无机填充材料的应用与优势

（一）无机矿物材料

碳酸钙具有价格低廉、来源广泛、无毒无味、色泽白并易着色、硬度低、易干燥、化学稳定性高等优点，成为用量最大、用途最广泛的第一大类填料。依碳酸钙的来源不同，可将碳酸钙分为重质和轻质两大类。

（1）重质碳酸钙

用天然方解石或大理石粉碎研磨而成的一类碳酸钙。其中方解石碳酸钙的碳酸钙含量高达98%以上，白度高，补强效果好。方解石又可细分为大方解石和小方解石两种，主要是按结晶尺寸的大小不同而划分，小方解石碳酸钙的各方面指标不如大方解碳酸钙石好，尤其是因组成中含有游离碳，导致加工中易变成灰白色，但价格略低于大方解石碳酸钙。大理石碳酸钙的碳酸钙含量稍低，一般在90%左右，补强效果稍差，热加工易轻微变色，但价格低。

（2）轻质碳酸钙

以石灰石矿物为原料经煅烧、消化、重新碳酸化等化学过程制成，优点为组成比较均一，粒度可以达到5μm左右，沉积密度远远小于重质碳酸钙，填充制品的相对密度也略小于重质碳酸钙，因此称为轻质碳酸钙。轻质碳酸钙的缺点为加工中易变色，价格也略高于重质碳酸钙，加上粉体生产过程中具有环保排放问题，目前有逐渐被重质碳酸钙取代的趋势。但是轻质碳酸钙在PVC制品中因具有韧性好、辅助吸收HCl提高热稳定性和帮助消除黄色色光等独特性能，未来仍然会有一定的市场。轻质碳酸钙按粒径不同可以分为普通轻质碳酸钙和纳米碳酸钙，两种的生产工艺路线基本相同，只是采用生产轻质碳酸钙相同的工艺进行适当的改进就可以生产纳米碳酸钙。纳米碳酸钙因粒径变得很细，表面极性很强，表面自由能很高，在粒度达到1μm时很容易团聚，达不到预期的改性效果。

重、轻碳酸钙两者改性效果区分不是十分明显，重质碳酸钙对拉伸强度上较好，而轻质碳酸钙对冲击强度较好。

滑石粉的组成为3MgO·4SiO₂·H₂O，结构与云母类似，呈片状结构，外观为白色或淡黄色细粉，柔软而有滑腻感，硬度低，有一定润滑性，对设备磨损轻，是仅次于碳酸钙的第二大填料品种，与碳酸钙密度相差不大。

滑石粉因片状结构，其补强作用比碳酸钙大，有利于提高复合材料的刚性和耐热性，其中二氧化硅含量越高，滑石粉的改性效果越明显，但滑石粉填充量大时影响制品的焊接性能。以PP为例，对塑料的改性效果与碳酸钙比较，滑石粉对PP的拉伸强度和刚性较好，而碳酸钙对PP的冲击强度和断裂伸长率较好，弯曲强度和弯曲模量两者都提高。滑石粉在PP改性中应用最多，一般与弹性体材料复合加入，在增韧同时增加刚性。

因滑石粉具有某些特殊性能，可以作为功能填料而使用。例如，滑石粉对波长为7～25μm的红外线有阻隔作用，可用于农用大棚夜间保温。再如，滑石粉可作为PP的成核剂，还可用于PO类薄膜的滑爽剂。又如，对于二氧化硅含量较高的滑石粉，因折光指数与聚乙烯接近，可以用于HDPE作透明填料。

云母的种类很多，经干法或湿法粉碎即可用于塑料填料，但用于塑料填料的为湿法绢云母。云母的晶形是片状的，其径厚比大，如能在填充中保持此厚径比，增强效果显著，因此被称为补强填料。

云母因典型的片状结构而具有优异的阻隔性能，在塑料中常常用于阻隔改性填充。云母对波长为7～25μm的红外线有阻隔作用，其效果优于具有同类功能的滑石粉和高岭土，且其日光透过率比其他填充材料高，最适于农用大棚的白天增温和夜间保温。云母的电绝缘性好，可用于绝缘制品的填充。因云母的价格过高，加之云母颗粒表面能高，不易实现包覆和偶联处理等，本身白度低于90%，加工中又易变色，因此用量一直不高，只有少量用于补强或棚膜保温。云母常用于PVC、PP、PE、ABS及PA中，加入量为10%～40%。

