無機鹽晶須由于具有高長徑比和高強度以及拉伸性能,往往可以作為一種重要的增強材料,加入阻燃材料、建筑材料、復合材料和摩擦材料中。晶須在復合材料的作用機理主要體現在負荷傳遞、裂紋橋連、裂紋偏轉和拔出效應4個方面。無機鹽晶須由于強度大、模量高,因此,當其添加到復合材料中時,可對復合材料起到一定的增強增韌作用。
1、阻燃材料
新型建筑材料的防火性能研究是公共防護的重要組成部分,也是大規模應用于建筑工程的必要條件。無機鹽晶須由于耐高溫性能優異,經常作為阻燃材料添加到其他材料中,以提高復合材料的阻燃性能。
氫氧化鎂晶須具有一定的阻燃效果。于利波等以氫氧化鎂晶須為阻燃劑,和低密度聚乙烯進行復合,并討論了偶聯劑、阻燃劑表面處理以及晶須含量對復合材料性能影響。結果表明,氫氧化鎂晶須添加到低密度聚乙烯中具有一定的阻燃效果,在氫氧化鎂晶須的含量達到40%以上時,才能表現出一定的阻燃效果,其含量為50%以上時阻燃效果較好。
呂智慧等采用溶液共混法將堿式硫酸鎂晶須(MOSw)與聚丙烯(PP)進行共混制備了一系列不同含量的聚丙烯/堿式硫酸鎂晶須(PP/MOSw)復合材料。通過水平燃燒試驗等一系列測試手段測試了PP/MOSw復合材料的阻燃性能。結果表明MOSw的加入對PP樹脂有良好的阻燃效果,在添加量為10%時阻燃效果即能達到很好。
2、建筑材料
目前,在材料消費行業中,建筑行業是最大的材料消費行業之一,約占全球材料消費量的24%。在建筑材料中,由于無機晶須具有一定的長徑比,同時其優異的理化性能使得其在建筑材料上得以廣泛應用。無機晶須在微尺度下具有抗裂和填充效應,因此將晶須摻雜在復合材料中,可以有效的提高復合材料的綜合性能。

無機晶須對建筑材料性能的影響主要體現在對材料力學性能的提高上,主要從宏觀角度出發,缺少一定的微觀解釋。因此,有學者從微觀結構出發,對晶須摻雜機理進行解釋。表明晶須在體系內部能夠增加晶體之間的接觸點,并填充氣孔,使得體系結構更加致密,從而大大提高了材料的力學性能。JIAN等通過對脫硫石膏基復合材料中無水硫酸鈣晶須和碳酸鈣晶須的作用機理進行探究。晶須的存在會阻止材料裂紋的發展,導致裂紋偏轉,增加裂紋的擴散路徑,消耗能量。同時晶須能夠改善試樣的力學性能。
LI等通過方解石碳酸鈣晶須和文石碳酸鈣晶須對水泥漿體綜合性能的對比,得出方解石碳酸鈣晶須的抗壓強度和抗折強度都高于文石碳酸鈣晶須。同時與文石水泥相比,方解石水泥改善了新拌水泥漿體的流動性,體現了方解石水泥的潤滑作用。同時,通過對碳酸鈣晶須作用下水泥基復合材料的微觀結構的變化,從微觀角度得出方解石碳酸鈣晶須的加入也改善了孔隙分布和抗壓強度,晶須的存在有效阻止了裂紋的產生。
3、復合材料
無機晶須作為填料,對復合材料的物理性能以及力學性能等方面有一定的增強作用。同時,研究指出,對晶須進行適當的改性處理可以提高復合材料的綜合性能。
GONG等采用簡易方法在氫氧化鎂晶須(MHSH)表面包覆殼聚糖。研究了殼聚糖(CS)包覆的氫氧化鎂晶須對聚氯乙烯的增強增韌作用。實驗表明:殼聚糖的最佳改性濃度為0.025%。添加15份CS-MHSH晶須的復合材料,其缺口沖擊強度和彎曲模量分別較未改性的MHSH提高了48.3%和4.1%。JIANG等用硬脂酸鈉改性氫氧化鎂晶須,研究了改性和未改性的氫氧化鎂晶須對復合材料力學性能的影響。結果表明,改性的氫氧化鎂晶須對復合材料的力學性能有顯著的改善。
