2.1 常用填料的种类
填料种类繁多，根据来源通常分为矿物性填料、植物性填料和工业填料，其中工业填料又可分为合成型和废渣型；根据外观形状可分为粉状、粒状、片状、纤维状及中空微珠填料；根据其化学结构可分为无机填料和有机填料；根据填料在高聚物中的主要功能可分为增量性填料、增强性填料、导电性填料、着色性填料、阻燃性填料、耐热性填料、润滑性填料、磁性填料、隔声性填料及减振性填料等。
2.1.1 无机填料
1.无机矿物类填料
（1）碳酸钙（CaCO3） 碳酸钙是目前最常用的粉状无机填料，其价格低廉，来源丰富，无毒无味，白度可达到96%，可自由着色，且化学稳定性好，易干燥，故在许多塑料中得到广泛应用。从填料角度碳酸钙可分为三类：重质碳酸钙、轻质碳酸钙和活性碳酸钙。
1）重质碳酸钙，简称重钙，由石灰石等经机械粉碎、筛选、分级、表面处理而制得。按其粉碎方法又分为干式重质碳酸钙（商品名双飞粉）和湿式重质碳酸钙。因为是机械粉碎，故形状无规则，粒子大小也不相同，平均粒径为1～10μm，其中3μm以下的占50%，密度2.7～2.9g/cm3，几乎不溶于水。近年来，由于粉碎（如气流粉碎）和分级技术的进步，可以制得更微细的产品，甚至制得0.1μm超细重质碳酸钙。重质碳酸钙常用于PVC中，其作用是降低成本，改善尺寸稳定性，与黏土并用能改善弹性和热变形。
2）轻质碳酸钙，简称轻钙，是用化学方法生产的碳酸钙，又称沉降碳酸钙。其粒子形状多为纺锤形、针形或柱形，粒径为1～10μm，其中3μm以下的占80%，密度2.65g/cm3。轻质碳酸钙常用于聚烯烃中，其作用与重质碳酸钙相同，增强效果好，耐酸性更好。
3）活性碳酸钙，又称胶质碳酸钙、改性碳酸钙，日本将其称为白艳华，是采用表面处理剂（硬脂酸，质量分数约3%）对轻质碳酸钙或重质碳酸钙粉体表面进行改性活化处理而成的。外观为白色、细腻、软质的粉末，密度为1.99～2.01g/cm3。活性碳酸钙填充的塑料制品，具有一定的强度和光滑的表面，且润滑性良好，容易加工。
碳酸钙按粒度分级规定为：粒径1～5μm时，为微粒碳酸钙；粒径0.1～1μm时，为微细碳酸钙；粒径0.02～0.1μm时，为超细碳酸钙；粒径小于0.02μm时，为超微细碳酸钙。目前生产超细级碳酸钙多采用连续喷雾碳化和喷雾干燥工艺（即双喷工艺），这样可使碳酸钙表观团粒微细化，且粒子表面活化均匀。当粒径为0.005～0.02μm时，其补强作用与白炭黑相当。
（2）滑石粉（3MgO·4SiO2·H2O） 主要成分为水合硅酸镁，由天然滑石粉碎精选而得，是典型的鳞片状填料，化学性质不活泼，有滑腻感，密度2.7～2.8g/cm3。滑石粉是一种用量仅次于CaCO3的填料，作为塑料填料，可提高制品的硬度、阻燃性、耐酸碱性、电绝缘性、尺寸稳定性、耐蠕变性，并具有润滑性，可减少对机械及模具的磨损；但用量过多，会影响产品的焊接性。由于滑石粉是片状填料，所以填充塑料时制品的刚性大，各向异性小，可用于加工大型和平面制品。滑石粉主要用于PP的结晶成核剂，使PP的球晶微细化，提高结晶度，并能增加刚性，也可用于PVC、PE、PA及PC等树脂中，添加量一般为10%～40%。其成型工艺条件及设备与碳酸钙填充塑料相似，都可通过挤出、压制、注射、压延等方法制造各种类型的塑料制品。滑石粉无毒，可用于与食品接触的制品。
（3）硅灰石（CaSiO3） 硅灰石是仅次于CaCO3和滑石粉的第三大填料。天然硅灰石具有β型硅酸钙化学结构，是针状、棒状及粒状混合体，其中以针状为主。硅灰石外观为白色晶体，不带结晶水，吸湿性小，无毒，热胀系数小，热稳定性高，耐化学腐蚀，耐气候老化，力学性能及电性能优良。硅灰石的折光指数为1.62，与PVC混合料接近，是PVC透明制品的首选填料。由于硅灰石的针状结构，它对塑料具有一定的补强作用，可部分代替价格昂贵的玻璃纤维。硅灰石可用于PVC、PP、PE、PA、聚酯、环氧树脂及酚醛等树脂中，加入量一般在40%以下，并常用硅烷类偶联剂进行表面处理。
