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鎂鹽晶須的產(chǎn)業(yè)化將為復(fù)合材料的發(fā)展帶來(lái)新的飛躍

    隨著高新技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)對(duì)材料性能提出了更高的要求，塑料改性及纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已成為重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的新材料。近由科學(xué)院金屬研究所新研制并在江蘇山達(dá)化工有限公司投產(chǎn)的一種新型無(wú)機(jī)阻燃、增強(qiáng)材料――鎂鹽晶須(M－HOS)引起了業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。由于該產(chǎn)品與塑料復(fù)合有明顯的增強(qiáng)效果，作阻燃劑則使用溫度比氫氧化鋁高、無(wú)毒并能抑制發(fā)煙，還可以增粘涂料、造阻燃紙、作輕型建筑材料和過(guò)濾材料等，有十分廣闊的應(yīng)用前景。有關(guān)人士甚至認(rèn)為，鎂鹽晶須的產(chǎn)業(yè)化，將為復(fù)合材料的發(fā)展帶來(lái)新的飛躍。
　　晶須是在特殊的條件下以單晶形式生長(zhǎng)形成的纖維，直徑極小，是亞微米和納米級(jí)尺寸，具有高度有序的原子排列結(jié)構(gòu)，因而可接近材料的原子間價(jià)鍵的理論強(qiáng)度。用其增強(qiáng)塑料，具有達(dá)到復(fù)合材料高強(qiáng)度的潛力。而鎂鹽晶須作為一種功能型的晶須，不僅能增強(qiáng)，而且阻燃，是高性能無(wú)機(jī)阻燃、增強(qiáng)材料。它早由日本宇部興產(chǎn)株式會(huì)社開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，中科院金屬研究所則于1997年率先在國(guó)內(nèi)研制成功，并申報(bào)了發(fā)明，現(xiàn)正與江蘇山達(dá)化工有限公司合作進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
　　鎂鹽晶須由于結(jié)構(gòu)的特殊性，具有機(jī)械強(qiáng)度高、無(wú)永久變形、高溫下強(qiáng)度損失小、長(zhǎng)徑比高、無(wú)疲勞效應(yīng)等優(yōu)良的力學(xué)性能。同時(shí)，其表面平滑性好、尺寸精度和穩(wěn)定性高、可再生循環(huán)使用。此外，由于晶須的尺寸細(xì)微，可在基體中分布得很均勻，使極薄、極狹小甚至邊角部位都能得到增強(qiáng)填充，適合制作精密的增強(qiáng)工程塑料零部件及超薄壁的零部件，甚至可以制成20μm的超薄壁部件。尤其是同現(xiàn)在常用的玻纖和碳纖等增強(qiáng)材料相比，用鎂鹽晶須增強(qiáng)塑料材料對(duì)設(shè)備和模具磨損小，阻燃性、安全性和反復(fù)利用性好，極適合制作各種形狀復(fù)雜部件、輕質(zhì)高強(qiáng)阻燃部件和電子電器用材等，可廣泛用于汽車、電子電器、化工、建材、包裝等行業(yè)。
　　目前國(guó)內(nèi)外在鎂鹽晶須的應(yīng)用上已取得了一定進(jìn)展。先是用于增強(qiáng)各種樹(shù)脂，可使通用的塑料樹(shù)脂表現(xiàn)出高模量、耐沖擊和阻燃的性質(zhì)。在日本，用鎂鹽晶須復(fù)合的PP樹(shù)脂已被實(shí)際用于汽車內(nèi)飾件材料，如儀表盤板、支架、操縱臺(tái)等；用鎂鹽晶須增強(qiáng)的聚氯乙烯復(fù)合材料己廣泛用作塑料門窗型材、大口徑PVC管材等。而在我國(guó)，用鎂鹽晶須填充的ABS樹(shù)脂，已用于青島海爾集團(tuán)出口美國(guó)的空調(diào)機(jī)外殼等部件上，以提高部件的強(qiáng)度、阻燃和防老化性能。
　　鎂鹽晶須添加到其他材料中除了增強(qiáng)、阻燃外，還會(huì)產(chǎn)生一些特殊效果，如添加到酚醛樹(shù)脂中能提高材料的電性能，適合生產(chǎn)電器絕緣材料；以鎂鹽晶須為主要成分加少量玻璃纖維和樹(shù)脂漿液制成的復(fù)合材料，具有比重小、強(qiáng)度高等優(yōu)良品質(zhì)，且表面十分平滑美觀，適合在建筑材料、內(nèi)飾材料、家具和廚房用材料等方面使用；鎂鹽晶須添加于塑料薄膜，在透明度、強(qiáng)度、防粘效果等方面都優(yōu)于目前常用的超細(xì)二氧化硅粉，而且安全、衛(wèi)生；填充在瀝青中則增強(qiáng)了瀝青的耐溫和抗流動(dòng)性的能力；用作各種涂料的增粘劑，能使涂料粘度呈指數(shù)增加，具有很好的增粘性和觸變性，可大大提高使用性能和涂裝效果，這一特性使它們?cè)谕苛虾驼澈蟿╊I(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
　　另外，在要求高澄清度的食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥和化妝品工業(yè)領(lǐng)域，過(guò)濾材料必須保證透過(guò)率好、過(guò)濾速度快，而用鎂鹽晶須作為過(guò)濾材料，無(wú)論是過(guò)濾速度和濾液透過(guò)率都明顯優(yōu)于常用的硅藻土、活性氧化鋁、粉碎紙漿和活性碳，甚至優(yōu)于0.1μm膜濾器。
　　盡管鎂鹽晶須具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在其推廣應(yīng)用中還需進(jìn)行大量開(kāi)發(fā)工作。如在使用晶須與塑料共混時(shí)，要充分發(fā)揮晶須的增強(qiáng)效果，獲得高性能的晶須復(fù)合材料，保持晶須在復(fù)合塑料中有一定的長(zhǎng)徑比（在10以上）；晶須在塑料基體中要均勻分布，無(wú)序取向；保證晶須與塑料的接合界面有牢固緊密的粘結(jié)。
　　由于鎂鹽晶須是無(wú)機(jī)材料，和有機(jī)基體的物理性質(zhì)存在差別，不易與基體界面形成緊密的粘接結(jié)構(gòu)。此外，帶靜電表面的相互吸引和纖維過(guò)長(zhǎng)也會(huì)使纖維聚集成球或形成平行的束狀結(jié)構(gòu)，甚至形成島狀的團(tuán)塊，影響復(fù)合材料的性能。為此，必須要對(duì)晶須進(jìn)行表面改性處理，同時(shí)要采用正確的晶須加入方法和混煉工藝。這一方面要根據(jù)晶須的種類和復(fù)合材料的基質(zhì)具體情況選擇適當(dāng)?shù)呐悸?lián)劑；另一方面，在用高速混合機(jī)進(jìn)行晶須表面處理時(shí)，高速攪拌的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免晶須被剪切而折斷，影響復(fù)合增強(qiáng)效果。
　　目前鎂鹽晶須的研發(fā)和工業(yè)化應(yīng)用工作還在發(fā)展階段，還需要包括樹(shù)脂廠家、填料廠生產(chǎn)企業(yè)、機(jī)械制造廠家和新材料研究單位的密切協(xié)作。由于該類材料具有增強(qiáng)、阻燃增粘性、觸變性和過(guò)濾性好等特點(diǎn)，又符合可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代要求，必將在工業(yè)、軍事、國(guó)防等領(lǐng)域有十分廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)發(fā)展高性能的復(fù)合材料也有著十分重要意義。