无机填料多由天然非金属矿物(滑石、硅灰石、水镁石、高岭土、云母)制成，在高分子复合材料中主要起增量、增强和功能作用。

(1)增量:添加廉价的无机填料，降低产品成本和聚合物用量。

(2)增强:提高聚合物基复合材料的机械性能(弹性模量和抗压强度)，如塑料和橡胶

度、冲击强度、耐磨性等。).

(3)赋予功能:无机填料可以赋予聚合物基体本身不具备的一些特殊功能，如阻燃、导电、抗菌等。这时，无机填料的化学组成、光、电、热等性能就起了重要作用。

1.为什么无机填料需要表面改性处理？

由于无机填料表面各种官能团的存在，无机填料的化学结构与填料大不相同。大多数无机填料具有一定的酸碱性、表面的亲水基团和极性；而聚合物是疏水性和极性的。因此，它们之间的兼容性很差。为了提高填料与聚合物基体的界面结合，必须采用合适的方法对无机填料进行表面改性，这对提高聚合物复合材料的最终性能至关重要。

2.无机填料的表面改性处理方法

表面改性方法主要包括物理方法和化学方法。

物理表面改性是增加填料的表面粗糙度，从而增加填料的比表面积；

化学表面改性是在填料表面接枝各种官能团，使表面具有反应性。这种改性方法简单易行，因此应用广泛。

机械化学改性是通过超细粉碎等强机械作用对粉体表面进行有目的的活化，在一定程度上改变颗粒表面的晶体结构、溶解性、化学吸附性和反应性。

近年来，有两种应用效果较好的表面改性方法。一种是使用新的活化剂，其分子中含有高活性的反应基团。活化剂通过化学键牢固地包覆在无机填料表面，分子剩余部分为非极性的长饱和碳链，与大接触面积的聚合物分子链形成很强的范德华亲和力，使复合材料在大填充量条件下仍具有良好的力学性能。

另一种是二次包覆法，即将偶联剂处理过的无机粉体用能与偶联剂发生化学反应的活化剂进行二次包覆处理。其特征在于，在无机粉体与聚合物形成强结合力的同时，由于所用二次包覆活化剂的结构特点，可以在无机填料表面形成一层弹性膜。当复合材料受到外力冲击时，由于弹性薄膜的缓冲作用，可以分散应力，从而具有明显的增强增韧作用。

虽然表面改性方法很多，但偶联剂处理是无机填料表面改性最基本、最通用的方法。

3.如何表征无机填料的表面改性效果？

表面改性表征方法可分为直接法和间接法。所谓直接法，就是测量填料表面改性后的表面物理化学性质，如表面润湿性、表面能、在极性/非极性介质中的分散性、表面改性剂的涂覆量、表面结构、形貌和表面化学组成等。

间接法是测定填料表面改性后在应用领域的应用性能。由于填料表面改性的目的性很强，因此间接法对填料表面改性效果的评价非常重要。

(1)润湿接触角

(2)活化指数

无机填料一般相对密度较高，表面呈极性状态，自然沉降于水中；然而，经过表面改性处理的无机填料表面由极性变为非极性，表现出对水的弱非润湿性。这种不润湿的细小颗粒，因为巨大的表面张力，无法浮在水中。根据这一现象，提出& ldquo激活指数& rdquo由H表示的概念由以下公式表示:

H=样品中漂浮部分的重量(g)/样品的总重量(g)

h从0到1.0的变化过程反映了填料粉体表面活化程度从小到大。表面改性剂的用量可参考& ldquo激活指数& rdquo为了确保。所谓最佳用量，即在填料颗粒表面覆盖单层的表面改性剂用量大于此用量，会形成物理吸附的多层界面弱层，从而造成填料强度下降；如果用量低于此，说明填料颗粒表面处理不完全，这反映在活化指数曲线上，如下图所示。

在上面的曲线中，A对应于横坐标上的A，这是在无机填料表面形成单分子涂层的表面改性剂的用量。可作为表面改性剂的最佳用量，但实际处理时应略低于此用量。活化指数不能作为填料表面改性的唯一质量指标，应结合其他指标综合考虑，如吸附类型(化学吸附、物理吸附)、与聚合物基体的相互作用、应用性能指标等。

(3)粒度分布和颗粒形态

表面改性后填料粒径和分布的变化可以反映改性过程中颗粒是否团聚，特别是是否发生硬团聚，因为团聚会影响改性填料的应用性能。目前，测量填料粉末粒度及其分布的主要仪器有沉降式、激光粒度分析仪、库尔特计数器、透射法和BET法测量比表面积。

需要注意的是，由于各种粒度测试仪器和方法的物理基础不同，同一样品测得的粒度的物理意义、粒度和分布也不同。因此，在用粒度和分布来表征改性效果时，必须采用相同的方法和仪器。

(4)吸附类型和涂布量

吸附类型可通过脂肪提取器(带电动搅拌和回流冷凝装置的三口烧瓶)或热水洗涤来确定。化学吸附在填料粉体颗粒表面的表面改性剂分子比物理吸附的更牢固，在强烈搅拌或与其他组分混合时不易脱落。使用脂肪提取器时，一定时间内甲苯的提取量越大，说明物理吸附越多，在吸附面上的比例越大。

包覆量是指一定质量的填料粉末表面吸附的表面改性剂的质量，以%或mg/g表示..近年来，国内外在漫反射红外傅里叶变换光谱定量分析包覆无机粉体填料方面做了大量的研究工作，取得了一定的进展。