礦物粉體材料作為填料時,可有效提高高聚物基復合材料(塑料、橡膠、膠黏劑)的力學性能(彈性模量、拉伸強度、剛性、撕裂強度、沖擊強度、摩擦系數、耐磨性等),這些粉體材料就成為礦物增強材料。
礦物材料的增強主要取決于對其粒度或比表面積和顆粒形狀,礦物增強材料可分為針狀增強材料、片狀增強材料和粒狀增強材料。
礦物增強材料的增強效果順序為:針狀填料>片狀填料>粒狀填料。
礦物增強材料在基料中的流動性順序大致為:片狀填料>針狀填料>粒狀填料。
下面小編就按順序為大家介紹一下硅灰石、云母、滑石、高嶺土、石墨、硫酸鈣晶須、碳化硅晶須、氧化鋁晶須等礦物增強材料。
1、針狀硅灰石增強材料
硅灰石(Wollastonite)是一種鈣的偏硅酸鹽礦物,化學分子式為CaSiO3,理論化學成分為CaO48.3%,SiO251.7%,目前被廣泛用作工業礦物原料的主要是低溫三斜硅灰石。(詳情請點擊:1分鐘了解硅灰石)
(1)加工方法
硅灰石的結晶構造決定了即使是細小顆粒也呈纖維狀或針狀的性質。硅灰石的а晶型長徑比為5:1,β晶型為20:1,最高可達30:1,其長徑比隨粉碎方式的不同有很大的差異。提高硅灰石產品的長徑比,關鍵在于粉碎過程中采用適宜的粉碎方式保持礦物原有的結晶結構。
超細粉碎設備 |
產品特性 |
沖擊式粉碎 |
細度10-30μm,長徑比10-12 |
氣流粉碎 |
較高的長徑比12-15 |
攪拌磨 |
平均細度4.5μm,長徑比6-8 |
振動磨 |
細度90%<20μm,長徑比8 |
雷蒙磨 |
<11μm占50%,平均長徑比8.4 |
球磨機 |
細度13-16μm,長徑3-4 |
?。?)應用特性
高長徑比(>10)硅灰石粉體可以代替石棉纖維、造紙纖維以及塑料和橡膠等高聚物基復合材料的高級增強填料等,在工業上有著極高的應用價值,如作為塑料填料,可以提高其制品的強度和尺寸穩定性。
應用領域 |
指標要求 |
硅酸鈣板增強材料 |
80-300目,纖維狀,長徑比10-20 |
工程塑料、尼龍填料 |
800-1250目,纖維狀,
白度≥86%,長徑比10左右,有的要求除鐵 |
造紙(改性)專用填料 |
規格1000目,纖維狀,長徑比10
無黑點,白度83%-88% |
2、片狀云母增強材料
云母可分為白云母、黑云母和鋰云母三大類。白云母化學成分為KAl2(AlSi3O10)(OH)2,其硬度為2-2.5,可剝分到10左右。金云母化學成分為KMg3(AlSi3O10)(F,OH)2,其硬度2.78-2.85,可剝分成5-10左右。(詳情請點擊:1分鐘云母礦物功能材料)
(1)加工方法
片狀云母一般采用手選、摩擦選、形狀選礦等;碎云母則采用風選和浮選。
干法云母粉:
●采用粗碎、細碎、超細碎三級破碎;
●主要設備:爪式破碎機、柱磨機、雷蒙機、氣流粉碎機等。
●采用雷蒙磨之類的強力研磨機械,所得云母粉一般純度較低,云母晶形被嚴重破壞,顆粒徑厚比較低(10倍左右),晶片多有撕裂、穿孔和表面磨毛等缺陷。
濕磨云母粉:
●以天然云母(碎云母、制造云母紙的廢漿和片麻巖內云母等)為原料,以水為介質的條件下加工制成。
●質地純凈、表面光滑、徑厚比大、附著力強等,產品純度達到95%以上。
●未受損傷的云母晶片沒有穿孔和撕裂等缺陷,晶片極薄,徑厚比較大,不含有害雜質,粒度分布集中,品質穩定。
●濕法生產工藝較復雜,生產周期長,水電和藥品消耗也多,生產成本很高;
●國際市場上的云母粉一般都用濕法工藝生產。
云母超細設備 |
產品特性 |
高速行星式輥輪磨機 |
濕磨可獲得徑厚比20-60云母粉 |
高壓均漿超細剝片機 |
云母片徑厚比大,表面特性保持良好 |
云母濕磨機 |
無研磨介質,給料<30mm
產品徑厚比>32 |
攪拌磨 |
剝片效果好,且不損傷云母表面
產品徑厚比>60 |
(2)應用特性
●橡膠中加入大徑厚比濕法云母粉,其抗沖擊性、機械強度、摩擦系數、彈性模量、形態穩定性等都有明顯改善。
●塑料和樹脂中加入大徑厚比濕法云母粉,其拉伸強度、抗沖擊強度、彈性模量、抗熱扭變性、抗疲勞蠕變性和抗磨性能等都有明顯改善。
3、片狀滑石增強材料
滑石是一種常見的硅酸鹽礦物,它非常軟并且具有滑膩的手感?;话愠蕢K狀、葉片狀、纖維狀或放射狀,在機械力作用下薄片間很容易剝離開,成為單片。(詳情請點擊:我是滑石粉,這是我的簡歷)
