填料在水处理中的应用，填料的种类有多少？

填料泛指被填充于其他物体中的物料。在化学工程中，填料指装于填充塔内的惰性固体物料，例如鲍尔环和拉西环等，其作用是增大气-液的接触面，使其相互强烈混合。在化工产品中，填料又称填充剂，是指用以改善加工性能、制品力学性能并（或）降低成本的固体物料。在污水处理领域，主要用于接触氧化工艺，微生物会在填料的表面进行累积，以增大与污水的表面接触，对污水进行降解处理。

填料也称作填充剂、增量剂。某些填料同时又是体质颜料。微纽的填料具有良好的遮盖力，常用于涂料行业。

填料可用于多种聚氨酯制品，例如聚氨酯涂料、密封胶：聚氨酯浆料、特定弹性体聚氨酯泡沫塑料。三聚氰胺植物纤维聚合，皂参多元醇等，有机填料可用于聚氨酯泡沫塑料；碳酸钙高岭土(陶土、瓷土)，分子筛粉末滑石粉硅灰石滟技钛白粉重晶石粉(硫酸钡)等微细无机粉末二般可用作聚氨酯密封胶，聚氨酯软泡聚氨酯弹性体，胶黏剂，聚氨酯涂料等的填料。

泛指被填充于其他物体中的物料。在化学工程中，填料指装于填充塔内的惰性固体物料,例如鲍尔环和拉西环等，其作用是增大气-液的接触面,使其相互强烈混合。在化工产品中，填料又称填充剂，是指用以改善加工性能、制品力学性能并（或）降低成本的固体物料。其中可显著增加制品强度的填料，如长纤维和晶须等常专称增强材料，炭黑称补强填充剂。药品片剂、化妆品和去垢剂中常加入固体物料和碳酸钙等作填充剂，但其目的是调节剂量和浓度而不是改善性能，所以应称稀释剂。塑料增塑剂、橡胶充油以及纺丝油剂等，虽可改善性能，也能影响成本，但习惯上把这些液态物料视为加工助剂。

在高分子化工中，填料（填充剂）是用量至大的添加剂，几乎所有的塑料(包括热塑性和热固性塑料)、橡胶和涂料都使用大量填料。例如，制造塑料时加入木粉、陶土或碳酸钙等，不仅能改善制品力学性能，增加硬度，而且还可降低成本；用石墨、磁粉或云母作填料，可增加塑料的导电、通磁和耐热性；橡胶中加入炭黑或二氧化硅（白炭黑）可显著增加制品的物性；纺丝液中加入钛白粉（二氧化钛）可以遮光和染色。在涂料工业中常加入白色或带色填料（如钛白粉、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡等）以改善涂料的光学、物理和化学性能，这类用途的填料（填充剂）称为体质颜料或展色料。

填料性能优劣

主要取决于：

①有较大的比表面积（m2/m3填料层）；

②液体在填料表面有较好的均匀分布性能；

③气流能在填料层中均匀分布；

④调料具有较大的空隙率（m3/m3填料层）。

另外，选择填料时还应考虑其机械强度、来源、制造及价格等因素。

填料作用

填料使得物料黏度增加，纤维填料使黏度明显增加。添加前的填料需经过脱水处理，以避免消耗掉部分异氰酸酯。须注意生成二氧化碳会导致树脂出现发泡现象，影响聚氨酯树脂的物性。

为了能够加快填料润湿速度，同时降低体系黏度或者在聚氨酯树脂中添加更多的填料，有时需预先在树脂中添加润、湿分散剂。

模内漆是具有涂料、色浆和脱模剂三种功能的助剂。它均匀喷涂在模具内，漆膜干燥后，即可模塑聚氨酯鞋底、自结皮泡沫塑料、聚氨酯软泡、硬泡制品脱模后，色漆附着在成型周化的制品上。

填料的作用机理：填料作为添加剂，主要是通过它占据体积发挥作用，由于填料的存在，基体材料的分子链就不能再占据原来的全部空间，使得相连的链段在某种程度上被固定化，并可能引起基体聚合物的取向。由于填料的尺寸稳定性，在填充的聚合物中，聚合物界面区域内的分子链运动受到限制，而使玻璃化温度上升，热变形温度增加，收缩率降低，弹性模量、硬度、刚度、冲击强度增加。