（4）高岭土（A12O3·2SiO2·2H2O） 高岭土属于黏土的一种，即黏土矿物的粉末，又称陶土、白土、瓷土，是以含水硅酸铝为主要成分的硅酸盐，呈层状结构，质软且有滑腻感，密度为2.2～2.6g/cm3，pH值为5～6，无毒，具有阻燃性。高岭土成型加工性优于CaCO3，填充量达到树脂的3倍仍可以成型，而CaCO3填充量达到1倍即成型困难。作为塑料填料，高岭土具有优良的电绝缘性能，可用作PVC绝缘电线包皮，PE、PP电缆，薄膜复合材料等。例如在PVC中加入质量为10%的高岭土，可提高电绝缘性能5～10倍。高岭土还可掺入到聚苯乙烯基的薄膜复合材料中，用来制造印刷纸张。在聚酯和环氧树脂中可调节树脂的黏度及成型加工性能，提高耐磨性。高岭土可以用作PP的成核剂，还具有一定的阻燃作用。高岭土在塑料中的添加量一般为5%～60%，粒度在100目以上。
需要注意的是高岭土的吸湿性较大，应注意在贮存时防止受潮结块，在使用高岭土以前一定要将其烘干，以免影响塑料制品质量。有时要对高岭土表面进行亲油性处理，改善与塑料的亲和性。
（5）云母 云母的组成十分复杂，是铝、钾、锂、镁、铁等元素的层状含水铝硅酸盐矿物。云母填料为天然云母碎片经粉碎加工而成的云母粉，其粒径通常为8～10μm，长径比通常为30左右，是典型的片状结构，具有玻璃光泽，含水量为1.0%～4.2%，无毒，可用于与食品接触的制品。云母粉可填充PE、PP、PVC、PA、ABS、聚酯等热塑性塑料，还可填充EP（酚醛树脂）、PF（环氧树脂）等热固性塑料，加入量一般为10%～40%，粒度为100～325目。云母作为塑料填充剂，可大大提高塑料制品的拉伸弹性模量和弯曲弹性模量，赋予制品优良的电绝缘性、耐热性和尺寸稳定性，提高耐湿性和耐蚀性，缺点为价格较高。
（6）硅藻土 硅藻土是由单细胞藻类积沉于海底或湖底所形成的一种化石，主要成分为SiO2，多孔，质轻，极易研磨成粉，外观为白色或浅黄色粉末，粒径为25～40μm，密度为1.6～2.3g/cm3。硅藻土为一种优质的轻质填料，可用于PVC、PO及热固性塑料；还可作为防粘连剂，用于轻质、隔声、隔热等建筑复合材料。缺点是吸油量及吸树脂量较大。
（7）炭黑 炭黑是在控制条件下不完全燃烧烃类化合物生成的物质，品种较多，按制法可分为槽法炭黑、炉法炭黑和热裂解法炭黑等。炭黑加入聚合物中既有保护光降解和抗热氧化作用，又能提高塑料制品的刚性。炭黑的细度影响制品的性能，颗粒越细，黑度越高，紫外线屏蔽作用越强，耐老化性能越好，制品的表面电阻率越低，但在某种程度上分散较困难。作为填料用的炭黑，可以使用较大粒径的炉法炭黑，一般为25～75μm。
（8）二氧化硅（SiO2） 二氧化硅是一类岩石粉末，可分为石英粉和硅石粉。天然SiO2粉主要用于热固性树脂中，如用于不饱和聚酯和EP中，生产人造玛瑙和人造大理石。SiO2也可以合成，一般称为白炭黑，是一种补强作用仅次于炭黑的填料，具有消光作用，可以提高塑料的电绝缘性和硬度，缺点是流动性差、黏度高。
（9）二氧化钛 俗称钛白粉，是一种白色颜料，可作为塑料填料使用。钛白粉中的二氧化钛约占97%，具有优良的光学性能及物理、化学稳定性能，无毒，平均粒径为0.1μm，呈球状结晶。根据晶型结构二氧化钛可分为锐钛型、金红石型。金红石型二氧化钛作为塑料填料效果较好，它能使光的反射率增大，保护高分子材料内层免遭紫外线的破坏，从而起到光屏蔽剂的作用；另一个明显的作用是可作白色颜料，使制品达到相当高的白度，此时也可和其他填料并用，提高材料的寿命。添加二氧化钛可提高材料的硬度、耐磨性，一般可用于聚烯烃、PVC、PA、氟塑料和热固性塑料。
