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无机盐晶须主要应用领域及特点

   2022-04-08 1500
核心提示:无机盐晶须由于具有高长径比和高强度以及拉伸性能,往往可以作为一种重要的增强材料,加入阻燃材料、建筑材料、复合材料和摩擦材料中
  无机盐晶须由于具有高长径比和高强度以及拉伸性能,往往可以作为一种重要的增强材料,加入阻燃材料、建筑材料、复合材料和摩擦材料中。晶须在复合材料的作用机理主要体现在负荷传递、裂纹桥连、裂纹偏转和拔出效应4个方面。无机盐晶须由于强度大、模量高,因此,当其添加到复合材料中时,可对复合材料起到一定的增强增韧作用。

 


1、阻燃材料

新型建筑材料的防火性能研究是公共防护的重要组成部分,也是大规模应用于建筑工程的必要条件。无机盐晶须由于耐高温性能优异,经常作为阻燃材料添加到其他材料中,以提高复合材料的阻燃性能。

氢氧化镁晶须具有一定的阻燃效果。于利波等以氢氧化镁晶须为阻燃剂,和低密度聚乙烯进行复合,并讨论了偶联剂、阻燃剂表面处理以及晶须含量对复合材料性能影响。结果表明,氢氧化镁晶须添加到低密度聚乙烯中具有一定的阻燃效果,在氢氧化镁晶须的含量达到40%以上时,才能表现出一定的阻燃效果,其含量为50%以上时阻燃效果较好。

吕智慧等采用溶液共混法将碱式硫酸镁晶须(MOSw)与聚丙烯(PP)进行共混制备了一系列不同含量的聚丙烯/碱式硫酸镁晶须(PP/MOSw)复合材料。通过水平燃烧试验等一系列测试手段测试了PP/MOSw复合材料的阻燃性能。结果表明MOSw的加入对PP树脂有良好的阻燃效果,在添加量为10%时阻燃效果即能达到很好。

2、建筑材料

目前,在材料消费行业中,建筑行业是最大的材料消费行业之一,约占全球材料消费量的24%。在建筑材料中,由于无机晶须具有一定的长径比,同时其优异的理化性能使得其在建筑材料上得以广泛应用。无机晶须在微尺度下具有抗裂和填充效应,因此将晶须掺杂在复合材料中,可以有效的提高复合材料的综合性能。


无机晶须对建筑材料性能的影响主要体现在对材料力学性能的提高上,主要从宏观角度出发,缺少一定的微观解释。因此,有学者从微观结构出发,对晶须掺杂机理进行解释。表明晶须在体系内部能够增加晶体之间的接触点,并填充气孔,使得体系结构更加致密,从而大大提高了材料的力学性能。JIAN等通过对脱硫石膏基复合材料中无水硫酸钙晶须和碳酸钙晶须的作用机理进行探究。晶须的存在会阻止材料裂纹的发展,导致裂纹偏转,增加裂纹的扩散路径,消耗能量。同时晶须能够改善试样的力学性能。

LI等通过方解石碳酸钙晶须和文石碳酸钙晶须对水泥浆体综合性能的对比,得出方解石碳酸钙晶须的抗压强度和抗折强度都高于文石碳酸钙晶须。同时与文石水泥相比,方解石水泥改善了新拌水泥浆体的流动性,体现了方解石水泥的润滑作用。同时,通过对碳酸钙晶须作用下水泥基复合材料的微观结构的变化,从微观角度得出方解石碳酸钙晶须的加入也改善了孔隙分布和抗压强度,晶须的存在有效阻止了裂纹的产生。

3、复合材料

无机晶须作为填料,对复合材料的物理性能以及力学性能等方面有一定的增强作用。同时,研究指出,对晶须进行适当的改性处理可以提高复合材料的综合性能。

GONG等采用简易方法在氢氧化镁晶须(MHSH)表面包覆壳聚糖。研究了壳聚糖(CS)包覆的氢氧化镁晶须对聚氯乙烯的增强增韧作用。实验表明:壳聚糖的最佳改性浓度为0.025%。添加15份CS-MHSH晶须的复合材料,其缺口冲击强度和弯曲模量分别较未改性的MHSH提高了48.3%和4.1%。JIANG等用硬脂酸钠改性氢氧化镁晶须,研究了改性和未改性的氢氧化镁晶须对复合材料力学性能的影响。结果表明,改性的氢氧化镁晶须对复合材料的力学性能有显著的改善。

王迪等以马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)为相容剂,将碱式硫酸镁晶须(MOS)加入聚丙烯(PP)中,通过熔融共混法制备出PP/MOS复合材料。并且对复合材料的阻燃性能、拉伸性能等进行研究。结果表明,当MOS添加量为5phr时,两种复合材料的极限氧指数均有所提高,从不添加晶须的聚丙烯的18.4%提升到了19.4%。断裂应力在含量为20phr时达到最大值。

刘煦等研究碱式硫酸镁晶须(MOSw)添加量对聚丙烯(PP)性能的影响,实验表明当MOSw含量达到22.5%时,复合材料表现出良好的力学性能,其线膨胀系数比纯PP材料降低了约60%,样品稳定性也得到了提高。蒙红平等制备了聚氯乙烯/碱式硫酸镁晶须(PVC/MOS)复合材料,并对其对复合材料的性能进行了考察。实验结果表明在MOS含量为5份时,复合材料冲击强度增强效果最为明显。

对于聚合物基复合材料,由于其机械性能和热性能良好已被深入研究。在这些基体中,聚丙烯因其用途广泛而被研究。同时硫酸钙晶须是一种廉价的填料,可以从石膏、矿物甚至工业废渣中提,具有良好的经济价值。DONG等通过水热法制备硫酸钙晶须,并通过对晶须表面进行处理,使基体与晶须的界面结合力增强,并能很好地分散在聚丙烯基体中,同时得出随着晶须添加量的增加,复合材料的拉伸强度先增大后减小,当晶须加入量为10%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度为37.6MPa,比未加入晶须的复合材料的强度提高了11.6%。但当晶须含量较高时,复合材料的机械性能下降,这是由于晶须团聚和样品制备过程中晶须的损伤,这些无机填料在范德华力的作用下倾向于聚集在一起,从而导致团聚使其机械性能下降。YANG等对硫酸钙晶须进行硅烷化处理,不仅提高了晶须与聚乳酸的界面相容性。同时得出在硫酸钙晶须含量为15%时其冲击韧性最强。

4、摩擦材料

近年来,晶须作为功能填料对汽车制动摩擦性能的提升有一定的增强效果。RAJ等探究了硫酸钙晶须作为功能填料对汽车制动摩擦性能的影响。通过改变硫酸钙晶须的掺量,根据JASOC406标准,在惯性制动器测功机上进行摩擦学研究,结果表明添加质量分数为10%硫酸钙晶须的材料,其力学性能得到改善,同时提高了摩擦性能,含有硫酸钙晶须的摩擦材料磨损较小。

李玉红等通过干法热压成型工艺制备了碳酸钙晶须摩擦复合材料。同时,研究了晶须含量对摩擦性能、磨损性能、物理性能和机械性能的影响。实验表明,碳酸钙晶须质量分数为12%时,制备的碳酸钙晶须增强摩擦材料综合性能最佳,其平均摩擦系数为0.40,平均磨损率为0.24×10-7cm3/(N·m),平均冲击强度和洛氏硬度分别为4.02J/cm2和71,密度为2.15g/cm3。文国富等通过对添加碳酸钙晶须材料的硬度、密度以及冲击强度等力学性能的探究,结果表明在晶须含量为15%时,其摩擦材料的综合性能最优。

 

 
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