高岭土是黏土的一种，又称为陶土。高岭土本身含有的结合水在高温下方可除去，但在空气中极易吸附水，所以用做填料的高岭土要特别注意水分的影响。普通高岭土在塑料中不常用，一般只用煅烧高岭土。一是用煅烧高岭土可以提高塑料的绝缘性，在PVC中加入10%煅烧高岭土，可提高电绝缘性5～10倍。二是利用其具有同滑石粉、云母一样对波长为7～25μm的红外线有阻隔作用，用于农用大棚膜保温。此外，高岭土还可作为PP的成核剂。

（1）天然硅灰石

硅灰石属三斜晶系晶体，常沿纵轴延伸成板状、杆状和针状，经适当粉碎后保持其针状结构，长径比一般为15∶1以上。如能在加工中保持此长径比，其补强作用明显，可提高复合材料的拉伸强度和挠曲强度，并可代替部分玻璃纤维用于增强。

除需要补强场合外，硅灰石在塑料中应用不多，主要原因为多数硅灰石在塑料加工温度下颜色变灰，另外长径比在加工中很难保持。

硅灰石主要用于PP和PA制品的补强填充。例如，硅灰石20μm用KH550处理后，填充PA1010复合材料的具体性能见表3-6所示。

表3-6 硅灰石含量与PA1010复合材料性能的关系

（2）合成硅灰石

合成硅灰石也称为合成硅酸钙，可以由水玻璃（硅酸钠）或者粉煤灰后续产品（从粉煤灰中提炼出铝后剩余物质）经过煅烧制造硅酸钙填料，具体组成如表3-7所示，从组成上来合成硅灰石与天然硅灰石很接近，具体性能见表3-8所示。

表3-7 合成硅酸钙的化学组成 单位：%

表3-8 合成硅酸钙微粉的物理性能

合成硅酸钙具有典型的合成硅酸钙具有质轻、多孔、吸附力强等优点，常用于吸附材料，在性能上可以与沸石媲美。硅酸钙微粉为密度最轻的无机填料，同样在PE中添加30%的碳酸钙和硅酸钙，其相对密度分别为1.26和1.12，硅酸钙比碳酸钙轻了12.5%，各项性能指标都好于碳酸钙，具体如表3-9所示。

表3-9 PE中填充30%填充碳酸钙和硅酸钙的性能对比

硅酸钙还具有对设备磨耗低的优点，碳酸钙的磨损值高于合成硅酸钙九倍之多。

硫酸钡的分子式为BaSO₄，相对分子质量为233.33，是一种白色结晶固体，又称为钡白。按来源不同分类，硫酸钡可以分成天然重晶石硫酸钡和合成的沉淀硫酸钡两种。天然硫酸钡存在于天然的重晶石矿中，硫酸钡含量在80%～95%范围内。重晶石经过粉碎、水洗、干燥而成重晶石粉，目数一般在1250目，相对密度4.6左右。合成硫酸钡不是来源于重晶石矿，而是人工合成产品，又称为沉淀硫酸钡或轻质硫酸钡。合成硫酸钡属于双锥斜方晶体，粒度可以达到纳米级别、一般在50～80nm，白度可以达到92%以上，相对密度稍低一点，一般在4.5左右，莫氏硬度3.0，折射率1.64。

硫酸钡用于塑料的填充复合材料主要用于几个特殊领域，具体如下：

①提高表面光泽度：硫酸钡表面光泽高于其他填充材料，在填充复合材料中光泽度最高。

②提高制品密度：利用其密度高，制造高密度塑料制品如音箱和渔网坠等。

③吸收X射线和γ射线：制作防辐射塑料制品。

④用之于吸音材料：硫酸钡的密度高，因而具有优异的吸音性能，常用于音箱壳体材料填充。

⑤塑料的透明填充母料：合成硫酸钡容易制成纳米材料，当其粒径小于可见光波长400nm时，常用于塑料薄壁制品的透明填充。

⑥色母料的助分散剂：由于硫酸钡具有良好的分散性，可以用于色母料中做助分散剂，使色调更为明显、更富于光泽，可有效节省色母粒中的颜料用量。

⑦部分替代颜料：硫酸钡对各种颜料的反射率、透过率及着色力都会有一定的改善，对不同颜料的改善效果不同，因此可以替代二氧化钛或颜料用于普通塑料，减少颜料的添加量。在不改变色彩的条件，瓶颈粒径0.2μm的硫酸钡可以替代部分颜料，着色效果不会下降甚至提高。例如在ABS色母料中，硫酸钡可以替代20%～30%的黄色颜料；对蓝色颜料替代效果更好，可以替代30%～40%。

