在塑料、橡胶、涂料等现代高分子材料中,非金属矿物填料占有很重要的地位。在高聚物基料中添加非金属矿物填料,不仅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、尺寸稳定性,并赋予材料某些特殊的物理化学性能,如抗压、抗冲击、耐腐蚀、阻燃、绝缘性等。粉石英等加工而成的硅微粉,作为塑料、橡胶、涂料等高分子材料的填料,在超细粉碎、提纯、改性及其应用方面越来越受到人们的重视。
1 硅微粉在塑料中的应用
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、电绝缘材料等产品中。填充硅微粉的聚氯乙烯地板砖可增强制品的耐磨性,在PVC地板中,细度320目的石英粉,填充量为160～180份时制得的地板完全符合GB4085-83标准的要求,地板表面光滑度好,耐刻划度好。
在PVC耐酸板管中,400目石英粉的填充量为10%～15%时,与其它填充料比,粘度低,流动性好,改善了加工性能,有利于制品的挤出和成型,制得的耐酸板管的耐酸性有显著提高。比表面积大(600目以上)和活性高的硅微粉填充聚乙烯(PE)农用薄膜能改善制品的物理化学性能和光学性能,填充聚丙烯可改善制品的力学性能。
余志伟对粉石英在PE薄膜中的应用进行了研究,将粉石英矿经过超细、分级、提纯、表面改性后填充于PE薄膜中,利用石英具有阻隔红外线的功能,减缓塑料大棚的热散失,提高其保温性能。通过研究,当超细粉石英在PE薄膜中添加8%～12%时,其加工性能良好,填料在树脂中分散流动性好,分布均匀,制得的PE薄膜力学性能接近纯树脂膜,超过国标要求。
在环氧模塑封料中,高纯硅微粉是其主要原料,由于SiO2具有稳定的物理化学性能、良好的透光性及线膨胀性能和优良的高温性能,因此SiO2是目前最理想的环氧塑封料的填充材料,也是半导体集成电路最理想的基板材料。环氧塑封料年用量上万吨,填充料二氧化硅粉含量占70%～90%,因此仅塑封行业,硅微粉的用量就达7000～9000t/年。另外,硅微粉用作电子基板材料是其它材料无法替代的,这一领域的前景比塑封行业更广阔。
在用于绝缘材料方面,王学东在环氧模塑料中用硅微粉作填料,研制出了具有优异电性能、耐高压、耐电弧性能优、表面电阻率高、耐候性好的SIEC特种耐高压环氧模塑料,该塑料是高压绝缘子、高压开关的首选材料。
环氧膜塑料的制备中,硅微粉的用量占模塑料的50%～70%,该塑料是封装阀用电磁铁等低压电器良好的新型封装材料。
2 硅微粉在橡胶中的应用
为了提高橡胶制品的物理机械性能,延长橡胶制品的使用寿命,一般采用两条途径:一种是在橡胶制品中埋入骨架材料,如纤维纺织材料或金属材料;另一种是在橡胶中添加各种填料。
硅微粉作为橡胶补强材料有以下几种形式:
(1)粉石英。主要以天然硅藻土为原料,经粉碎、高温煅烧、除去有机杂质而成,用于橡胶中能使像胶坚挺,并可降低胶料密度,增加绝热性能,适用于制造绝缘胶料、模型制品和泡沫制品,用于硬质橡胶可提高软化温度。
(2)硅土粉。二氧化硅含量75%～79%,天然矿物经开采、烘干、粉碎、筛分而成,可用于胶管、胶带和其它橡胶制品,填充胶料混练容易,分散性好,可高用量填充,其压延制品表面光滑,其硫化胶强伸性能近于陶土,和轻钙相当;粘附强度和扯断永久变形优于陶土,耐磨性和弹性优于陶土和轻钙;老化性能好,价格低于陶土和轻钙。
(3)石英粉。石英粉有无定形、微晶状等不同类型,由天然矿物粉碎加工而成。
具体应用方面,在蓄电池胶壳中,加入粉石英替代陶土和轻质碳酸钙,填充量由原来的55%增加到65%,而且工艺性能优良,胶料吃粉快,无喷粉和飞扬现象,易混练,硫化性能好,制得蓄电池胶壳的耐酸、耐电压、热变形和落球冲击等物理机械性能均可达到要求,且胶壳外表平整光滑,成品率提高。
在擦贴橡胶制品中,填充粉石英的混练胶,胶料稀,渗透性好,粘连性强,有利于混练胶在帆布上的擦涂,增强了胶片与帆布之间的粘着强度,制品的扯断强度、永久变形等机械性能均有明显改善。许美在专利电器绝缘密封胶片中,以丁基橡胶为基料,加入硅微粉,制得的胶片具有绝缘强度高、防水、耐热、耐寒、抗化学腐蚀、抗老化、可塑性好、绝缘性好等特点,适用于0.4～10kV的电线母排及各类电器裸露接头的绝缘密封。
3 硅微粉在涂料行业中的应用
在涂料行业中,硅微粉的粒度、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腐蚀性、耐磨性、绝缘性、耐高温性能。用于涂料中硅微粉,由于具有良好的稳定性,一直在涂料填料中扮演重要的角色。特别对外墙涂料来说,SiO2原料对耐候性起着举足轻重的作用。
随着建筑市场的日益繁荣,涂料工业也得到了迅速发展,硅微粉的用量也随之增长,同时对硅微粉的超细、改性提出了更高的要求。
白文奎在专利超级外墙雨刷漆中加入硅微粉,用于外墙装饰效果好,耐冲刷,成本低。同时纳米级SiO2的研究与应用越来越受到人们的重视,如浙江明日纳米工程研究中心进行了纳米SiO2在涂料中提高耐老化性能的应用。
在特种涂料中的应用方面,杨华明等用1250目硅微粉,应用化学共沉淀技术表面包覆掺杂SnO2,制得复合导电粉,广泛用于电子电器、航空航天、军事和电磁屏蔽等领域。用该导电粉末制得的导电涂料,体积电阻率仅为12.6Ψ·cm,各项指标均达到国家标准。
韩永海在阻燃绝缘涂料专利中通过加入硅微粉,提高了涂料的触变性能,该涂料具有涂敷均匀、不会出现裂纹而且具有固化时间短、成本低的特点。
刘友在专利无毒环氧增韧涂料中,在环氧树脂中加入硅微粉,研制出了具有防腐功能的无毒环氧增韧涂料,克服了已有涂料在低温下刷涂和喷涂的缺陷和不足。
随着塑料、橡胶、涂料工业的不断发展,硅微粉等非金属矿物填料不仅要在超细、提纯、改性技术等方面进行不断的研究,更重要的是要进行超细粉体在这些高分子聚合物中的应用研究,从而推动整个工业技术的进步。
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