超细粉碎设备的选择
一、非金属矿产超细粉碎的特点
非金属矿产因其种类繁多，应用广泛，超细粉碎加工时不仅对其产品的粒度，而且对其粒度组成、颗粒形状、纯度，甚至表面性质等都有特定的要求，如表3-27至3-30所示。
1.粒度与粒度组成
多数非金属矿超细粉碎产品的应用领域不仅对其平均粒度，而且对粒度分布，如最大颗粒的粒度，60%、80%、90%或97%等通过的粒度均有要求，有的产品还要求比表面积数据等等。如用于造纸涂料的高岭土，一般要求小于2μm含量达80%以上（详见表3-28）。
另外，对于同种非金属矿产，不同用途对其粒度组成的要求也不相同，如图3-39所示，美国硅灰石产品牌号与粒度分布，C-6和C-1级一般用于陶瓷；P-1级和F-1级用于塑料填料；P-4级用作涂料填料和颜料增量剂。
表3-27 英国造纸填料级高岭土的质量要求
表3-28 美国佐治亚高岭土公司造纸涂料高岭土质量要求
表3-29 我国部分滑石粉产品质量技术指标
表3-30 美国粉碎石灰石协会重质碳酸钙粒度分布
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图3-39 Znterpace公司［美］硅灰石产品的粒度分布
2.颗粒形状（或晶形）
某些非金属矿，如硅灰石、高岭土、硅藻土、石墨、云母等，在有些应用领域要求保持其独特的晶形或晶体结构。如造纸涂料用的高岭土颗粒要求保持原晶形的片状结构；硅灰石粉碎产品不管其粒度多细，要求保持其针状结晶，即颗粒的长径比越大越好；硅藻土粉体产品要求保持其硅藻结构；晶体石墨要保持其片状结晶，等等。此外，晶形完好的上述超细粉碎产品，价值也较高。
3.纯度
许多非金属矿粉产品的纯度要求较高，如用于电视机显像管的氧化铝微粉；作润滑剂的石墨乳；用作高级陶瓷、塑料和造纸填料的滑石、高岭土、碳酸钙等。另外，在纯度方面的一个显著特点是，多数非金属矿产品对氧化铁、氧化钛等杂质的含量有严格的要求，这就要求在超细粉碎工艺中必须避免铁质污染。
4.表面物理与化学性质
有些应用领域，如塑料填料、涂料等不仅对非金属矿粉体产品的粒度、纯度有要求，还对其表面物理化学性质，如白度或亮度，亲、疏水性，吸附活性，电性，比表面积等有要求。因此，如能有目的地将超细粉碎加工与机械激活或表面改性和表面包覆结合起来，将简化工艺流程并提高经济效益。
综上所述，在选择非金属矿产超细粉碎工艺设备时应考虑上述特点，并根据非金属矿产的不同种类和不同用途选择合适的超细粉碎工艺设备。
二、超细粉碎设备的选择
要选择合适的超细粉碎设备，首先必须了解超细粉碎设备的性能，包括它的给料粒度、产品细度、处理能力、配套性能、粉碎方式（干法或湿法）等。表3-31列出了各类超细磨设备的粉碎原理、给料粒度和产品粒度以及适用范围和粉碎方式等。
一般干法粉碎工艺，如高速机械冲击式粉碎机等工艺较简单，投资相对较少，但产品细度不如湿法。湿法粉碎，如搅拌磨、振动磨等，产品粒度细，但工艺相对较复杂，投资较高。具体选用时依物料性质、产品用途及质量要求和生产规模等而定。例如高岭土作塑料、造纸等填料可选用干法粉碎工艺设备；但用于造纸涂料时，因对细度和颗粒形状（片状）的要求较高，一般要选用湿法工艺设备。
表3-31 各类超细磨设备的一般工作范围
表3-32 部分超细粉碎设备及应用实例