⑧低吸油性：吸油量低至10～30（g/100g），可以用于需要低吸油的场合。

⑨力学性能：硫酸钡可以提高复合材料的韧性和断裂伸长率，粒径越小分散性越好，改善效果越明显。

⑩高流变性：可以缩短复合材料成型的周期。

硅藻土是一种硅质岩石，是一种生物沉积的硅质沉积岩，是单细胞藻类遗骸沉积于海底或湖底而形成的一种生物化学沉积岩。其化学成分以SiO₂为主，含量常超过70%，矿物成分为蛋白石及其变种。硅藻土表面多孔，多孔而质轻，相对密度为1.6～2.3，pH中性，无毒，吸附性能强，吸油率115%。柔软，易于磨成粉状，外观为白色到浅黄色粉末，粒径为25～40μm。缺点为吸油量和吸树脂量大，吸水性强，可吸收自重4倍的水。

硅藻土为一种轻质填料，用于特殊用途制品中，如抗粘连、轻质、隔音、隔热复合材料等，在塑料中的具体应用如下：

①力学性能：硅藻土有优良的延伸性、较高的冲击强度、拉伸强度、撕裂强度、抗压强度好等方面优质作用。在塑料中添加可以提高复合材料的刚性、强度、硬度、耐磨性、耐热性和抗老化性。

②消光性能：硅藻土具有消光作用，可以代替白炭黑用于消光。

③开口性能：硅藻土具有开口作用，可以用于薄膜的开口剂。

④清洁模口性能：硅藻土还具有挤出模口清洁作用，加入PVC硬制品中，可以消除模口堵塞，减少产品表面划痕。

此外，硅藻土还可以用于吸附填充、轻质填充、透明填充、隔音和隔热填充等。

玻璃微珠是近年发展起来的一种用途广泛、性能特殊的新型材料。玻璃微珠有两类：一是从粉煤灰中提取，本色略带灰色，沉珠为实心，飘珠为空心；二是人工合成，由硼硅酸盐原料经高科技加工而成，粒度为10～75nm（200～300目），壁厚1～2nm，产品全部为空心。

玻璃微珠为典型的轻质填料，其表面光滑、球状、中空结构。具体性能指标为化学成分SiO₂＞67%，实心相对密度2.4～2.6，空心相对密度0.2～0.6，莫氏硬度6～7，折光指数最大2.2，颜色纯白。导热系数为0.046～0.053W/（m·K），光的漫反射率为80%～88%。填充制品的流动性好，残余内应力分布均匀。

玻璃微珠可加入PP、PS、ABS、PE及PA中，用于轻质填充、隔热、隔音、防震、反光等改性制品。玻璃微珠加入塑料的作用：增加流动性10%～15%，降低产品密度10%左右，防止产品收缩和翘曲，表面光滑并具有反光性，具有吸音性能。

（1）硅微粉

这是一种天然的二氧化硅材料，可以由石英石、大理石等天然二氧化硅矿物磨粉而成，有时也称为石英粉。硅微粉的粒度常用为800～2000目，比表面积为20～28m²/g。硅微粉为结晶二氧化硅，外观为灰色或灰白色粉末﹑耐火温度大于1600℃，化学成分为二氧化硅75%～96%、三氧化二铝0 ± 0.2%、三氧化二铁9 ± 0.3%、氧化镁7±0.1%、氧化钙3±0.1%、氧化钠3±0.2%，共生矿物成分比较高。硅微粉可以用于橡胶、树脂、涂料、油漆、不饱和聚酯等高分子材料填充补强材料。

（2）白炭黑

用化学合成方法制成的一类二氧化硅材料，包括沉淀二氧化硅和气相白炭黑两大类。

①沉淀二氧化硅：沉淀二氧化硅是采用石英砂、大理石等原料经过化学方法处理而人工合成得到的一种纯净二氧化硅粉末，习惯上也称为沉淀白炭黑、水合硅酸、轻质二氧化硅、活性二氧化硅、水合二氧化硅等。沉淀二氧化硅外观为白色高度分散的无定形粉末，原始粒径为0.3μm以下。经表面改性处理的憎水性白炭黑可以用于橡胶和塑料等作为补强填充剂，都会使其产品的机械强度和抗撕指标显著提高，沉淀白炭黑还可以用于塑料薄膜开口剂。

