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功能性填料活性石英粉的应用研究现状
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-07-24 10:56:35    浏览次数:
 
     (中国粉体技术网/班建伟)粉石英原矿经洗选分级后的产品,可以应用于陶瓷、耐火材料、精密铸造、保温材料、工业矿物填料及冶金工业等部门。
一、粉石英的主要用途
1、在陶瓷中的应用
       主要用于电瓷、日用瓷、建筑瓷、卫生瓷及强化瓷的坯料和釉料的原料,用量约2%,在成瓷过程中,不仅可以降低烧成温度,缩短烧成时间,而且烧成的瓷体物相分布均匀,在坯釉交界处很少出现以石英砂研磨原料常见的大颗粒相变裂纹,环状裂纹和气孔等缺陷,熔融边的厚度基本一致,从而使得瓷件的机械强度显著提高。
2、在耐火材料中的应用
       主要用于生产高密度硅砖和硅质耐火泥。粉石英原矿具有粒度分布宽和硅高铝低的特点,是高密度硅砖理想的原料,制出的硅砖荷重软化点高达℃,适用于熔化温度很高的玻璃窑炉用粉石英配制的硅质耐火泥热态温度高,能显著提高硅砖堆砌性能,能有效阻止高温液态物质对炉壁的渗透腐蚀,延长炉体的寿命,降低堆砌成本。
3、在精密铸造中的应用
       粉石英在精密铸造中主要用作熔模涂料的填料。熔模涂料是由硅酸钙水玻璃表面活性剂、水和粉石英等配制而成。粉石英在熔模涂料中主要起耐火材料和提高铸件表面光洁度的作用。
4、在微孔硅酸钙保温材料中的应用
       微孔硅酸钙主要由硅质原料与石灰浆经水热凝胶反应合成。它具有容重轻、导热系数小、使用温度高、热损耗低、施工方便和可重复使用等优良性能广泛用于电力、石油、化工、轻工、建筑和冶金等领域,是近年来发展的一种新保温材料和绝热材料水热合成硬硅酸钙石型硅酸钙绝热制品。
5、在冶金工业中的应用
       在冶金工业中需要大量的优质“硅石”,其质量要求SiO2含量98%以上,含氧化铝低于千分之几。云峰山粉石英块状从外观到化学成分已完全达到此要求,故在制造硅合金中应用前景非常大。
6、在工业矿物填料中的应用
       在微细与超细硅粉产品中可在塑料行业和橡胶行业制品中用作填料。如粉石英在地板作填料,要求细度为320目,制得的塑料地板性能完全符合GB4085-83标准。粉石英粉细度在400目时还可以在耐酸塑料板管用作填料,填充量达10-15%。其耐酸性能显著提高。力学性能也高于GB4485-84标准中的技术指标,600目以上时用作PE薄膜填料,填充量10-12%。
       然而,粉石英在这些方面的应用,工业附加值毕竟较低,而且在作填料方面的用量也非常有限。经表面活化处理后的粉石英,由于改善了表面性能,提高了工业附加值,作为优质功能填料广泛应用于环氧树脂封装材料及橡胶、塑料和涂料等行业。
       在环氧封装材料中,改性粉石英所占比例较高,一般在左右,特别是在互感器、高压开关及干式变压器等电器产品的绝缘封装材料中所占比例更大,这是粉石英在高技术产品中的重要市场。
       在橡胶工业中,改性后的粉石英作为半补强剂可替代部分白炭黑。在胶料中加入粉石英后,粉石英与胶料浸润性好,吃粉快,飞扬轻,混炼时间短,胶料柔软,粘合力大,使橡胶的定伸强度、拉伸强度、可塑性等性能指表均与纯白炭黑的胶料接近,且粉石英价格比白炭黑价格低廉,完全可部分替代白炭黑。
       在塑料中(如PP、PVC、PE等)填充部分粉石英改性产品,制品的性能达标,抗弯强度和耐酸、耐腐蚀性能有明显提高,且又能节省树脂用量,降低复合材料成本。
        在涂料行业中,粉石英产品的粒度、白度、硬度、悬浮性、分散性、吸油率低、电阻率高等特性均能提高涂料的抗耐腐蚀性、耐磨性、绝缘性和耐高温性。