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表3-32列出了一部分国内外超细磨设备的应用实例与生产厂家。由于许多设备的处理量随物料性质、给料粒度、要求的产品细度等不同而变化，因此，在选用这些设备用于某种物料的超细粉碎时，最好在相同规格的试验设备或样机上进行工业试验，以确定其在一定给料粒度和产品细度条件下的处理量，或在一定处理量前提下所能达到的产品细度。一般来说，在相同条件下，要求的产品粒度越细，处理量越少；要求的产品粒度越粗，则处理量越大。在选择工艺设备时，既要考虑能达到的产品细度，也要有一定规模的处理量。另外，在选用设备时，不仅要考虑主机（粉碎机），还应考虑配套设备，尤其是粗细分级设备。好的精细分级设备不仅能保证产品细度，还能提高粉碎效率。
实践表明，任何好的超细粉碎设备都应有高效的精细分级设备与之配套，否则也难以满足产品细度要求。因此，无论干法或湿法超细粉碎，都应设置相应的能及时分出合格粒级的精细分级设备。
另外，还要考虑投资、环保等因素。
总之，选择粉碎设备时，要综合考虑设备的性能、原料的性质、产品用途、质量标准、生产规格以及投资等多种因素，使得所选择的设备既可满足市场对产品质量的要求，又能获得最大的经济效益。
母料的填充母料
母料是由载体树脂、填料和各种助剂组成的。母料中助剂的限度或填料的含量比实际塑料制品中的需要量要高数倍至十几倍。在成型加工过程中，必须根据母料中有关组分的含量和实际制品中需要加入的量，调节母料与基体树脂的配比。母料通常可以分为普通填充母料（简称填充母料）和功能性母料，如色母料、防雾滴母料等。填充母料的主要组分是填料，主要用于聚烯烃（聚乙烯和聚丙烯）的加工成型，又称为聚烯烃填充母料。 聚烯烃填充母料是由载体树脂、填料和各种助剂三部分组成，其中填料占主要成分，最多可达90%。聚烯烃填充母料主要用于聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃塑料的生产。如：聚乙烯中空吹塑制品、聚乙烯注塑制品和聚乙烯薄膜、聚丙烯编织袋、编织布和打包带等。一般选择烯烃填充母料的原辅材料时，要考虑到其使用性能好、成本低。
（1）填料
聚烯烃填充母料所用的填料主要是重质碳酸钙，其次是滑石粉、高岭土、硅灰石粉等无机填料。对任何无机填料、粒径和粒径分布是重要的技术指标。通常粒径越小、分布越窄，填充效果越好。此外，填充效果好坏还与分散性有关，粒径越小分散越困难，价格也越高。纯度是无机填料另一项重要技术指标，杂质含量越少、纯度越高越好。一般选用重质碳酸钙选用时，其含量尽可能要高，一般要求在94%以上。保证其它各项指标达到要求后，价格要低，以利于降低母料成本。
（2）载体树脂
聚烯烃填充母料的使用性能和成本主要取决于载体树脂，通常根据母料的用途不同，载体树脂一般含量为10%~20%。聚烯烃填充母料所用载体树脂应当与所填充的塑料基体树脂具有良好的相容性。从这一方面考虑，一般载体树脂最好选用基体树脂。此外，选用填充母料载体时，还要考虑其熔点和熔体流动性，载体树脂的熔点不得高于基体树脂。时至今日，仍有部分企业至今还在采用LDPE（1F7B）作为载体树脂，这主要是因为这种牌号的树脂熔点低、熔体流动速率高（7g/10min）。但是由于聚丙烯熔融温度高（比一般聚乙烯高20~40℃）限制了它在聚乙烯塑料中使用，而无规聚丙烯或用液相本体法合成的粉状聚丙烯的熔点不超过100℃，所以被广泛用作聚烯烃填充母料的载体。用LDPE（1F7B）作聚烯烃填充母体载体树脂，其最大优点是熔点低，熔体流动速率高，熔体强度大，但突出的缺点是价格高。如果选用成本低的熔体流动速率较低的低密度聚乙烯树脂，如1I2A-1或2F2B等，由于它们的熔体流动速率低，一般为2g/10min左右，在加工时，需要加入更多的石蜡等助剂，以利于母料在基体树脂更好地分散。通常用聚乙烯作载体制作的填充母料，更适用于聚乙烯塑料制品，主要原因是载体树脂与基体树脂性能相同，相容性好。用于聚乙烯薄膜的填充母料对载体树脂的要求更高更严些。
