在塑料、橡膠、涂料等現代高分子材料中,非金屬礦物填料占有很重要的地位。在高聚物基料中添加非金屬礦物填料,不僅可以降低高分子材料的成本,更重要的是能提高材料的性能、尺寸穩定性,并賦予材料某些特殊的物理化學性能,如抗壓、抗沖擊、耐腐蝕、阻燃、絕緣性等。粉石英等加工而成的硅微粉,作為塑料、橡膠、涂料等高分子材料的填料,在超細粉碎、提純、改性及其應用方面越來越受到人們的重視。
1 硅微粉在塑料中的應用
硅微粉在塑料中可用于聚氯乙烯(PVC)地板、聚乙烯和聚丙烯薄膜、電絕緣材料等產品中。填充硅微粉的聚氯乙烯地板磚可增強制品的耐磨性,在PVC地板中,細度320目的石英粉,填充量為160～180份時制得的地板完全符合GB4085-83標準的要求,地板表面光滑度好,耐刻劃度好。
在PVC耐酸板管中,400目石英粉的填充量為10%～15%時,與其它填充料比,粘度低,流動性好,改善了加工性能,有利于制品的擠出和成型,制得的耐酸板管的耐酸性有顯著提高。比表面積大(600目以上)和活性高的硅微粉填充聚乙烯(PE)農用薄膜能改善制品的物理化學性能和光學性能,填充聚丙烯可改善制品的力學性能。
余志偉對粉石英在PE薄膜中的應用進行了研究,將粉石英礦經過超細、分級、提純、表面改性后填充于PE薄膜中,利用石英具有阻隔紅外線的功能,減緩塑料大棚的熱散失,提高其保溫性能。通過研究,當超細粉石英在PE薄膜中添加8%～12%時,其加工性能良好,填料在樹脂中分散流動性好,分布均勻,制得的PE薄膜力學性能接近純樹脂膜,超過國標要求。
在環氧模塑封料中,高純硅微粉是其主要原料,由于SiO2具有穩定的物理化學性能、良好的透光性及線膨脹性能和優良的高溫性能,因此SiO2是目前最理想的環氧塑封料的填充材料,也是半導體集成電路最理想的基板材料。環氧塑封料年用量上萬噸,填充料二氧化硅粉含量占70%～90%,因此僅塑封行業,硅微粉的用量就達7000～9000t/年。另外,硅微粉用作電子基板材料是其它材料無法替代的,這一領域的前景比塑封行業更廣闊。
在用于絕緣材料方面,王學東在環氧模塑料中用硅微粉作填料,研制出了具有優異電性能、耐高壓、耐電弧性能優、表面電阻率高、耐候性好的SIEC特種耐高壓環氧模塑料,該塑料是高壓絕緣子、高壓開關的首選材料。
環氧膜塑料的制備中,硅微粉的用量占模塑料的50%～70%,該塑料是封裝閥用電磁鐵等低壓電器良好的新型封裝材料。
2 硅微粉在橡膠中的應用
為了提高橡膠制品的物理機械性能,延長橡膠制品的使用壽命,一般采用兩條途徑:一種是在橡膠制品中埋入骨架材料,如纖維紡織材料或金屬材料;另一種是在橡膠中添加各種填料。
硅微粉作為橡膠補強材料有以下幾種形式:
(1)粉石英。主要以天然硅藻土為原料,經粉碎、高溫煅燒、除去有機雜質而成,用于橡膠中能使像膠堅挺,并可降低膠料密度,增加絕熱性能,適用于制造絕緣膠料、模型制品和泡沫制品,用于硬質橡膠可提高軟化溫度。
(2)硅土粉。二氧化硅含量75%～79%,天然礦物經開采、烘干、粉碎、篩分而成,可用于膠管、膠帶和其它橡膠制品,填充膠料混練容易,分散性好,可高用量填充,其壓延制品表面光滑,其硫化膠強伸性能近于陶土,和輕鈣相當;粘附強度和扯斷永久變形優于陶土,耐磨性和彈性優于陶土和輕鈣;老化性能好,價格低于陶土和輕鈣。
(3)石英粉。石英粉有無定形、微晶狀等不同類型,由天然礦物粉碎加工而成。
具體應用方面,在蓄電池膠殼中,加入粉石英替代陶土和輕質碳酸鈣,填充量由原來的55%增加到65%,而且工藝性能優良,膠料吃粉快,無噴粉和飛揚現象,易混練,硫化性能好,制得蓄電池膠殼的耐酸、耐電壓、熱變形和落球沖擊等物理機械性能均可達到要求,且膠殼外表平整光滑,成品率提高。
在擦貼橡膠制品中,填充粉石英的混練膠,膠料稀,滲透性好,粘連性強,有利于混練膠在帆布上的擦涂,增強了膠片與帆布之間的粘著強度,制品的扯斷強度、永久變形等機械性能均有明顯改善。許美在專利電器絕緣密封膠片中,以丁基橡膠為基料,加入硅微粉,制得的膠片具有絕緣強度高、防水、耐熱、耐寒、抗化學腐蝕、抗老化、可塑性好、絕緣性好等特點,適用于0.4～10kV的電線母排及各類電器裸露接頭的絕緣密封。
3 硅微粉在涂料行業中的應用
在涂料行業中,硅微粉的粒度、白度、硬度、懸浮性、分散性、吸油率低、電阻率高等特性均能提高涂料的抗腐蝕性、耐磨性、絕緣性、耐高溫性能。用于涂料中硅微粉,由于具有良好的穩定性,一直在涂料填料中扮演重要的角色。特別對外墻涂料來說,SiO2原料對耐候性起著舉足輕重的作用。
隨著建筑市場的日益繁榮,涂料工業也得到了迅速發展,硅微粉的用量也隨之增長,同時對硅微粉的超細、改性提出了更高的要求。
白文奎在專利超級外墻雨刷漆中加入硅微粉,用于外墻裝飾效果好,耐沖刷,成本低。同時納米級SiO2的研究與應用越來越受到人們的重視,如浙江明日納米工程研究中心進行了納米SiO2在涂料中提高耐老化性能的應用。
在特種涂料中的應用方面,楊華明等用1250目硅微粉,應用化學共沉淀技術表面包覆摻雜SnO2,制得復合導電粉,廣泛用于電子電器、航空航天、軍事和電磁屏蔽等領域。用該導電粉末制得的導電涂料,體積電阻率僅為12.6Ψ·cm,各項指標均達到國家標準。
韓永海在阻燃絕緣涂料專利中通過加入硅微粉,提高了涂料的觸變性能,該涂料具有涂敷均勻、不會出現裂紋而且具有固化時間短、成本低的特點。
劉友在專利無毒環氧增韌涂料中,在環氧樹脂中加入硅微粉,研制出了具有防腐功能的無毒環氧增韌涂料,克服了已有涂料在低溫下刷涂和噴涂的缺陷和不足。
隨著塑料、橡膠、涂料工業的不斷發展,硅微粉等非金屬礦物填料不僅要在超細、提純、改性技術等方面進行不斷的研究,更重要的是要進行超細粉體在這些高分子聚合物中的應用研究,從而推動整個工業技術的進步。
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