②气相二氧化硅：具体内容见本小节（三）中6.纳米二氧化硅。

沸石分为天然沸石和合成沸石两大类。天然沸石有颜色，相对密度1.92～2.8，莫氏硬度5～5.5，折射率1.52，pH为10.1～11.5，低线膨胀系数为6.9×10^-6。合成沸石又称为分子筛，是一种硅铝酸盐多微孔晶体，为粉末状晶体，有金属光泽，为白色，硬度3～5，相对密度2～2.8。沸石和分子筛都是一富含水的K、Na、Ca、Ba的铝硅酸盐，从化学成分上说是一样的，都具有优异的微孔结构，具有很好的吸附功能，但是两种还是有区别的。两者的主要区别有三：一是沸石是天然矿物粉碎而成组成比较复杂，分子筛是用化学合成的组成比较均匀；二是沸石的孔径（0.3～1nm）大小不一并且不可以人为控制，而分子筛的孔径是一致的可以人为控制，并且分成3A（0.3nm）、4A（0.4nm）、5A（0.5nm）个级别用于不同的吸附用途；三是沸石也称为天然沸石往往带有颜色，分子筛为合成沸石外观一般为白色。

分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，具有均匀的微孔结构，它的孔穴直径大小均匀，这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部，并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力，因而能把极性程度不同、饱和程度不同、分子大小不同及沸点不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称分子筛。

分子筛在塑料中的应用时要进行表面活性处理，一般用钛酸酯偶联剂处理，与塑料复合发挥的主要作用如下：

①除味剂：沸石具有很高的吸附能力，因此除味性很好，加入味道较重的再生塑料中可以消除其味道。

②助分散剂：利用沸石可以大量吸附液体的特性，对于香精等液体助剂和容易分解的有机填料，直接加入颗粒树脂中困难较大，先将其吸附在沸石中再加入，可以保证分散均匀和不分解。

③透明填料：沸石的折射率1.52与LLDPE十分一致，可以作为其透明填充材料。

（二）工业废渣材料

工业废渣的成本十分低，并且因其含有复杂的多种成分，各成分之间又有协同作用，所以改性效果好。另外，从变废为宝，防止环境污染等方面，政府大力支持利用工业废渣。

粉煤灰为热力发电厂排放出来的废渣，具体由十几种成分组成。其中二氧化硅占61%左右，三氧化二铝占21%左右，其他成分有Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O及K₂O等。粉煤灰的外观为灰白色，平均粒径为80μm，相对密度为2.0～2.4。由于粉煤灰中含有圆而滑的玻璃微珠，易于在树脂中均匀分散，填充量可达40%左右。从粉煤灰中可以分离出玻璃微珠，分为沉珠（实心）和飘珠（空心）两大类，与合成玻璃微珠的外观区别为白度不够高，粒度不够均匀。粉煤灰主要用于PVC和PP制品中如地砖等，表面可用硅烷类偶联剂处理。

合成硅酸钙为粉煤灰后续产品，从粉煤灰中提炼出铝后，剩余残渣可以煅烧制造硅酸钙填料，具有质轻、多孔、吸附力强等优点，具体见前面硅灰石部分。

红泥又称为赤泥，代号RM，为铝土矿碱法生产氧化铝时排放的废渣。我国铝厂都有丰富的红泥资源，是一种价廉易得的填料。红泥的相对密度为2.7～2.9，粒度为20μm，接近胶体的尺寸，其pH=10～12，呈碱性。红泥的组成很复杂，大致组成为SiO₂、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃及TiO₂等。不同生产方法的成分也不同，其中以拜耳法红泥用做塑料填料最好。拜耳法红泥粒度较细、软质，对提高塑料制品性能有利，其次选用烧结法红泥，最后选用联合法红泥。红泥易吸水，使用前要干燥处理，干燥条件为105℃、3h，然后在1000℃以上温度烧结1h。

红泥主要用于PVC、PP及PE中，表面可用硅烷类偶联剂处理，用量为0.5%～1.0%。红泥的填充量可大于碳酸钙，在PVC中还可兼做热稳定剂和光屏蔽剂；在软质PVC中，红泥可适当提高拉伸强度和断裂伸长率。