用于聚丙烯制品的填充母料，其载体树脂最好选用聚丙烯。从理论上讲，无规聚丙烯最好，因为它的熔点低、熔体流动性好，分散性好。但具体到我国国情，选择液相本体法合成的粉状聚丙烯更为合适，因为它的价格低廉，本身又是粉状，极易与无机填料混合均匀，即使在加料斗中也不会分层。采用聚丙烯作载体，由于聚丙烯热稳定性差，必须同时加入抗氧剂和润滑剂。为了使只占树脂总量千分之几的助剂能均匀分布在树脂中，最好先将树脂与各种助剂混合均匀，再按一定比例与填料混合造粒。
回收聚苯乙烯广泛用在合成革制造工艺中，即使载体树脂与基体树脂相容性不够好，但是载体树脂对塑料制品性能影响远比填料的影响要小，能带来可观的经济效益。在用其它树脂作载体制作填充母料时，为了提高填充母料的加工流动性和在基体树脂中的分散性，常常加入少量的回收聚苯乙烯。
由于填充母料的生产成本主要取决于载体树脂，又因载体树脂在母料中的含量较少，对一般填充改性的塑料制品的性能影响不大，为了降低母料成本，常常选用废旧聚乙烯、聚丙烯塑料或聚乙烯一聚丙烯复合膜的边角料作载体。
（3）助剂
聚烯烃填充母料使用的助剂品种主要是分散剂和表面处理剂。分散剂的作用是改善母料加工流动性，有利于母料在基体树脂中更均匀地分散。常用的分散剂有：白油（液体石蜡）、石蜡、邻苯二甲酸二辛酯（BOP）、低相对分子质量聚乙烯（聚乙烯蜡）及硬脂酸等。常用分散剂的主要性能，可以根据填料和载体树脂的性能特征选择使用。表面处理剂可以改变无机填料表面活性，使之由亲水性转化为亲油性，以利于和载体树脂混合，主要有偶联剂和硬脂酸两类。 聚烯烃填充母料加工工艺及相关设备随着载体树脂的不断变更也随之发生变化。
第一代聚烯烃填充母料（APP母料）所采用的载体树脂是国产无规聚丙烯（实际是生产聚丙烯副产品），加工工艺为：混炼――开炼拉片――水冷切粒，为间歇性生产，使用设备有密炼机、开炼机和平板切粒机。
第二代聚烯烃填充母料是以LDPE（1F7B）为载体树脂，生产出的母料称为PEP母料。该工艺过程必须采用具有大长径比、高混炼性能的特殊设计制作的单螺杆挤出机，才能获得较好的效果。
以聚丙烯粉料为载体的填充母料，即PPM母料称为我国第三代填充母料。一般采用聚丙烯与聚乙烯共混物作载体树脂的办法，效果才会很好。产品既保持了PPM母料的特色和使用范围，又可采用模面热切风冷工艺，提高了生产效率，降低了原材料成本。
制作填充母料最好加工设备是同向旋转双螺杆挤出机。该机的优点是可连续生产、质量稳定、生产效率高、能耗低、工人劳动强度低、操作环境好。
填充母料中含填料和助剂的浓度大，使用时必须加入一定量的基体树脂经混炼后再加工成型，填料主要起填充作用。填料和助剂能赋予塑料制品特殊功能，如：光、电、阻燃、降解等，称为功能性填充母料。功能性母料通常包括色母料、光转化母料、高效保温膜母料、防雾滴母料和降解母料等。
色母料是使塑料制品着色的一种专用粒料。其根据着色的塑料品种可分为聚烯烃类、ABS类、PS类和AS类等。色母料的生产工艺通常分为两步：第一步是制取颜料预分散体，即用分散剂或其它助剂对颜料进行表面处理；第二步是将颜料预分散体与载体树脂混熔造粒后制得色母料。色母料是由颜料、分散剂、载体树脂和适量助剂构成。分散剂的主要作用是使颜料充分分散，均匀地分散在载体树脂和基体树脂中，最终获得色泽均匀的塑料制品。用于色母料的载体树脂首先应与被着色树脂具有良好的相容性，其次载体树脂的流动性应大于被着色树脂，以便颜料更好地分散。色母料的组成、颜料的选择和用量取决于被着色塑料的性质，通常用于聚烯烃塑料着色的色母料中颜料的含量为20%~40%（质量分数）。