（10）硫酸钡（BaSO4） 硫酸钡可分为两种，一种是天然硫酸钡，即重晶石粉，密度4.4～4.5g/cm3，白色或灰色粉末，粒子较粗，粒径一般为2～5μm，性脆；另一种是合成硫酸钡，也叫沉淀硫酸钡，粒径为0.2～5μm，是无色斜方晶系结晶或无定形白色粉末，几乎不溶于水、乙醇及酸，溶于热浓硫酸中，干燥时易结块。作为塑料填料使用的硫酸钡大多为后者，可提高塑料的密度和耐蚀性，减少制品的X射线透过率。硫酸钡主要用于热固性塑料。
（11）硫酸钙（CaSO4） 又名石膏，有天然石膏和化学沉淀硫酸钙。白色晶体，无味，无毒，经粉碎的天然石膏密度为2.36g/cm3，平均粒径4μm；天然无水石膏密度为2.95g/cm3，平均粒径2μm；沉淀无水硫酸钙密度为2.95g/cm3，平均粒径1μm。硫酸钙可广泛用于填充与食品接触的工程塑料和PVC、PE及PP塑料制品中。
（12）氢氧化铝[Al（OH）3] 也叫水合氢氧化铝，白色结晶粉末，不溶于水和醇，表面粗糙，呈不规则形状，热分解温度340℃，可作为塑料阻燃填料。
（13）氢氧化镁[Mg（OH）2] 和氢氧化铝一样，也是难燃性填料，热分解温度340℃，但应用不及Al（OH）3广泛，适于填充混炼温度较高的聚丙烯等。
（14）石棉 白色至灰白色纤维状物质，化学性质稳定，耐碱性强，耐酸性差，绝缘、绝热性能好。作为塑料填料可提高制品的刚性、尺寸稳定性及高温时的防蠕变性。一般石棉的添加量为30%左右，可用于各种塑料。
（15）空心玻璃微珠 可以从粉煤灰中提取，也可以人工合成。空心玻璃微珠作为一种轻质塑料填料，由于其表面光滑、球状、中空、密度小，所以使得填充制品的流动性能好，残余应力分布均匀，常作为标准型填料，可用于PA、ABS、PS、PE、PP及PVC中。中空玻璃微球主要用于热固性树脂中，用于热塑性树脂时，受加工剪切易破碎。
（16）稀土矿物填料 稀土矿物填料是一种无机增韧填料，具体品种有：氧化钕、氟碳铈、硝酸稀土盐、脂肪酸稀土盐、硬脂酸稀土盐、水杨酸稀土盐、苹果酸稀土盐、柠檬酸稀土盐及酒石酸稀土盐等。用于PA中可同时提高冲击强度和拉伸强度；填充聚四氟乙烯，可提高耐磨性；填充PVC，则可提高耐热性。
2.工业废渣类填料
（1）粉煤灰 粉煤灰是燃煤电厂所排放出来的废渣，化学成分中SiO2和Al2O3是其主要活性成分。平均粒径80μm，密度2.0～2.4g/cm3，熔点1250～1450℃。粉煤灰作为塑料填料，由于其中含有圆而光滑的微珠，颗粒间聚集力很小，易于在树脂中均匀分散，填充量一般为40%以下，可用于各种塑料。
（2）红泥 又称为赤泥，代号RM，是用铝土矿碱法生产氧化铝时所排放出来的废渣，是一种价廉易得的填料。红泥粒径比较小，一般粒径为20μm左右，且部分接近胶体微粒的尺寸，并且有多孔性。红泥易吸水，填充前要进行干燥处理，干燥条件为：105℃下干燥3h，然后在1000℃以上烧结1h。红泥作为塑料填料，可大大降低塑料制品的成本，还可作为廉价的热稳定剂和光屏蔽剂，提高耐光、热老化性能，延长塑料制品的寿命。红泥所用偶联剂以硅烷效果最好，使用量为0.5%～1.0%。
红泥在塑料中的填加量大于CaCO3，在软质PVC中，红泥可适当提高拉伸强度和断裂伸长率。红泥主要用于PVC、PE及PP中。对PVC而言，红泥不仅为填料，还可兼作廉价的热稳定剂和光屏蔽剂，可提高PVC的耐光、热老化性能。
