無(wú)機(jī)晶須的研究和應(yīng)用進(jìn)展

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1、2007年第5期精細(xì)化工原料及中間體開發(fā)指南-25-無(wú)機(jī)晶須的研究和應(yīng)用進(jìn)展崔小明(北京燕山石化公司研究院,102550)摘要:介紹了晶須的性能特點(diǎn),重點(diǎn)介紹了氧化鋅晶須、硼酸鎂晶須、硼酸鋁晶須、碳酸鈣晶須、硫酸鈣晶須、鈦酸鉀晶須、碳化鈣晶須以及硫酸鎂晶須的研究和應(yīng)用情況,提出了其今后的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:晶須無(wú)機(jī)晶須應(yīng)用復(fù)合材料增強(qiáng)晶須是以無(wú)機(jī)物(金屬、氧化物、碳化物、氮化結(jié)構(gòu)十分完整。具有非常堅(jiān)韌的性質(zhì),其抗張強(qiáng)度為物、無(wú)機(jī)鹽類、石墨等)和有機(jī)聚合物等可結(jié)晶物為玻璃纖維的5-10倍,比硼纖維有更好的韌性。(b)原材料,通過(guò)人為控制,以單晶形式生

2、長(zhǎng)的形狀類似能彈性地承受較大的應(yīng)變而無(wú)永久變形。試驗(yàn)證明,于短纖維,而尺寸遠(yuǎn)小于短纖維的須狀單晶體。其直晶須經(jīng)4%的應(yīng)變還在彈性范圍內(nèi),不產(chǎn)生永久形徑極小,長(zhǎng)徑比極大,是亞微米和納米尺寸,具有高變,而塊狀晶體的彈性變形范圍卻小于0.1%。(c)耐度有序的原子排列結(jié)構(gòu),幾乎沒(méi)有通常物體中大晶高溫性。晶須具有不會(huì)引起高溫滑移的完整性,溫度體存在的缺陷,作為塑料、涂料和陶瓷等材料的改性升高時(shí),晶須不分解、不軟化,其強(qiáng)度幾乎沒(méi)有損失。添加劑,顯示出極優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)和優(yōu)異的機(jī)所以這個(gè)特性使其在防火材料中的應(yīng)用成為可能。械性能,被稱為二十一世紀(jì)的補(bǔ)強(qiáng)材料

3、,在工程塑(d)具有相當(dāng)大的長(zhǎng)徑比。晶須的橫斷面多具有六角料、涂料及隔熱、絕緣材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。形、斜方形、三角形或薄帶形,不同于玻璃纖維或硼纖維具有圓形橫斷面,大大增加了長(zhǎng)徑比,其長(zhǎng)徑比1晶須的分類及性能都在30以上,能滿足增強(qiáng)塑料、防火板材對(duì)長(zhǎng)徑比1.1晶須的分類(大于30:1)的要求,使復(fù)合材料獲得很高的強(qiáng)度和從1948年美國(guó)貝爾電話公司的科學(xué)家首次發(fā)性能;(e)無(wú)疲勞效應(yīng)。晶須沒(méi)有明顯的疲勞特征,即現(xiàn)晶須以來(lái),迄今為止材料學(xué)家們研究開發(fā)出了數(shù)使被磨成粉末、切斷,其強(qiáng)度也不受損失。百種晶須,有金屬、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物(2

4、)良好的相容性以及無(wú)機(jī)鹽等類晶須。目前,晶須材料主要分為有機(jī)晶須的尺寸細(xì)微,不影響復(fù)合材料成型流動(dòng)性,晶須和無(wú)機(jī)晶須兩大類。有機(jī)晶須主要有纖維素晶接近于無(wú)填充的樹脂。晶須可以在高分子基體中分須、聚丙烯酸丁酯-苯乙烯晶須、聚4-羥基苯甲酸布得很均勻,可以使極薄、極狹小甚至邊角部位都能酯(PHB)晶須等幾種類型,在聚合物中應(yīng)用較多。無(wú)得到增強(qiáng)填充。機(jī)晶須主要包括非金屬晶須和金屬晶須兩類,其中(3)優(yōu)良平滑性及化學(xué)穩(wěn)定性在聚合物材料中應(yīng)用較多的是非金屬晶須,金屬晶晶須增強(qiáng)工程塑料膨脹系數(shù)及成型收縮率小,須主要用于金屬基復(fù)合材料中。非金屬晶須中的陶有極高

