大部分的应用。所以，需要开发成本更实惠，同时保持机体材料性能的材料。环境因素将促使这类材料的开发。产品循环评价作为一个崛起的理念将对未来技术的选择，以及与这些技术相关的填料选择产生重大影响。

颗粒填料：铝屑和铝粉、硼酸铝晶须、氧化铝、无烟煤、锑酸钠、三氧化锑、磷灰石、烟灰、硅镁土、偏硼酸钡、硫酸钡、钛酸钡、膨润土、氧化铋、氧化硼、碳酸钙、、氢氧化钙、硫酸钙、炭黑、陶瓷微球、粘土、硅藻土、铁氧体、长石、玻璃珠、金、石墨、水合硅酸钙、高岭土、、氧化镁、氢氧化镁、钼、二硫化钼、镍、聚合物填料、浮石、冻石、橡胶颗粒、海泡石、二氧化硅、硅胶、银粉、滑石、二氧化钛、沸石、硼酸锌、硫化锌。

纤维：芳族聚酰胺纤维、纤维素纤维、玻璃纤维、其他纤维等。