（3）污泥废渣 制糖厂滤泥、硫酸厂制酸污泥、炼铁厂矿渣泥与硼砂泥、制碱厂苛化泥、造纸厂白泥等经过处理加工都可以作为塑料填料。用滤泥和污泥作填料的聚乙烯、聚氯乙烯复合材料可用来制造外观要求不高的农用管道、水勺、粪勺等。各种废渣的化学成分差异很大，且含水量高，对制品性能影响很大，使用之前最好进行烘干处理。
2.1.2 有机填料
有机填料可起到增强、降低成型收缩率、提高尺寸稳定性等作用，但由于耐加工温度性能差，故只可用于加工温度低的树脂，如PVC、PE、PP及大部分热固性树脂。有机填料一般分天然有机填料和合成有机填料两种。
1.天然有机填料
天然有机填充剂有碎纸、木粉、果壳粉、贝壳粉及棉、麻、稻等农副产品的粉末等，主要成分是纤维素和少量的木质素及其他化合物。
（1）碎纸 可用牛皮纸、白纸、着色纸等废纸为填充剂。一般是将纸张浸泡于树脂中，干燥后切片，然后以此为材料压制成板材。
（2）木粉 木粉是最常用的有机类填料，粒度为20～80目，呈针状或纤维状，含水量大，加工前需要进行干燥。用木粉填充塑料，可使制品具有木材性质，因比无机填料轻，所以可降低制品的密度；但会引起拉伸强度、耐热性、耐水性等性能下降。
木粉常用于PF树脂的填充，用木粉填充的PF压缩粉具有良好的综合性能及电性能，可用于机器零件、手柄、文具、开关，灯头、插座及纽扣等。此外木粉还可用于其他热固性树脂及少数热塑性树脂中。
（3）棉屑 棉屑是由棉布剪裁或棉纺净化后所获得的，填充棉屑的塑料制品抗冲性能得到改善，而且体积大。
（4）花生壳 花生壳是含酚量高、来源丰富的廉价填充剂。花生壳粉表面无极性特征，吸水性也较木粉小，可适当改进HDPE、PS、PP的性能并降低成本。
（5）胡桃壳粉 胡桃壳粉是加工胡桃时产生的废料，由于含有大量木质树脂和角质蜡，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泽度。
（6）棉、麻、稻草等粉末 它们属于纤维状填料，可提高填充制品的力学性能及耐磨性能等。
（7）玉米淀粉 玉米淀粉作为聚乙烯填料，目前发展也很快。一般是把玉米淀粉先制成加工母料，淀粉用量为50份，然后再添加到LDPE中去，可代替纸张作包装薄膜。
2.合成有机填料
合成有机填料主要为合成材料的边角废料、纺织工业的合成纤维及其下脚料、交联塑料和热固性塑料的边角料等，常用于增强塑料中。
2.1.3 金属填料
金属粉末也可作为塑料填料，如铁粉、铅粉、铜粉、铝粉、锌粉等，粉末细度一般为325目。在塑料中加入金属粉末可提高材料的耐磨性及负载能力，如加入铅粉可制出能屏蔽中子和γ射线的制品；在聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺中，加入青铜粉，可获得导热、导电性能良好的塑料制品。部分金属填料的性能及应用见表2-1。
表2-1 部分金属填料的性能及应用
2.1.4 纳米填料
所谓纳米填料是指粒子尺寸在1～100nm的粉状填料，常用品种有Fe2O3、Al2O3、ZnO、ZrO、TiO2、SiO2、蒙脱土等。这类填料的比表面积极大，而且粒子中包含的分子数极少，使原子（分子）有极大的活性，作为塑料的填料，可以得到一般填料意想不到的效果。用纳米填料填充的树脂，通称为纳米塑料。与一般填充材料相比，纳米填料显示出一系列的优异性能，如强度高、密度小、耐热性好，并赋予制品良好的透明性和光泽度。用纳米填料填充的纳米超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE），还可以改善加工性，使难以加工的UHMWPE变得容易加工，为用聚乙烯代替部分工程塑料创造了条件。