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應用廣泛的礦物粉體材料

文字:[大][中][小] 2016-3-16    瀏覽次數:1351    

  應用廣泛的礦物粉體材料

  隨著工業技術的進步,礦物及其粉體材料因其具有獨特的物理、化學性質,已在新材料、化工、電子、能源、交通、環保、機械、食品、醫藥、生物工程、紡織、農牧業等行業中得到了廣泛地應用。據建材部門統計,1997年全國鄉及鄉以上非金屬礦采選和制品加工企業17518個,總產值691.28億元(1990年不變價,以下同),約占建材工業總產值的22.9%。全國鄉及鄉以上獨立核算非金屬礦采選和制品加工企業15678個,總產值639.54億元,實現利稅46.8億元。產品產量在滿足了國內市場需求的同時,還出口到世界上100多個國家和地區。自“八五”和“九五”以來,非金屬礦產品的出口創匯額逐年增長,已成為我國出口創匯的重要品種之一,非金屬礦產品的出口創匯額占每年建材和礦物產品出口總額的60%,2002年的礦物產品出口創匯近30億美元。

  我國是當今世界上的塑料大國,其塑料制品產量已超過2000萬t,按照國際慣例,各種填充料約占當年塑料制品總產量的10%左右,即至少有200萬t的各種填料用到了塑料中,特別是在我國,很多企業為了降低成本,使用廉價填料的積極性非常高。

  礦物填料不僅能降低塑料的成本,而且能大大地改善塑料性能。礦物粉體的成本只有幾百元至一千多元一噸,而塑料、橡膠等聚合物材料則需數千元甚至上萬元,因此礦物粉體填加將必然帶來成本的大大降低。另一方面礦物粉體的使用還可以使復合材料的力學性能、加工性能和環保性能等得到提高和改善。

  無機礦物填料是與橡膠、塑料等基體的表面性質上完全不同的兩種材料。礦物粉體表面為親水性,而聚合物材料為親油性。新形成的復合材料制品性能取決于填料和基體材料兩相之間界面上應力的傳遞,復合材料的破壞首先是從界面薄弱處開始,改善界面間的結合性是提高復合材料強度的關鍵。直接填充礦物粉體,其界面間易產生剪切應力,降  低復合材料的力學性能。因此,作為橡膠、塑料等材料填料的礦物粉體,通常需要對其進行表面改性處理。

  目前礦物填料的表面改性方法是采用偶聯劑包覆改性,它改變了礦物填料的表面極性,使其表面成為親油性,從而與有機材料基體具有較好的相容性。但在超細粉碎過程中形成礦物顆粒,微觀上類似碎玻璃碴,具有很多粉碎時形成的銳利棱角(2--3個晶體解理面相交構成)和平滑表面(顆粒沿著的晶體解理面破裂)。復合材料微觀斷裂力學的研究表明,這些銳利的棱角往往都是材料內部應力集中點,破壞都是從這里開始。平滑表面難于與高分子材料的大分子形成結合和緊密的纏繞。傳統表面吸附偶聯劑高速混合的改性方法無法解決顆粒本身在超細粉碎形成過程中的上述缺陷,這很大程度上限制了聚合物材料性能的發揮,直接影響到礦物填料的使用效果。另一方面可以將納米顆粒分散或生長在礦物粉體表面,解決了納米顆粒難分散和高成本問題。

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