填料的作用：

①降低成型制件的收缩率，增加制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等；

②树脂粘度充当的调节剂；

③可满足不同性能要求，增加耐磨性、改善导电性及导热性等，大多数填料能增加材料冲击强度及压缩强度，但不能增加拉伸强度；

④可增加颜料的着色效果；

⑤某些填料具有好的光稳定性和耐化学腐蚀性；

⑥有增容作用，可降低成本，增加产品在市场上的竞争能力。

环氧地坪漆中填料的目的

环氧地坪漆中的填充剂也称为填料，一般是指添加到环氧树脂液体中，作为环氧地坪漆其中的组份，以改变环氧树脂胶液的性能和降低成本的材料。

在环氧地坪漆中使用填料的目的有以下几个方面:

1 降低成本，抑制反应热，绚丽颜色。

2 延长树脂混合物的适用期。

3 降低树脂固化物的收缩性。

4 改善树脂固化物的耐热性。

5 降低树脂固化物的热膨胀系数，降低树脂固化物的吸水性，改善固化物的耐老化性及耐化学品性。

6 增加树脂固化物的抗压强度，但抗拉强度及抗冲韧性会降低。

7 改善树脂固化物的耐电弧性及增加其它电性能。

8 改善树脂固化物的耐磨损性。

填料选用准则

对于某种特定应用，填料填料的至佳标准是根据复合材料所期望达到的性能而定，但须考虑到下述基本原则。

1、填料在加工过程中须保持其原有结构，并保持惰性、不溶性、热稳定性、不挥发性、无催化和低的吸附性。

2、填料须与基材能够相容，无腐蚀性。

3、容易处理，堆积密度高，水分含量低，低尘。

4、须易得，货源充足，价格适中，质量稳定。

填料的种类

填料的种类很多，铝粉、锌粉铜粉、银粉等金属粉末可用作导电填料。水泥、粉煤灰等也可用作填料。木粉、淀粉等植物性粉末也可用作填料。氟化钙可少量用于聚氨酯胶黏剂和密封胶体系;兼具二氧化碳吸收剂的作用。

一般来说，微细的粉末填料或改性的微细填料，以及纤维状、片状填料，少量使用可增加其整体性能，例如对弹性聚合物(如橡胶、聚氨酯弹性体)有补强作用，增加模量、强度、耐磨性、耐热性，改善其尺寸稳定性，对硬质制品也能适当增加强度、耐老化性。但使用量过大则使得物性降低，并且填料掺量大时操作困难。填料有以下几种：根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。

散装填料

是一个具有几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。

现介绍几种较为典型的散装填料:

拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩鞍填料、金属环矩鞍填料、球形填料

拉西环

（1）拉西环填料

于1914年由拉西（F. Rashching）发明，为外径与高相等的圆环。拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，工业上已较少应用。

鲍尔环

（2）鲍尔环填料

是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔，大大增加了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率增加30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料[1] 。

阶梯环

（3） 阶梯环填料

是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以加速液膜的表面更新，有利于传质效率的增加。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为所使用的环形填料中优良的一种。

弧鞍填料

（4） 弧鞍填料

属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，容破碎，工业生产中应用不多。

矩鞍填料

（5） 矩鞍填料 

将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。工业各地大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代

金属环矩鞍填料

（6） 金属环矩鞍填料 

环矩鞍填料（国外称为Intalox）是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，在散装填料中应用较多。

球形填料

（7） 球形填料

一般采用塑料注塑而成，其结构有多种。球形填料的特点是球体为空心，可以允许气体、液体从其内部通过。由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不易产生空穴和架桥，所以气液分散性能好。球形填料一般只适用于某些特定的场合，工程上应用较少。

除上述几种较典型的散装填料外，不断有构型特异的新型填料开发出来，如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。

规整填料

规整填料是按特定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。

格栅填料

（1）格栅填料

是以条状单元体经特定规则组合而成的，具有多种结构形式。工业上应用较早的格栅填料为木格栅填料。应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等，其中以格里奇格栅填料具代表性。

格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。

波纹填料

（2）波纹填料

在工业上应用的规整填料大部分为波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种，组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错90°排列。