王迪等以馬來酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)為相容劑,將堿式硫酸鎂晶須(MOS)加入聚丙烯(PP)中,通過熔融共混法制備出PP/MOS復合材料。并且對復合材料的阻燃性能、拉伸性能等進行研究。結果表明,當MOS添加量為5phr時,兩種復合材料的極限氧指數均有所提高,從不添加晶須的聚丙烯的18.4%提升到了19.4%。斷裂應力在含量為20phr時
達到最大值。
劉煦等研究堿式硫酸鎂晶須(MOSw)添加量對聚丙烯(PP)性能的影響,實驗表明當MOSw含量達到22.5%時,復合材料表現出良好的力學性能,其線膨脹系數比純PP材料降低了約60%,樣品穩定性也得到了提高。蒙紅平等制備了聚氯乙烯/堿式硫酸鎂晶須(PVC/MOS)復合材料,并對其對復合材料的性能進行了考察。實驗結果表明在MOS含量為5份時,復合材料沖擊強度增強效果最為明顯。
對于聚合物基復合材料,由于其機械性能和熱性能良好已被深入研究。在這些基體中,聚丙烯因其用途廣泛而被研究。同時硫酸鈣晶須是一種廉價的填料,可以從石膏、礦物甚至工業廢渣中提,具有良好的經濟價值。DONG等通過水熱法制備硫酸鈣晶須,并通過對晶須表面進行處理,使基體與晶須的界面結合力增強,并能很好地分散在聚丙烯基體中,同時得出隨著晶須添加量的增加,復合材料的拉伸強度先增大后減小,當晶須加入量為10%(質量分數)時,復合材料的拉伸強度為37.6MPa,比未加入晶須的復合材料的強度提高了11.6%。但當晶須含量較高時,復合材料的機械性能下降,這是由于晶須團聚和樣品制備過程中晶須的損傷,這些無機填料在范德華力的作用下傾向于聚集在一起,從而導致團聚使其機械性能下降。YANG等對硫酸鈣晶須進行硅烷化處理,不僅提高了晶須與聚乳酸的界面相容性。同時得出在硫酸鈣晶須含量為15%時其沖擊韌性最強。
4、摩擦材料
近年來,晶須作為功能填料對汽車制動摩擦性能的提升有一定的增強效果。RAJ等探究了硫酸鈣晶須作為功能填料對汽車制動摩擦性能的影響。通過改變硫酸鈣晶須的摻量,根據JASOC406標準,在慣性制動器測功機上進行摩擦學研究,結果表明添加質量分數為10%硫酸鈣晶須的材料,其力學性能得到改善,同時提高了摩擦性能,含有硫酸鈣晶須的摩擦材料磨損較小。
李玉紅等通過干法熱壓成型工藝制備了碳酸鈣晶須摩擦復合材料。同時,研究了晶須含量對摩擦性能、磨損性能、物理性能和機械性能的影響。實驗表明,碳酸鈣晶須質量分數為12%時,制備的碳酸鈣晶須增強摩擦材料綜合性能最佳,其平均摩擦系數為0.40,平均磨損率為0.24×10-7cm3/(N·m),平均沖擊強度和洛氏硬度分別為4.02J/cm2和71,密度為2.15g/cm3。文國富等通過對添加碳酸鈣晶須材料的硬度、密度以及沖擊強度等力學性能的探究,結果表明在晶須含量為15%時,其摩擦材料的綜合性能最優。
資料來源:《王翛茜,宋慧平,薛芳斌.無機鹽晶須的制備以及應用研究進展[J].無機鹽工業:2022》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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