硼泥的代号为BM，是硼砂厂生产过程中排放的废渣，具体组成为MgO、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、FeO、CaO及B₂ O₃等。硼泥的外观为浅土红色，久置后变土灰色，粒度为15μm，手感细滑，表面为多孔的假山石状结构，相对密度为2.3，呈弱碱性，晾干后含水3%左右。

硼泥可不经过处理直接加入树脂中，主要用于PVC，用量为50份左右。用硼泥填充的PVC制品，外观为浅棕色，力学、电学、耐腐蚀性和阻燃性都好。

盐泥的代号为SM，是碱厂排放出来的废渣，其主要成分为SiO₂、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、CaCO₃、CaSO₄、Mg（OH）₂、MgO及NaCl等。盐泥的外观为灰白色湿泥，手感滑腻，pH为10左右。

盐泥在填充前需进行表面偶联处理，偶联剂选用钛酸酯类NDZ-101最佳。在PVC中加入40份时，拉伸强度只下降10%，而冲击强度反而有小幅度升高。此外，盐泥还可改善PVC的耐油性，并可使挤出成型的出口膨胀降低。

油页岩灰是油页岩经低温干馏或高温燃烧后剩余的灰烬，其化学成分为Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、SiO₂、Al₂ O₃及TiO₂等。油页岩灰的外观高温燃烧型为棕红色，低温干馏为灰黑色，相对密度为2.7，平均粒径为3.3～3.4μm，结构为多空块状物。

油页岩灰具有补强填充的功能，加入PVC中其冲击强度基本不下降，拉伸强度的下降幅度也较小。在填充PP和PE时，加入量小于10%时，冲击强度有明显升高。

电石渣是电石水解生产乙炔的废弃物，主要成分为氧化钙65.47%、二氧化硅7.29%及其他成分。电石渣是极性能物质，与PVC的相容性较差，需要进行表面处理后，才能与PVC复合。

①铁泥：用黄铁矿制硫酸的废渣，主要成分为Fe₂O₃等。

②白泥：造纸厂废渣。

③碱泥：苛化法制碱的废渣，主要成分为CaCO₃等。

④滤泥：制糖厂排放的废渣。

（三）纳米无机材料

目前已开发的纳米填料介绍如下。

黏土是一类硅酸盐材料的总称，具体包括蒙脱土（MMT）、凹凸棒黏土（TA）、伊利石、海泡石、水云母及蛋白石等，其中以蒙脱土最为常用。

（1）蒙脱土（MMT）

蒙脱土是一种天然矿物质材料，其主要成分为SiO₂含量72%、Al₂O₃含量14%，其他成分有Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、FeO、Na₂O、MnO、P₂O₅及TiO₂等。与高岭土不同的是蒙脱土为典型层状结构和天然的纳米尺寸，其中层状特性比云母还要强得多，可以用于塑料的阻隔改性。

蒙脱土具有亲水疏油性能，与大多数树脂的相容性都比较差，要与树脂形成良好的复合材料，首先要对其进行疏水亲油改性处理，以提高与树脂的相容性。利用蒙脱土的良好插层性能可以进行长链有机化合物的层插，大幅度提高与各类树脂的相容性，制造多种纳米塑料填充材料，同时改善复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度，这正是目前纳米材料的研究重点。目前，已成功开发出如PA6/蒙脱土、PET/蒙脱土、PMMA/蒙脱土、PI/蒙脱土、EP/蒙脱土、PS/蒙脱土等复合材料。

（2）凹凸棒黏土（AT或ATP）

凹凸棒黏土又称为凹凸棒石（attapulgite）、凹凸棒土、坡缕石、坡缕缟石等，为纳米黏土的一个品种，是一种水合镁铝硅酸盐非金属矿物。凹凸棒黏土来源广泛，成本比较低，土质细腻，有油脂滑感，质轻、性脆，断口呈贝壳状，吸水性强，干燥后收缩小，水浸泡崩散。

凹凸棒石呈水晶链层状结构，但与蒙脱土的层状结构明显不同，凹凸棒石为一种天然纤维状晶体形态结构的含水富镁的铝硅酸盐矿，典型的分子式为Si₈Mg₅O₂₀［Al］（OH）₂（OH₂）₄·4H₂O，化学成分理论值为MgO 23.83%、SiO₂56.96%、H₂O 19.21%，莫氏硬度2～3，硬度＞5，相对密度为2.05～2.32。

