填充改性是塑料改性的重要手段之一，在PVC中加入各种填料(碳酸钙、滑石粉、硅灰石、云母以及纤维等)可以降低成本，提高材料刚性、硬度、耐热性，提高制品的尺寸稳定性和耐蠕变等，还可以赋予材料特殊的功能。但pvc与填料极性差异大，相容性不好，填料在树脂中不易均匀分散，界面黏结力低，使材料的拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率不但不能提高，反而会降低。20世纪80年代以来，无机刚性粒子增韧理论和界面诱导理论的出现和发展，改变了只有添加弹性体才能提高材料韧性的传统观念。
一、 聚氯乙烯/碳酸钙复合体系
碳酸钙作为pvc中的填料，是所有填料中用量最大、使用最普遍的一种材料。由于碳酸钙具有价格低廉、无毒、无刺激性、无气味、色白、折射率低、易于着色、柔软(莫氏硬度为3)、原材料供应充足等特点，也可作PVC次级稳定作用中的酸性接受体，可减少制品的收缩率的特点，因此对碳酸钙填充PVC的研究有很多。
作为塑料中使用的碳酸钙，种类较多。一般分轻质碳酸钙、活性碳酸钙和重质碳酸钙;从表面活化剂来划分，有硬脂酸活化碳酸钙和钛酸酯偶联剂活化碳酸钙。
使用同等量的钛酸酯偶联剂的碳酸钙和用硬脂酸活化的碳酸钙，其各方面的性能没有什么明显的区别，但与没有进行表面处理的轻质碳酸钙填充的制品相比，其力学性能明显要好，拉伸强度、弯曲强度、冲击强度都明显高于未活化的轻质碳酸钙。因此在CaCO3填充硬质PVC时，最好进行活化处理。
CaCO3除了在PVC硬制品中应用外，在PVC软制品(如压延薄膜)中也进行了多次应用试验。所用设备为捏合机(10L)及XK- 160A型两辊塑炼机。配方如下：PVC100份，三碱式硫酸铅4份，硬脂酸钡2份，硬脂酸0.5份，增塑剂40份，不同类型的CaCO3分别为10份。所配料经高速捏合3~8min之后，置两辊机塑炼，两辊机温度为170°C，塑炼8~15min之后取样测试。
从测试的结果数据可以看出，凡是经过表面处理的碳酸钙，其各方面的性能均比未活化的轻钙要强;用偶联剂处理的轻质碳酸钙和硬脂酸处理的碳酸钙，其性能相差不大，但都比用硬脂酸处理的重质碳酸钙要强。
采用纳米CaCO3粉体与纳米CaCO3母料(为纳米CaCO3分散在少量的CPE中)分别对UPV C型材进行填充，以制备高性能化的UPVC型材。研究结果表明，当CaCO3粉体或母料的填充量为5份左右时， UPVC的冲击强度和拉伸强度均有一定程度的提高，改性效果优于轻质碳酸钙(表4-6);但当纳米CaCO3填充量超过8份时，材料的性能反而有所下降，且直接填充纳米CaCO3粉体的效果优于纳米CaCO3填充母粒。
在CaCO3纳米粒子用量为10%时，体系的冲击强度比PVC基体树脂提高了3倍，此时体系的拉伸强度出现最大值58MPa,比基体提高了11MPa。而微米级CaCO3粒子增韧体系虽然冲击性能有较低程度的提高，但其拉伸强度却没有明显变化。无机纳米粒子的分散程度对共混体系的性能有很大影响。纳米粒子增多后，在体系中分散困难，易产生粒一子团聚现象，容易引起体系的应力集中。同时当体系受到外力作用时，团聚粒子易产生相互滑移，使体系性能变差。从试样的拉伸及冲击断口的SEM照片可看出均匀分散的纳米粒子在基体中呈点阵分布，粒子与基体界面间无明显间隙，基体在冲击方向存在一定的网丝状屈服。当纳米粒子用量增大时，在基体中呈团状聚集态，与基体的黏合较差。
综上所述，可以得出下列基本结沦：
①轻质碳酸钙与重质碳酸钙对PVC制品中的影响区别不大;
②用钛酸酯偶联剂处理的轻质碳酸钙与用硬脂酸处理的碳酸钙，对PVC制品的影响相差不大;
③相对来讲，碳酸钙的颗粒越细，对制品的机械性能越有利;
④经过表面处理的碳酸钙可以减少制品弯曲折叠时的白化现象，并能赋予制品较好的光泽及光滑的表面;
⑤应用表面处理过的碳酸钙，其物料加工时的流动性明显好于未经表面处理的碳酸钙，而且吸油量也少。
二、聚氯乙烯/滑石复合材料
用滑石填充塑料，可提高制品的刚性，改善其尺寸稳定性，防止其高温蠕变，并使其具有润滑性，还可减少对成型机械和模具的磨损。因滑石的折射率(1.577)与pvc相近，故可用于半透明PVC制品。在PVC悬浮聚合过程中加人适当细度的滑石20~30份(以PVC为基准)，其拉伸强度和冲击强度均比常规填充(塑料加工时加入滑石)的硬质PVC材料要高，这是难能可贵的，具有极大的使用价值。
经PMMA接枝包覆的滑石粉和经PMMA一co共聚一PBA接枝包覆滑石粉对PVC的填充效果，结果如图4-5、图4-6所示。由此可以看出:①包覆高分子后的滑石粉复合粒子改性PVC的材料，其拉伸、冲击强度均较滑石粉填充的对照组有明显的提高，PMMA包覆粒子的冲击、拉伸强度大致提高(119士4)%，而经无规共聚柔性高分子包覆的拉伸强度提高136%，冲击强度则提高162%。②PMMA包覆滑石粉的复合粒子与纯滑石粉粒子填充相比，它们对应的力学性能曲线相似，而PMMA包覆滑石粉复合粒子的增强效果，有明显的提高(近l/5)。③柔性高分子包覆的滑石粉复合粒子改性PVC材料，其增强增韧效果十分明显，而且可在大范围填充下(粒子填充质量分数约40%)强韧性增加持续有效(拉伸强度提高1/3，冲击强度提高近 2/3)。