二、活性粉石英研究现状
       自1981年在赣西首次发现粉石英矿后,不久即开始了粉石英在应用方面的探索。如西安电瓷研究所从年开始探索天然粉石英在电瓷生产中的应用并取得成功,从而促进了粉石英矿的开发利用工作。
       随着粉石英应用的不断推广,各方面应用的研究工作也不断深入。在粉石英用作塑料、橡胶等有机物的填料方面,有人认为由于风化淋蚀作用,粉石英表面的SI-O键平衡结构被破坏,形成许多活性点,使表面具有较高的活性,与橡胶等有机材料具有很好的浸润性和较强的亲和力,并做了相关的填充试验。
       如用天然粉石英代替蓄电池胶壳中的陶土、轻钙或硫酸钡等作填料,各项性能均超过指标要求,。但在许多其它试验中,效果并不理想。如在软质塑料制品中作功能填料时,塑料的断裂伸长率低于国标在硬质聚乙烯板材中作填料时,板材的弯曲强度低于国标,又如天然粉石英代替陶土作天然橡胶填料时,其抗拉强度仅接近三级品水平。
       天然粉石英作为有机物填料时在许多情况下并不理想,主要原因是粉石英与高分子材料亲和性差,作填料时分散不均,甚至成团,对产品质量有较大影响,因而有必要对粉石英进行深加工处理,使之成为具有反应活性的填料。
       近几年来,随着粉石英市场的日益扩大,粉石英应用领域越来越广,国内外的一些科研单位和生产厂家都在积极研究粉石英的深加工处理技术、开发粉石英的新用途。
       如美国用气流粉碎和分级获得1-5μm的超细微粉产品及偶联改性产品,主要用于环氧树脂聚酯、硅橡胶、尼龙等复合材料中作中、高档填料和增白剂。
       粉石英表面改性是对其性质进行优化,开拓新的应用领域,提高新的工业价值和附加值的最有效途径和最重要技术之一。表面改性是通过改变矿物填料原有的表面性质亲油性、吸油率、浸润性、混合物粘度等,以改善矿物填料与有机聚合物的亲和性、相容性以及加工流动性和分散性,提高填料与聚合物相界面之间的结合力,使复合材料的综合性能以得到显著提高并且增加填充量,降低生产成本。从而使非功能的矿物填料转变为功能填料。
       对粉石英表面改性的研究近几年才开始兴起,且研究者众多。通常是利用单一硅烷偶联剂,或铝酸酷等在一定温度和搅拌作用下对粉石英进行表面改性的。如有研究将经过硅烷改性后的粉石英用作环氧树脂绝缘材料的填料,结果表明,对于经偶联剂表面处理后的粉石英,环氧浇注料的力学性能大幅度提高,其中,用KH550偶联剂处理的,浇注料的力学性能比未改性的要高48%,用KH-570处理的高52%左右。
       有研究将所制备的活性粉石英用于油漆涂料,试用表明,该活性粉石英可用作醇酸调和漆原料,用量达20%,油漆性能良好,各项性能指标达到国家标准,为粉石英的高附加值开发利用提供了新途径。
       在评价粉石英改性效果时,往往把粘度和浸润性渗透时间、浸润角、浸润点等作为主要的表征技术。但这些表征技术通常具有不稳定性、不精确性和表面化的特征。如分析某研究中粉石英改性效果的表征结果发现,经KH-560改性后的粉石英,相对粉石英原料,所测粘度反而升高。相对粉石英原料而言,多种改性样品粘度降低的程度与其渗透时间上升的程度存在极大的差异,因而不能精确的比较各种改性样品间的改性效果对于含有极性基团的硅烷偶联剂,经其改性后的粉石英仍具有亲水性,对改性粉石英浸润性的测试无法很好的反映其改性效果。因此,仅采用粘度和浸润性来表征粉石英的改性效果是不够的,需要更有效、更全面的表征技术的综合利用。


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