5、的尺寸精度和光潔的平滑表面,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)碳瓷質(zhì)晶須的強(qiáng)度和耐熱性優(yōu)于金屬晶須,是無(wú)機(jī)晶纖維和玻璃纖維增強(qiáng)材料制品。須中較為重要的一類。它主要包括炭化硅晶須、氮化(4)再生性能好硅晶須、莫來(lái)石晶須、鈦酸鉀晶須、硼酸鋁晶須、氧化用晶須增強(qiáng)的復(fù)合材料有良好的重復(fù)使用性。鋅晶須、氧化鎂晶須、硫酸鈣晶須、碳酸鈣晶須以及實(shí)驗(yàn)表明:添加晶須的復(fù)合材料經(jīng)多次加工,熱穩(wěn)定鎂鹽晶須等。性好,力學(xué)性能變化也不大,再生循環(huán)使用性能好。1.2無(wú)機(jī)晶須的基本性質(zhì)(1)優(yōu)良的力學(xué)性能2常見晶須及其應(yīng)用(a)機(jī)械強(qiáng)度高。晶須作為細(xì)微的單晶體,內(nèi)部2.1氧化鋅晶須-26-開發(fā)指南精細(xì)

6、化工原料及中間體2007年第5期氧化鋅晶須(ZnOw)按結(jié)構(gòu)形態(tài)不同可分為針?biāo)徭V晶須生成物冷卻后用水處理即可。狀晶須和立體四針狀晶須。前者與其他針狀晶須一硼酸鎂晶須具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱性能、耐樣,主要用作復(fù)合材料的增強(qiáng)劑;后者因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)獨(dú)腐蝕性能等優(yōu)點(diǎn),可廣泛應(yīng)用在鋁、鎂、合金及工程特,除用于增強(qiáng)外,還可用于制備功能性復(fù)合材料。塑料中。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、遼寧大學(xué)氧化鋅晶須由于其獨(dú)特的立體四針狀結(jié)構(gòu),可各向等單位都開展過(guò)硼酸鎂晶須增強(qiáng)金屬基和塑料復(fù)合同性地改善材料的力學(xué)性能,如抗拉、抗彎曲和耐磨材料的研究,取得了令人滿意的效果。性能;

7、同時(shí)由于ZnOw的耐高溫性、導(dǎo)熱性和低膨硼酸鎂晶須不僅在增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí)表現(xiàn)出良好脹系數(shù),能提高材料在高溫下的化學(xué)和尺寸穩(wěn)定性。的增強(qiáng)性能,而且具有輕質(zhì)、高韌、耐磨、耐腐蝕等特含20%(vol)氧化鋅晶須改性的POM、尼龍-66、PBT點(diǎn),可以應(yīng)用于許多場(chǎng)合,如發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、連桿、壓縮樹脂,它們的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)調(diào)、彎曲模量、缺口沖機(jī)汽缸、汽車剎車片和離合器的襯片等耐熱、耐磨部擊強(qiáng)度、熱變形溫度均有很大的提高,而線膨脹系數(shù)件;滑輪、凸輪、軸承、拉鎖及體育用品等耐磨部件。和成型收縮率則有大幅度的降低,在應(yīng)用中取得了此外,硼酸鎂晶須增強(qiáng)塑料成型流動(dòng)性好,

8、接近于無(wú)良好的效果;ZnOw的體積電阻率小于50Ω/cm,又填充樹脂,晶須可達(dá)到部件的任意角落,且表面平潔3具有高的真實(shí)密度(5.8g/