2.1 常用填料的種類
填料種類繁多，根據來源通常分為礦物性填料、植物性填料和工業填料，其中工業填料又可分為合成型和廢渣型；根據外觀形狀可分為粉狀、粒狀、片狀、纖維狀及中空微珠填料；根據其化學結構可分為無機填料和有機填料；根據填料在高聚物中的主要功能可分為增量性填料、增強性填料、導電性填料、著色性填料、阻燃性填料、耐熱性填料、潤滑性填料、磁性填料、隔聲性填料及減振性填料等。
2.1.1 無機填料
1.無機礦物類填料
（1）碳酸鈣（CaCO3） 碳酸鈣是目前最常用的粉狀無機填料，其價格低廉，來源豐富，無毒無味，白度可達到96%，可自由著色，且化學穩定性好，易干燥，故在許多塑料中得到廣泛應用。從填料角度碳酸鈣可分為三類：重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣和活性碳酸鈣。
1）重質碳酸鈣，簡稱重鈣，由石灰石等經機械粉碎、篩選、分級、表面處理而制得。按其粉碎方法又分為干式重質碳酸鈣（商品名雙飛粉）和濕式重質碳酸鈣。因為是機械粉碎，故形狀無規則，粒子大小也不相同，平均粒徑為1～10μm，其中3μm以下的占50%，密度2.7～2.9g/cm3，幾乎不溶于水。近年來，由于粉碎（如氣流粉碎）和分級技術的進步，可以制得更微細的產品，甚至制得0.1μm超細重質碳酸鈣。重質碳酸鈣常用于PVC中，其作用是降低成本，改善尺寸穩定性，與黏土并用能改善彈性和熱變形。
2）輕質碳酸鈣，簡稱輕鈣，是用化學方法生產的碳酸鈣，又稱沉降碳酸鈣。其粒子形狀多為紡錘形、針形或柱形，粒徑為1～10μm，其中3μm以下的占80%，密度2.65g/cm3。輕質碳酸鈣常用于聚烯烴中，其作用與重質碳酸鈣相同，增強效果好，耐酸性更好。
3）活性碳酸鈣，又稱膠質碳酸鈣、改性碳酸鈣，日本將其稱為白艷華，是采用表面處理劑（硬脂酸，質量分數約3%）對輕質碳酸鈣或重質碳酸鈣粉體表面進行改性活化處理而成的。外觀為白色、細膩、軟質的粉末，密度為1.99～2.01g/cm3。活性碳酸鈣填充的塑料制品，具有一定的強度和光滑的表面，且潤滑性良好，容易加工。
碳酸鈣按粒度分級規定為：粒徑1～5μm時，為微粒碳酸鈣；粒徑0.1～1μm時，為微細碳酸鈣；粒徑0.02～0.1μm時，為超細碳酸鈣；粒徑小于0.02μm時，為超微細碳酸鈣。目前生產超細級碳酸鈣多采用連續噴霧碳化和噴霧干燥工藝（即雙噴工藝），這樣可使碳酸鈣表觀團粒微細化，且粒子表面活化均勻。當粒徑為0.005～0.02μm時，其補強作用與白炭黑相當。
（2）滑石粉（3MgO·4SiO2·H2O） 主要成分為水合硅酸鎂，由天然滑石粉碎精選而得，是典型的鱗片狀填料，化學性質不活潑，有滑膩感，密度2.7～2.8g/cm3。滑石粉是一種用量僅次于CaCO3的填料，作為塑料填料，可提高制品的硬度、阻燃性、耐酸堿性、電絕緣性、尺寸穩定性、耐蠕變性，并具有潤滑性，可減少對機械及模具的磨損；但用量過多，會影響產品的焊接性。由于滑石粉是片狀填料，所以填充塑料時制品的剛性大，各向異性小，可用于加工大型和平面制品。滑石粉主要用于PP的結晶成核劑，使PP的球晶微細化，提高結晶度，并能增加剛性，也可用于PVC、PE、PA及PC等樹脂中，添加量一般為10%～40%。其成型工藝條件及設備與碳酸鈣填充塑料相似，都可通過擠出、壓制、注射、壓延等方法制造各種類型的塑料制品。滑石粉無毒，可用于與食品接觸的制品。