(1)加工方法
對于片狀結構的滑石礦物來說,如何有效地解決其干法剝片問題,穩定和精確地控制滑石粉體的粒度分布和粒子晶體形態,是滑石產品生產的重要環節。
●原料選擇:滑石中的雜質都不具備片狀結構,滑石越純,雜質越少,片狀結構越好。
●加工工藝:選礦、初級破碎、超細研磨粉碎、分級等;
●粉磨設備:以雷蒙機、機械沖擊式粉碎機、氣流磨為主。
●產品粒徑:生產出平均粒徑D50為2~3μm的滑石粉狀產品。 在滑石超細粉碎加工過程中,采用不同的加工方法,產品的片狀結構保持情況也不相同。目前微細滑石主要采用氣流粉碎技術,有對沖法和旋流法兩種加工工藝。
?。?)應用特性
●超微細滑石粉成片狀結構,可均勻的成層疊狀分散在樹脂中,與樹脂有較好的相容性和力學性能的互補性;
●可提高塑料制品的剛性、沖擊強度、彎曲模量和熱穩定性
●滑石粉片狀結構保持的越完整,其增強效果越明顯。
●作為塑料薄膜填料,可提高薄膜的拉伸強度、彎曲強度和剛性等機械性能。
4、片狀高嶺土增強材料
高嶺土是一種以高嶺石族粘土礦物為主的粘土或粘土巖,屬1:1層型的二八面體層狀鋁硅酸鹽礦物,經粉碎加工后為片狀顆粒。
(1)加工方法
●超細粉碎:高嶺土超細粉碎設備主要有振動磨機、沖擊磨機、離心磨機、膠體磨機、氣流粉碎機和攪拌磨機等。
●高嶺土剝片:高嶺土剝片就是從這種厚疊片狀物中通過剝離分層,把其分成較為單一薄片狀。剝片加工不僅使疊片狀粗粒高嶺土變成薄片,而且還能釋放出高嶺土中的著色雜質,剝片高嶺土徑厚比大。
高嶺土濕式超細粉碎(剝片)方法有濕法研磨、擠壓和化學浸泡法:
●研磨剝片設備:研磨剝片機(如MBP300、500型)、攪拌球磨機、砂磨機等。研磨介質常用玻璃珠、氧化鋁珠、剛玉珠、氧化鋯珠、天然石英砂等,粒徑為0.8-3mm。
CDS大流量砂磨機
●擠壓剝片:采用高壓均漿機,通過穴蝕效應使高嶺土的晶體疊層沿層間剝離。
●化學浸泡剝片:是利用化學藥劑使高嶺土晶體疊層出現松解。
?。?)應用特性
高嶺土在造紙涂料中應用最主要的是利用其特殊的片狀形態,用剝片高嶺土取代10%、20%的鈦白粉時,涂料的對比率基本無變化,外觀良好,黏度變化小。
5、片狀石墨增強材料
石墨是碳質元素結晶礦物,具完整的層狀解理,解理面以分子鍵為主,對分子吸引力較弱,故其天然可浮性很好。
加工方法:超聲粉碎法、高速剪切法、剝片磨礦機法等。
應用領域
6、硫酸鈣晶須
晶須是人為控制情況下以單晶形式生長成的一種纖維,一般只有0.1至幾個微米。高度有序的原子排列結構,使其強度接近于材料的原子間價鍵的理論強度。因而,晶須最大的用途就是作為增強材料。
硫酸鈣晶須即石膏晶須,分為無水硫酸鈣(CaSO4)晶須、半水硫酸鈣(CaSO4?0.5H2O)晶須和二水硫酸鈣(CaSO4?2H2O)晶須3種。工業應用前景最好的為無水硫酸鈣晶須。
硫酸鈣晶須的合成方法:水熱法、常壓酸化法、微乳法、離子交換法。(詳情請點擊:硫酸鈣晶須制備工藝及應用研究進展)
硫酸鈣晶須具有綠色環保,性價比高等特點,既可以作為增強組元、無機填充材料,同時還可以起到阻燃、增加白度等作用,在工業領域應用非常廣泛。
7、碳化硅晶須
碳化硅晶須有“晶須之王”的美譽,是一種黃綠或灰綠色、直徑為納米級至微米級、有高度單一取向的單晶短纖維。其晶體結構與金剛石類似,具有高熔點、低密度、高抗拉強度、高彈性模量、低熱膨脹率以及與金屬和陶瓷基體良好的相容性等優點。
碳化硅晶須制備方法:氣相碳源法、固相碳源法、液相碳源法等。
碳化硅晶須的加入對陶瓷的韌性具有明顯的改善作用,斷裂韌性提高1-2倍。碳化硅晶須增韌的金屬基、陶瓷基及聚合物基復合材料己廣泛運用到機械、化工、國防、能源、環保等領域。
8、氧化鋁晶須
氧化鋁晶須(又稱藍寶石晶須)作為一種性能優異的復合材料添加劑,具有高強度、高彈性模量等優越的力學性能,α-Al2O3晶須呈現自色,具有針狀或是纖維狀結構,斷面一般為六角形。
氧化鋁晶須的主要制備方法:濕氫法、Al-SiO2法、模板法、前驅體法等。
氧化鋁晶須與金屬基材料,陶瓷基材料間的良好相容性,使其廣泛應用于軍工、航天、農
業方面。
9、其他晶須
氮化硅晶須、鈦酸鉀晶須、硼酸鋁氧化鋅、氧化鎂、二硼化鈦、碳酸鈣晶須等均有其獨特的性能,具有廣闊的應用前景。
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