由于纳米级的晶棒很容易聚集，凹凸棒石与聚合物的混合只能是微米级的混合，起到增量填充的作用。凹凸棒石表面大量的硅羟基与非极性聚合物相容性差，填充前要进行表面处理。目前凹凸棒石在塑料中应用主要集中在PET、PA成核剂和隔热材料。

（3）伊利石

伊利石是一种含钾铝硅酸盐云母族黏土矿物，又称为“水白云母”，其化学结构式为KAl₂［（Al，Si）Si₃O₁₀］（OH）₂·nH₂O，属于单斜晶系，晶格中含有不等量的Fe³⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等阳离子，常呈鳞片状，粒度一般小于4μm，多数硬度较低，不具有膨胀性。伊利石的成分比较复杂，其具体组成在一定范围内变化，因而其应用受到一定限制。

天然软质伊利石的粒度细小，分散性好，有害元素的含量很低，矿物易于粉碎和加工，是具有很好应用前景的高分子填充材料。伊利石粉作为片状增强填充料兼有增量和改性双重效果。以在PVC中填充为例，加入量在3份左右时，拉伸强度、冲击强度都达到最大值，而弯曲强度、弯曲模量和热变形温度在10份以前都缓慢增加。伊利石在增强增韧的同时，可改善塑料的尺寸稳定性、耐蠕变性、气体阻隔性、绝缘性和防止翘曲性。

（4）海泡石

海泡石为含水的镁硅酸盐，具有链状和层状纤维的过渡结构，属于2∶1层链结构黏土。结构式为（Si₁₂）（Mg₈）O₃₀（OH）₄（OH₂）4.8H₂O，由硅氧四面体和镁氧八面体组成。宏观上海泡石呈针状或长纤维状链式结构，其直径约为0.05～0.20μm，长径比在20以上。其聚集体呈束状或任意交织状聚集，相对密度为2.4～2.6，外观呈现灰白色流动粉末。

海泡石作为针状增强填充料兼有增量和改性双重效果，这一点同伊利石相似。以在PVC中填充为例，加入量在3份左右时，拉伸强度、冲击强度都达到最大值，弯曲强度下降，而弯曲模量和热变形温度在10份以前都缓慢增加，尤其是弯曲模量增加较快。

（5）蛋白石

蛋白石又称为蛋白土，是一种含水非结晶或胶质的活性二氧化硅，其化学组成为SiO₂nH₂O，具体成分为二氧化硅88%、三氧化二铝2.863%、氧化钙0.285%、三氧化二铁0.872%、氧化钠1.575%等，一般含水量为2%～13%。蛋白石的外观为致密的玻璃状块状体，颜色有白色、灰色和淡蓝色多孔状，相对密度2.07，属于比较轻的无机填充材料。

蛋白石在聚乙烯中填充具有明显的刚韧改性作用，例如钛酸酯偶联剂处理的3000目蛋白石在HDPE中加入30%，拉伸强度基本持平，而冲击强度提高160%。加入ABS中也可以明显改善冲击强度。

纳米氧化锌（ZnO）粒径介于1～100nm之间，是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。

纳米氧化锌表面具有很大活性基团，便于进行表面改性，以提高与树脂的相容性。纳米氧化锌与玻璃纤维复合使用有协同作用，2%纳米氧化锌与40%玻璃纤维复合使用，力学性能最佳。纳米氧化锌可以用做绝缘导热材料，与高价格的金属氮化物、碳化物复合使用。纳米氧化锌还是很好抗菌材料，抗菌效率可以达到98%以上。纳米氧化锌还是很好的紫外线遮蔽材料。

羟基磷灰石又称羟磷灰石，英文名称hydroxyapatite，英文简称HA。羟基磷灰石组成为磷酸钙的氢氧化合物，分子式Ca₁₀（PO₄）₆（OH）₂，相对分子质量为1004，熔点为1650℃，相对密度为3.16，溶解度为0.4mg/kg，结晶构造为六角晶系。羟基磷灰石外观多为粉末、多孔颗粒、块状（非标定型）产品，纯的羟磷灰石粉末是白色，但天然的羟磷灰石会夹杂着棕色、黄色或绿色。