（3）硅灰石（CaSiO3） 硅灰石是僅次于CaCO3和滑石粉的第三大填料。天然硅灰石具有β型硅酸鈣化學結構，是針狀、棒狀及粒狀混合體，其中以針狀為主。硅灰石外觀為白色晶體，不帶結晶水，吸濕性小，無毒，熱脹系數小，熱穩定性高，耐化學腐蝕，耐氣候老化，力學性能及電性能優良。硅灰石的折光指數為1.62，與PVC混合料接近，是PVC透明制品的首選填料。由于硅灰石的針狀結構，它對塑料具有一定的補強作用，可部分代替價格昂貴的玻璃纖維。硅灰石可用于PVC、PP、PE、PA、聚酯、環氧樹脂及酚醛等樹脂中，加入量一般在40%以下，并常用硅烷類偶聯劑進行表面處理。
（4）高嶺土（A12O3·2SiO2·2H2O） 高嶺土屬于黏土的一種，即黏土礦物的粉末，又稱陶土、白土、瓷土，是以含水硅酸鋁為主要成分的硅酸鹽，呈層狀結構，質軟且有滑膩感，密度為2.2～2.6g/cm3，pH值為5～6，無毒，具有阻燃性。高嶺土成型加工性優于CaCO3，填充量達到樹脂的3倍仍可以成型，而CaCO3填充量達到1倍即成型困難。作為塑料填料，高嶺土具有優良的電絕緣性能，可用作PVC絕緣電線包皮，PE、PP電纜，薄膜復合材料等。例如在PVC中加入質量為10%的高嶺土，可提高電絕緣性能5～10倍。高嶺土還可摻入到聚苯乙烯基的薄膜復合材料中，用來制造印刷紙張。在聚酯和環氧樹脂中可調節樹脂的黏度及成型加工性能，提高耐磨性。高嶺土可以用作PP的成核劑，還具有一定的阻燃作用。高嶺土在塑料中的添加量一般為5%～60%，粒度在100目以上。
需要注意的是高嶺土的吸濕性較大，應注意在貯存時防止受潮結塊，在使用高嶺土以前一定要將其烘干，以免影響塑料制品質量。有時要對高嶺土表面進行親油性處理，改善與塑料的親和性。
（5）云母 云母的組成十分復雜，是鋁、鉀、鋰、鎂、鐵等元素的層狀含水鋁硅酸鹽礦物。云母填料為天然云母碎片經粉碎加工而成的云母粉，其粒徑通常為8～10μm，長徑比通常為30左右，是典型的片狀結構，具有玻璃光澤，含水量為1.0%～4.2%，無毒，可用于與食品接觸的制品。云母粉可填充PE、PP、PVC、PA、ABS、聚酯等熱塑性塑料，還可填充EP（酚醛樹脂）、PF（環氧樹脂）等熱固性塑料，加入量一般為10%～40%，粒度為100～325目。云母作為塑料填充劑，可大大提高塑料制品的拉伸彈性模量和彎曲彈性模量，賦予制品優良的電絕緣性、耐熱性和尺寸穩定性，提高耐濕性和耐蝕性，缺點為價格較高。
（6）硅藻土 硅藻土是由單細胞藻類積沉于海底或湖底所形成的一種化石，主要成分為SiO2，多孔，質輕，極易研磨成粉，外觀為白色或淺黃色粉末，粒徑為25～40μm，密度為1.6～2.3g/cm3。硅藻土為一種優質的輕質填料，可用于PVC、PO及熱固性塑料；還可作為防粘連劑，用于輕質、隔聲、隔熱等建筑復合材料。缺點是吸油量及吸樹脂量較大。
（7）炭黑 炭黑是在控制條件下不完全燃燒烴類化合物生成的物質，品種較多，按制法可分為槽法炭黑、爐法炭黑和熱裂解法炭黑等。炭黑加入聚合物中既有保護光降解和抗熱氧化作用，又能提高塑料制品的剛性。炭黑的細度影響制品的性能，顆粒越細，黑度越高，紫外線屏蔽作用越強，耐老化性能越好，制品的表面電阻率越低，但在某種程度上分散較困難。作為填料用的炭黑，可以使用較大粒徑的爐法炭黑，一般為25～75μm。
（8）二氧化硅（SiO2） 二氧化硅是一類巖石粉末，可分為石英粉和硅石粉。天然SiO2粉主要用于熱固性樹脂中，如用于不飽和聚酯和EP中，生產人造瑪瑙和人造大理石。SiO2也可以合成，一般稱為白炭黑，是一種補強作用僅次于炭黑的填料，具有消光作用，可以提高塑料的電絕緣性和硬度，缺點是流動性差、黏度高。