三、聚氯乙烯/粉煤灰复合体系
粉煤灰是从燃煤电厂烟道气里回收的灰色粉末，粒径为1~500μm，主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO及残余炭组成，相对密度为2.0~ 2. 4 ,熔点1250~1450°C，比表面积为3.6745rn2/g，pH=6，根据煤种及烟气处理方式的不同，组成及物理形态有所差异。作为一类大宗固体废物，我国火力发电厂年排粉煤灰已达1.6×108t，排灰用水达十多亿吨，贮灰占地达五十多万亩，严重污染环境，浪费资源。如何充分合理利用粉煤灰已是新世纪面临的重大课题。
粉煤灰作为塑料填料，其中含有圆而光滑的珠体，颗粒间聚集力很小，加工时易分散到树脂中且分布均匀。可根据需要风选、水选出来，密度小于水的珠体为“漂珠”，粒大壁薄，强度较低，可填充热固树脂;另一类密度大于水的称为“沉珠”，粒径较小，壁厚，强度高，不易被压碎，常作为热塑性塑料的填充材料。
玻璃微珠的结构特点使粉煤灰填充塑料的加工流变性得到明显改善，一定组分的粉煤灰在塑料中具有“滚珠效应”。粉煤灰中的球形颗粒可以避免不规则形状或者尖角所造成的应力集中，可以提高制品的冲击性能。填充pvc时可以与PVC分子形成物理交联，表面的Si-O、Na-O键与PVC分子有良好的亲和性，二者之间有物理吸附和部分化学作用。
用热压方法制备了不同粉煤灰粒度及含量的聚氯乙烯(PVC)复合材料，在MM-200型环一块摩擦磨损试验机上评价了复合材料同淬火45#钢在干摩擦条件下对摩时的摩擦磨损性能，用扫描电子显微镜及光学显微镜观察分析磨损表面。结果表明:填充粉煤灰能显著提高PVC树脂的硬度及耐磨性能，使磨损率降低100倍以上。当粉煤灰填充量低于40%时，随着填充量增加，复合材料的硬度增大，而当粉煤灰填充量超过40%时复合材料的硬度降低，随着粉煤灰粒度减小，复合材料的硬度增加，磨损率降低;在试验条件下，以粒度为0.061mrn的粉煤灰按质量分数4o%制备的PVC复合材料的硬度最高，磨损率最低;在PVC中填充粉煤灰有利于在摩擦对偶表面形成转移膜，粉煤灰质量分数为40%的填充PVC复合材料在对偶表面形成的转移膜最为均匀致密，相应的磨损率最低。
四、聚氯乙烯/凹凸棒土复合材料
凹凸棒石又名坡缕石或坡缕缟石，是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物。凹凸棒石黏土(下称凹土或AT) 由于具有优良的物化性能，而被广泛应用在众多工业领域。典型的AT棒晶长约1μ m，宽10~25nm。单晶内部是孔道结构，平行排列的纳米单晶纤维间也自然形成了众多的平行隧道空隙，因而微米级的AT内的空隙体积占颗粒总体积的30%以上，内部拥有巨大的比面积。AT原土具有很强的吸附性，可以吸附自重100%的水。这些水绝大部分靠范德华力的作用存在于晶体之间。
用硅烷偶联剂甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)对AT进行表面接枝改性，用傅里叶红外光谱分析了改性凹凸棒土的表面化学结构。以改性的凹凸棒土填充硬质聚氯乙烯(pvc) ,测试了材料的力学性能和热性能。结果表明:改性凹凸棒土的填充可使PVC复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量和热稳定性等均有所提高。用透射电镜观察了凹凸棒土及其在PVC基体中的微观分散状况，凹凸棒土具有纳米尺寸的针状结构，在PVC基体中以直径20~60nm、长度100~500nm的短纤维状分散在其中。
凹凸棒土作为软质透明聚氯乙烯(PVC)薄膜填料的应用效果见表4-9。由表可见，添加量相同、工艺条件一样的情况下，以改性白云质凹土作填料，所制pvc薄膜的各项指标均超过国标。在改性试验产品中，以硬脂酸改性凹土作填料，效果较好，且与改性轻钙填料的效果相当，有些指标还超过轻钙。
五、 聚氯乙烯/植物纤维粉复合材料
以植物纤维粉(包括木粉、稻糠粉、秸秆粉、果壳粉、麻类纤维等)为填料与热塑性塑料复合制造木塑复合材料及其制品是近年来国内外塑料加工业的又一热点课题。
木塑复合材料具有木材和塑料的双重特性，其制品表面可以胶合、上漆、粉料涂覆，可像木材一样钉、钻、刨、上螺钉，也可像热塑性塑料一样成型加工，其应用领域很广，代表性用途有建筑铺面板、模板、栅栏板，阶梯式平台地板，屋顶材料和阳台用板材等。
木塑复合材料中木粉的添加量常常高达50%(质量分数)以上，因此材料成本相对较低。但是，木塑复合材料的加工流变特性、材料的性能等依赖于木粉的表面性质和加工工艺条件，其加工工艺范围较窄，对设备和工装模具的技术要求较高。木塑复合材料的性能如表4-10所示。
pvc基木塑复合材料主要开发的品种包括各种建筑用异型材和微发泡制品等。