羟基磷灰石（HA）是脊椎动物骨骼和牙齿的主要组成，人的牙釉质中羟基磷灰石的含量在96%以上。羟基磷灰石具有优良的生物相容性，是人体骨骼组织主要成分，多应用于骨组织修复。羟基磷灰石植入体内后，钙和磷会游离出材料表面被身体组织吸收，并生长出新的组织。

羟基磷灰石有天然的，也可以用人工的方式合成。制作羟基磷灰石粉末的方法很多，比较常见的方法有沉淀法、水解法、水热法及固相法等，目前大多数以沉淀法为主。

在塑料用于生产仿骨材料时加入适量的羟基磷灰石：可以提高复合材料的力学性能，使之与人骨匹配；可以提高复合材料与人体的生理相容性，甚至与人体实现有机结合。

气凝胶的英文为aerogel，又称为干凝胶。1931年美国斯坦福大学的Kistler用气体取代了凝胶中液体成分的位置，同时又保证凝胶的间壁不发生坍塌，就发明了世界上第一块气凝胶。事实上气凝胶就是由普通凝胶演化而来的，当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这既称为干凝胶，也称为气凝胶。

气凝胶是一种固体物质形态，目前是世界上已知密度最小的人造物质，其固体相对密度可以低到0.003，素有“固体烟雾”的美称。气凝胶的种类很多，有硅系、碳系、硫系、金属氧化物系及金属系等等，一般常见的气凝胶为硅气凝胶。任何物质只要可以经干燥后除去内部溶剂后，又可基本保持其形状不变，且产物高孔隙率、低密度，则皆可以称之为气凝胶。

气凝胶是一种新型轻质纳米多空性固体材料，被认为是目前最轻质、隔热性最好的固体新材料，常温下导热系数低至0.012W/（m·K），孔径为1～100nm，孔隙率高达99.8%，比表面积高达1000m²/g，相对密度在0.003～0.3范围内，低介电常数1.1～2.5，使用温度-190～1050℃，为透明隔热材料。除了具有优秀的隔热性能外，还具有隔音、减震的性能，具有其他隔热材料不可比拟的性能，以用于光学器件、超级电容等领域。

气凝胶的隔热包含三种热量传递机理，即热辐射、热对流和热传导，是一种适应面广泛的隔热材料。在塑料中填充气凝胶主要利用其如下特性：

①低介电常数：介电常数1.1～2.5。

②轻质填充：固体相对密度可以低到0.16。

③隔热、隔音：常温下导热系数低至0.012W/（m·K）。

④高吸附性能：可吸附自身质量的100～300倍的油。

纳米碳酸钙属于轻质碳酸钙的一种，是在生产轻质碳酸钙碳化的过程中通过控制碳化工艺条件和添加结晶导向剂控制而得到的。纳米轻质碳酸钙的尺寸很大，粒度大于200nm时多为不对称外形如纺锤形、棒状等，粒度50～120nm时多为对称外形如立方体、球形等，粒度小于30nm时多为立方体或者链锁结构，一般使用时在80～120nm范围内选择最好。不同形状纳米碳酸钙的用途不同，针状和链状纳米碳酸钙可以实现补强目的，球形纳米碳酸钙可以实现增韧的目的，空芯球形纳米碳酸钙可以实现轻量化填充的目的，片状纳米碳酸钙可以提高复合材料的阻隔性、还可以利用其高遮盖力代替部分钛白粉。

纳米二氧化硅就是气相二氧化硅，也是人工合成的一种二氧化硅，与沉淀二氧化硅为姊妹产品，但细度更细，产品粒度达到纳米级别，称为气相白炭黑。气相二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，由于其粒径很小，因此比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。

气相二氧化硅属于轻质无定型的白色材料，分子状态为三维链状结构，颗粒表面存在不饱和的羰键和羟基，在一定条件下可与树脂发生键合反应，形成硅-氧-碳键，提高与树脂之间的复合性，改善复合材料的力学性能。密度2.3～2.6，pH4～6，美国卡波特白炭黑的pH为3.7～4.7。

在塑料中，白炭黑是一种补强作用仅次于炭黑的填料，常用于和塑料形成复合塑料，加入量为3%～5%，并能提高复合塑料的性能。尤其是用白炭黑填充硅胶，是典型的增强复合材料。在PP/二氧化硅复合体系中，冲击强度可以达到3.7kJ/m²。用PP/二氧化硅复合材料进行微发泡，冲击强度可以达45.7kJ/m²。