（9）二氧化鈦 俗稱鈦白粉，是一種白色顏料，可作為塑料填料使用。鈦白粉中的二氧化鈦約占97%，具有優良的光學性能及物理、化學穩定性能，無毒，平均粒徑為0.1μm，呈球狀結晶。根據晶型結構二氧化鈦可分為銳鈦型、金紅石型。金紅石型二氧化鈦作為塑料填料效果較好，它能使光的反射率增大，保護高分子材料內層免遭紫外線的破壞，從而起到光屏蔽劑的作用；另一個明顯的作用是可作白色顏料，使制品達到相當高的白度，此時也可和其他填料并用，提高材料的壽命。添加二氧化鈦可提高材料的硬度、耐磨性，一般可用于聚烯烴、PVC、PA、氟塑料和熱固性塑料。
（10）硫酸鋇（BaSO4） 硫酸鋇可分為兩種，一種是天然硫酸鋇，即重晶石粉，密度4.4～4.5g/cm3，白色或灰色粉末，粒子較粗，粒徑一般為2～5μm，性脆；另一種是合成硫酸鋇，也叫沉淀硫酸鋇，粒徑為0.2～5μm，是無色斜方晶系結晶或無定形白色粉末，幾乎不溶于水、乙醇及酸，溶于熱濃硫酸中，干燥時易結塊。作為塑料填料使用的硫酸鋇大多為后者，可提高塑料的密度和耐蝕性，減少制品的X射線透過率。硫酸鋇主要用于熱固性塑料。
（11）硫酸鈣（CaSO4） 又名石膏，有天然石膏和化學沉淀硫酸鈣。白色晶體，無味，無毒，經粉碎的天然石膏密度為2.36g/cm3，平均粒徑4μm；天然無水石膏密度為2.95g/cm3，平均粒徑2μm；沉淀無水硫酸鈣密度為2.95g/cm3，平均粒徑1μm。硫酸鈣可廣泛用于填充與食品接觸的工程塑料和PVC、PE及PP塑料制品中。
（12）氫氧化鋁[Al（OH）3] 也叫水合氫氧化鋁，白色結晶粉末，不溶于水和醇，表面粗糙，呈不規則形狀，熱分解溫度340℃，可作為塑料阻燃填料。
（13）氫氧化鎂[Mg（OH）2] 和氫氧化鋁一樣，也是難燃性填料，熱分解溫度340℃，但應用不及Al（OH）3廣泛，適于填充混煉溫度較高的聚丙烯等。
（14）石棉 白色至灰白色纖維狀物質，化學性質穩定，耐堿性強，耐酸性差，絕緣、絕熱性能好。作為塑料填料可提高制品的剛性、尺寸穩定性及高溫時的防蠕變性。一般石棉的添加量為30%左右，可用于各種塑料。
（15）空心玻璃微珠 可以從粉煤灰中提取，也可以人工合成。空心玻璃微珠作為一種輕質塑料填料，由于其表面光滑、球狀、中空、密度小，所以使得填充制品的流動性能好，殘余應力分布均勻，常作為標準型填料，可用于PA、ABS、PS、PE、PP及PVC中。中空玻璃微球主要用于熱固性樹脂中，用于熱塑性樹脂時，受加工剪切易破碎。
（16）稀土礦物填料 稀土礦物填料是一種無機增韌填料，具體品種有：氧化釹、氟碳鈰、硝酸稀土鹽、脂肪酸稀土鹽、硬脂酸稀土鹽、水楊酸稀土鹽、蘋果酸稀土鹽、檸檬酸稀土鹽及酒石酸稀土鹽等。用于PA中可同時提高沖擊強度和拉伸強度；填充聚四氟乙烯，可提高耐磨性；填充PVC，則可提高耐熱性。
2.工業廢渣類填料
（1）粉煤灰 粉煤灰是燃煤電廠所排放出來的廢渣，化學成分中SiO2和Al2O3是其主要活性成分。平均粒徑80μm，密度2.0～2.4g/cm3，熔點1250～1450℃。粉煤灰作為塑料填料，由于其中含有圓而光滑的微珠，顆粒間聚集力很小，易于在樹脂中均勻分散，填充量一般為40%以下，可用于各種塑料。
（2）紅泥 又稱為赤泥，代號RM，是用鋁土礦堿法生產氧化鋁時所排放出來的廢渣，是一種價廉易得的填料。紅泥粒徑比較小，一般粒徑為20μm左右，且部分接近膠體微粒的尺寸，并且有多孔性。紅泥易吸水，填充前要進行干燥處理，干燥條件為：105℃下干燥3h，然后在1000℃以上燒結1h。紅泥作為塑料填料，可大大降低塑料制品的成本，還可作為廉價的熱穩定劑和光屏蔽劑，提高耐光、熱老化性能，延長塑料制品的壽命。紅泥所用偶聯劑以硅烷效果最好，使用量為0.5%～1.0%。
紅泥在塑料中的填加量大于CaCO3，在軟質PVC中，紅泥可適當提高拉伸強度和斷裂伸長率。紅泥主要用于PVC、PE及PP中。對PVC而言，紅泥不僅為填料，還可兼作廉價的熱穩定劑和光屏蔽劑，可提高PVC的耐光、熱老化性能。
