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| 硅灰石深加工行業(yè)現狀及其在高分子材料中的應用（二） |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-05-12 11:34:43 瀏覽次數： |
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1 硅灰石粉的制備及表面改性
1.1 硅灰石粉的制備
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉） 迄今為止，硅灰石的超細粉碎方法主要是機械粉碎法。機械粉碎法依環(huán)境介質(zhì)不同可分為干法和濕法兩種。濕法對保護纖維長(cháng)徑比、單纖維細度和一次松懈度均較好；干法能耗較高但粉體團聚問(wèn)題沒(méi)有濕法突出。粉碎設備有球磨機、沖擊式磨機、輥壓磨、盤(pán)磨機、氣流磨，振動(dòng)磨、膠體磨、剝片磨和攪拌磨等。
為了得到理想的硅灰石針狀粉，即既具有小的細度，又其有高的長(cháng)徑比，應在機械加工過(guò)程中使粉碎機理符合硅灰石解理的要求。硅灰石超細粉碎要求不是單一的破碎，而是纖維在剪切力的作用下沿長(cháng)軸方向劈開(kāi)而粉碎。因此，過(guò)多的正面碰撞、振動(dòng)均可打折纖維，而對提高長(cháng)徑比不利。礦物粉碎須借助于摩擦力、剪切力、離心力、擠壓力以及垂直沖擊力。最理想的劈分碰撞方式，是纖維長(cháng)軸垂直撞擊，使纖維振裂，或是纖維長(cháng)軸平行地滾動(dòng)摩擦。這可以借助氣流旋轉或形成渦流使纖維長(cháng)軸定向，然后或者纖維與纖維之間依靠沖擊力、擠壓力進(jìn)行對撞，使纖維沿解理面振裂，或者纖維與纖維之間在平行滾動(dòng)過(guò)程中互相擠壓，依靠摩擦、剪切的作用使硅灰石沿解理而劈開(kāi)。
基于這一視理，它可在氣流旋粉碎機和超級渦流磨上實(shí)現。目前該種機型在國內還是空白，利用已有的氣流磨可對纖維進(jìn)行部分剪切機械作用，但要獲得高的長(cháng)徑比還需對設計參數和工作條件要素進(jìn)行配套調整。因此，目前應研制開(kāi)發(fā)專(zhuān)用設備和配套工藝，并優(yōu)化工作參數，使粉碎、分級同時(shí)完成。
1.2 硅灰石的表面改性
硅灰石作為填料通過(guò)表面改性和復合技術(shù)，可以明顯地改善高分子材料機械力學(xué)、電學(xué)等性能。粉體表面改性可用物理或化學(xué)的方法對粉體物料進(jìn)行處理，主要采用表面化學(xué)包覆法和機械力化學(xué)改性法。工業(yè)上常用的表面改性劑主要有鈦酸鹽、鍋酸鹽、硬脂酸鹽和硅烷等。
根據Lewis酸堿理論，有人提出了利用在氣體環(huán)境下硅灰石的磨礦對酸／堿表而化學(xué)電位的影響，可獲得一神簡(jiǎn)單的通過(guò)磨礦調整硅灰石表面性質(zhì)的方法，以達到研磨和表面改性的目的。吳偉端等根據硅灰石鼎體結構所制約的力學(xué)性質(zhì)，借鑒機械力化學(xué)原理，以超音速氣流為機械力．以硬脂酸為改性劑，使硅灰石超細粉碎一表面改性在同一時(shí)間完成。
關(guān)于對硅灰石粉改性程度的表征，通?？梢杂帽矶佑|角、懸浮液粘度，活化度、活化指數等參數來(lái)表征。袁世平等提如了“包覆指數”的概念．為粉體涂覆改性工藝參數的確定提供了一種簡(jiǎn)單、可靠的手段。經(jīng)涂覆處理后的硅灰石粉，表面由極性變?yōu)榉菢O性，對水呈現出較強的非浸潤性，這種對水非浚潤的細小顆粒在水中會(huì )借助水的表面張力漂浮而不下沉。根據這種現象與原理，設計出“包覆指數”的概念，“包覆指數”的大小司’表征粉體的改性效果。包覆指數=樣品巾漂浮部分的質(zhì)量／樣品總質(zhì)量
2 硅灰石在高分子材料中的應用
硅灰石由于具有高亮度與白度、針狀、不含結晶水、熔點(diǎn)高、膨脹系數小、耐腐蝕、耐氣候老化、機械和電性能好等特點(diǎn)．而大量用于塑料和橡膠工業(yè)，用于塑料和橡膠工業(yè)的硅灰石占其年產(chǎn)最的10%-硅灰石在高分子材料中不僅作為填料起到增量作用，降低成本；它還可以作為增強劑以提高高分子材料的強度、剛性、熱變型溫度，降低成型收縮率，改善材料的外觀(guān)質(zhì)量等；同時(shí)也可以作為添加劑賦予高分予材料新的功能，如阻燃、導電、導熱等。