波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类，其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。

金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，它是由金属丝网制成的。金属丝网波纹填料的压降低，分离效率很高，适用于准确精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了的方法。尽管其造价高，但因其性能优良仍获得了广泛的应用。

金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多f5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。

金属压延孔板波纹填料是另一种有代表性的板波纹填料。它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔，而是刺孔，用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为0.4～0.5mm小刺孔。其分离能力类似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料强，并且价格便宜，应用较为广泛。

波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大（常用的有125、150、250、350、500、700等几种）。波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。

脉冲填料

（3）脉冲填料

是由带缩颈的中空棱柱形个体，按特定方式拼装而成的一种规整填料。脉冲填料组装后，会形成带缩颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段，气速高，湍动剧烈，从而强化传质。在扩大段，气速减到至小，实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。

脉冲填料的特点是处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布性能使放大效应减少，故适用于大塔径的场合。

四氟填料

聚四氟乙烯阀杆填料是以聚四氟乙烯细粉料为原料，采用高新的工艺加工而成的一种柔软制品。白色，连续绳状，截面呈圆形。它具有较高的柔顺性，好的填充性、自润滑性、低摩擦系数、耐腐蚀等性能。

技术参数：

使用温度 -260～+260 

使用压力 <20MPa 

适用介质 除元素氟、熔融碱金属以外的一切化学物质。

优点：

装填方便快捷。装填时一般不必拆卸阀门，只需将绳状填料绕在阀杆上，推入填料函，上紧函盖帽，填料即被压成一个密实的整体。

密封性能优异。膨胀聚四氟乙烯特异的微观结构赋予该产品很好的柔韧性和模塑性，使它能轻易地将填料函内部空隙，甚至阀杆、函体上的所有凹坑和沟槽填密，这也使腐蚀、磨损的旧阀门避免更换或修理。

使用寿命长。因它长期保持的柔软塑性，使泄漏缺口随时被填塞，还因它不被腐蚀，不会老化，可保长期使用。

阀门开闭灵活轻便。因为聚四氟乙烯具有较低的摩擦系数和优异的自润滑性。

不污染管道中的流体。因为它洁白干净，不会因腐蚀老化而脱落，使它适用于医药、精细化工、食品等行业。

规格通用性好，减少填料储存量，节约开支。只需备置几种粗细规格的阀杆填料，就能满足大多数阀门之需求。一般选用能用手嵌入的大号这种填料，但较细的该种填料，也可用于大规格的阀门中，压紧后，也会塑变成型，获得密实的封填体。

塑性填料

塑性填料是经模具压制成型的填料，使用时不需要像编结填料那样切断后盘成环状，而且是根据轴颈大小制成环形。塑性填料有棉状和积层两种形式。

(1)绵状填料

绵状填料是把纤维、石墨、云母、金属粉（或金属鳞片）、油脂与弹性粘结剂相混合后，模压成环形，再在外层编结一层石棉纱（根据需要也可用金属丝）。还有一种使用方式是将混合物直接放人填料腔，经压盖压紧后直接使用，由于填料没有固定尺寸，填料装填不当容易影响密封性能所以该方法较少使用。可以根据工作条件调节绵状填料中各种混合料的种类和配比，例如高压蒸汽密封加人铜粉、酸性介质密封加人铅粒或铅片、轴有振动时可加添较多的弹性良好的粘结剂等。由于这种填料不含润滑剂，所以高压下其体积变化很小，可用于高速泵类和高压阀门密封。如加人固体润滑剂，则可以保持良好的自润滑性能，且结构致密，有助于增加密封性。另外，绵状填料有塑性流动性，还可以与金属填料组合使用。

(2)积层填料

这种填料是在石棉布或帆布的表面上涂敷橡胶，经叠合或者卷绕后热压硫化成型，还可以内夹橡胶芯等软质填料或嵌人弹簧，几种积层填料的结构。积层填料密封性良好，可用于120℃以下的低压蒸汽、水和氨液，主要用作往复运动的轴封和阀杆的密封，无接口的圈装积层填料还可以用作往复泵活塞环。由于积层填料中所含润滑剂不足，使用过程中需添加润滑剂。