（3）污泥廢渣 制糖廠濾泥、硫酸廠制酸污泥、煉鐵廠礦渣泥與硼砂泥、制堿廠苛化泥、造紙廠白泥等經過處理加工都可以作為塑料填料。用濾泥和污泥作填料的聚乙烯、聚氯乙烯復合材料可用來制造外觀要求不高的農用管道、水勺、糞勺等。各種廢渣的化學成分差異很大，且含水量高，對制品性能影響很大，使用之前最好進行烘干處理。
2.1.2 有機填料
有機填料可起到增強、降低成型收縮率、提高尺寸穩定性等作用，但由于耐加工溫度性能差，故只可用于加工溫度低的樹脂，如PVC、PE、PP及大部分熱固性樹脂。有機填料一般分天然有機填料和合成有機填料兩種。
1.天然有機填料
天然有機填充劑有碎紙、木粉、果殼粉、貝殼粉及棉、麻、稻等農副產品的粉末等，主要成分是纖維素和少量的木質素及其他化合物。
（1）碎紙 可用牛皮紙、白紙、著色紙等廢紙為填充劑。一般是將紙張浸泡于樹脂中，干燥后切片，然后以此為材料壓制成板材。
（2）木粉 木粉是最常用的有機類填料，粒度為20～80目，呈針狀或纖維狀，含水量大，加工前需要進行干燥。用木粉填充塑料，可使制品具有木材性質，因比無機填料輕，所以可降低制品的密度；但會引起拉伸強度、耐熱性、耐水性等性能下降。
木粉常用于PF樹脂的填充，用木粉填充的PF壓縮粉具有良好的綜合性能及電性能，可用于機器零件、手柄、文具、開關，燈頭、插座及紐扣等。此外木粉還可用于其他熱固性樹脂及少數熱塑性樹脂中。
（3）棉屑 棉屑是由棉布剪裁或棉紡凈化后所獲得的，填充棉屑的塑料制品抗沖性能得到改善，而且體積大。
（4）花生殼 花生殼是含酚量高、來源豐富的廉價填充劑。花生殼粉表面無極性特征，吸水性也較木粉小，可適當改進HDPE、PS、PP的性能并降低成本。
（5）胡桃殼粉 胡桃殼粉是加工胡桃時產生的廢料，由于含有大量木質樹脂和角質蠟，所以它是不吸水的，且加工性能好，可提高填充制品表面的光澤度。
（6）棉、麻、稻草等粉末 它們屬于纖維狀填料，可提高填充制品的力學性能及耐磨性能等。
（7）玉米淀粉 玉米淀粉作為聚乙烯填料，目前發展也很快。一般是把玉米淀粉先制成加工母料，淀粉用量為50份，然后再添加到LDPE中去，可代替紙張作包裝薄膜。
2.合成有機填料
合成有機填料主要為合成材料的邊角廢料、紡織工業的合成纖維及其下腳料、交聯塑料和熱固性塑料的邊角料等，常用于增強塑料中。
2.1.3 金屬填料
金屬粉末也可作為塑料填料，如鐵粉、鉛粉、銅粉、鋁粉、鋅粉等，粉末細度一般為325目。在塑料中加入金屬粉末可提高材料的耐磨性及負載能力，如加入鉛粉可制出能屏蔽中子和γ射線的制品；在聚酯、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰胺中，加入青銅粉，可獲得導熱、導電性能良好的塑料制品。部分金屬填料的性能及應用見表2-1。
表2-1 部分金屬填料的性能及應用
2.1.4 納米填料
所謂納米填料是指粒子尺寸在1～100nm的粉狀填料，常用品種有Fe2O3、Al2O3、ZnO、ZrO、TiO2、SiO2、蒙脫土等。這類填料的比表面積極大，而且粒子中包含的分子數極少，使原子（分子）有極大的活性，作為塑料的填料，可以得到一般填料意想不到的效果。用納米填料填充的樹脂，通稱為納米塑料。與一般填充材料相比，納米填料顯示出一系列的優異性能，如強度高、密度小、耐熱性好，并賦予制品良好的透明性和光澤度。用納米填料填充的納米超高相對分子質量聚乙烯（UHMWPE），還可以改善加工性，使難以加工的UHMWPE變得容易加工，為用聚乙烯代替部分工程塑料創造了條件。