目前，硅灰石主要用于尼龍6、尼龍66、聚四氟乙烯、聚丙烯(PP)、聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯及聚烯烴母科等。但絕大多數用于尼龍6和尼龍66工程塑料中，其充硅灰石以40%的充填量加入到尼龍66中，經(jīng)改性處理后，測其力學(xué)性能，拉伸強度為96.8MPa，彎曲強度為174. 6MPa．與純體系相比，分別提高了23.5%和57.4%．且外觀(guān)上樣條表面光滑。說(shuō)明高含量的硅灰石有利于提高尼龍66體系的力學(xué)強度和表面光。除尼龍66外，將硅灰石摻加到聚四氟乙烯、聚丙烯、聚烯烴、聚碳酸酯及其它樹(shù)脂中，經(jīng)研究表明均能起到提高性能、降低成本的效果。
在橡塑工業(yè)，主要是利用硅灰石的針狀結晶所產(chǎn)生的類(lèi)似纖維的增強作用，以代替價(jià)格較貴的玻璃纖維、碳纖維以及危害人體健康的石棉等增強材料．同時(shí)硅灰石亦可以起到改善制品性能的作用。
劉衛平采用硅灰石／玻璃纖維作為摻混增強體系，與尼龍6共混擠出制得摻混增強尼龍6。研究了各種工藝參數對尼龍6性能的影響，并對加工性能進(jìn)行了考察，結果表明，硅灰石：玻璃纖維按25：l5的比例摻混增強的尼龍6具有較好的力學(xué)強度、良好的耐熱性能，成型收縮率從1.16%降至0.351%，生產(chǎn)成本下降了約20%，是一種高剛性的新型工業(yè)復合材料。
張顯友等用硅灰石代替部分玻璃纖維，研究了硅灰石短纖維一玻璃纖維一環(huán)氧樹(shù)脂一咪唑纏繞增強體系，通過(guò)對硅灰石短纖維的長(cháng)徑比、粒徑、填充量及表面改性等方面的研究探討表明，硅灰石短纖維具有明顯的增強作用和電絕緣性，特別是對玻璃纖維垂夜方向增強作用顯著(zhù)，并可以有效防止纏繞制品開(kāi)裂。利用硅灰石短纖維調節環(huán)氧樹(shù)脂注膠的粘度，可避免纏繞過(guò)程中的甩膠現象。
南京金杉汽車(chē)工程塑料有限責任公司將硅灰石應用于PP工程塑料中替代玻璃纖維作增強填料，檢測結果表明，改性針狀硅灰石超細粉體共混材料的彎曲模量、拉伸強度等均達到了玻璃纖維增強填料改性共混材料的要求，而成本比使用玻璃纖維低30%以上。
石棉是一類(lèi)經(jīng)過(guò)機械加工后，可以分解成礦物纖維的水化硅酸鹽的總稱(chēng)。石棉纖維作為增強材料具有耐熱性好、摩擦系數高、比表面積大、抗撾強度高、易于和基體樹(shù)脂親和等優(yōu)點(diǎn)。但石棉由于具有致癌作用，因此它的應用受到限制和禁止。具有高長(cháng)徑比的硅灰石可用來(lái)作為石棉的代用品，防止環(huán)境污染，避免對人體的傷害。美國鑄鋼廠(chǎng)用硅灰石代替石棉，用于耐火襯壁和鋼錠模的保溫帽，作粘結材料和絕緣材料。在汽車(chē)工業(yè)中，硅灰石可代替石棉作剎車(chē)片的材料，使制品具有較高的強度、硬度和抗撓曲等力學(xué)性能。硅次石亦可代替石棉在酚醛注塑中作增強材料，這種類(lèi)型的材料廣泛應用于火箭錐體、廚房設施等。
另外，硅灰石因其能提高白色著(zhù)劑的遮蓋能力，起到一定的增白作用而用作白色原料。鈦白粉是一種價(jià)格昂貴的化工原料，用高純度硅灰石在淺色橡膠制晶（膠鞋、自行車(chē)輪胎、膠管、帶等）中替代30%—40%的銳鈦型鈦白粉，價(jià)格僅為鈦白粉的1/10。
硅灰石粉經(jīng)表面處理后．吸水率明顯下降，吸油率明顯提高，用于汽車(chē)輪胎胎側，具有良好的親和性和高度的分散性，提高輪胎的力學(xué)強度，改進(jìn)耐老化、抗撕裂、抗疲勞性，并改善煉膠混壓工藝性能，不需改變原工藝即可替代～部分天然橡膠用量。
盡管陶瓷工業(yè)是當前硅灰石的最大消費市7場(chǎng)，占其年產(chǎn)量的60%，但塑料橡膠工業(yè)卻是硅灰石未來(lái)最有潛力、增長(cháng)最快的市場(chǎng)；對針狀硅灰石產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這方面的市場(chǎng)不僅以每年10%左右的速度在擴展，而且也是硅灰石產(chǎn)晶附加值最高的應用領(lǐng)域。
3 結論
硅灰石作為一種新興礦物填料添加到高分子材料中以取代價(jià)格昂貴的其它工業(yè)礦物，其填充量往往大于10%，甚至高達40%．大大降低了生產(chǎn)成本，具有良好的經(jīng)濟價(jià)值。同時(shí)，硅灰石在高分子材料中的應用極大地擴展了高分子材料的應用空問(wèn)，也豐富了高分子材料的設計、開(kāi)發(fā)內涵。隨著(zhù)超細粉碎技術(shù)的發(fā)展，高長(cháng)徑比硅灰石超細粉的獲得將成為可能，由硅灰石和高分子材料所制得的復合材料將會(huì )在越來(lái)越多的領(lǐng)域取代傳統材料。
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