（中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）普通重鈣(研磨碳酸鈣) 與輕鈣(沉淀碳酸鈣) 在復(fù)合材料加工中雖也可使某些強(qiáng)度略有提高, 但總體上只能作為填料使用,目的是降低成本, 但將導(dǎo)致材料總體強(qiáng)度的降低。而晶須碳酸鈣既可應(yīng)用于一般粒狀碳酸鈣領(lǐng)域, 還在降低成本的同時(shí), 表現(xiàn)出顯著的增強(qiáng)、增韌作用, 使被加強(qiáng)的復(fù)合材料表現(xiàn)出更好的耐沖擊性, 提高加工過(guò)程的流動(dòng)性從而降低加工能耗、提高型材制品尺寸穩(wěn)定性及表面光潔度。目前, 晶須碳酸鈣主要應(yīng)用于增強(qiáng)高分子復(fù)合材料、作為造紙助劑以及摩擦材料填料等。
1 增強(qiáng)高分子復(fù)合材料
復(fù)合材料的增強(qiáng)材料可采用合成的無(wú)機(jī)纖維來(lái)提高塑料的彎曲彈性模量、彎曲強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性等指標(biāo)。但是, 無(wú)機(jī)長(zhǎng)纖維容易影響塑料的平滑性和美觀性, 不利于加工各種精密器件,同時(shí)其價(jià)格高。而晶須碳酸鈣具有類似短纖維的結(jié)構(gòu)、出色的熱穩(wěn)定性以及其低廉的價(jià)格。
晶須碳酸鈣不帶結(jié)晶水, 在各種塑料注模成型時(shí)不會(huì)產(chǎn)生由水蒸發(fā)產(chǎn)生的銀紋。因此, 正廣泛研究將碳酸鈣晶須用于增強(qiáng)聚酰胺、聚碳酸酯、熱塑性聚酯以及聚氯乙烯等復(fù)合材料。
2 作為造紙助劑
碳酸鈣作為造紙?zhí)畛鋭? Filler) 的應(yīng)用已長(zhǎng)達(dá)100 多年, 紙中加入碳酸鈣的最大益處是降低成本, 其次是提高紙的白度與光澤, 增強(qiáng)其挺度( Stiffness) , 但碳酸鈣的加入會(huì)顯著降低其抗拉強(qiáng)度( Tensile strength) 、彎折強(qiáng)度( Folding) , 原因是碳酸鈣的存在隔開了紙纖維間的一些鍵合點(diǎn)。
晶須碳酸鈣雖然也影響紙纖維的氫鍵結(jié)合, 導(dǎo)致其強(qiáng)度下降, 但因以下原因其強(qiáng)度的下降要緩慢得多: (1) 單個(gè)晶須的體積比現(xiàn)有的方解石碳酸鈣填充劑顆粒大得多, 因而在紙纖維間產(chǎn)生的隔離點(diǎn)大大降低; (2) 針狀結(jié)構(gòu)與紙纖維糾纏在一起類似于水泥的莫來(lái)石針狀結(jié)構(gòu), 對(duì)強(qiáng)度有一定貢獻(xiàn)。
3 增強(qiáng)摩擦材料
石棉曾經(jīng)被廣泛應(yīng)用于摩擦材料, 但是其較強(qiáng)的致癌性和粉塵污染被國(guó)家明令禁用。隨后, 各種石棉替代品紛紛出現(xiàn), 如玻璃纖維、鋼纖維、鈦酸鉀晶須等。雖然它們都能增強(qiáng)摩擦材料, 但都存在各自的缺點(diǎn), 比如, 玻璃纖維高溫耐磨性差, 混料工藝性能差, 鋼纖維容易生銹, 鈦酸鉀成本太高等。
而碳酸鈣晶須耐溫性好, 用于摩擦材料可以顯著提高耐磨性, 而且碳酸鈣晶須的原材料廉價(jià)豐富, 制造成本低, 當(dāng)其取代以上摩擦材料后, 產(chǎn)品的摩擦系數(shù)、耐磨性能和耐熱性大大提高, 具有較高的機(jī)械強(qiáng)度, 而且摩擦產(chǎn)生的粉塵無(wú)毒, 污染小。
4 碳酸鈣晶須的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀
1995 年文石碳酸鈣晶須的工業(yè)化生產(chǎn)最早在日本實(shí)現(xiàn)。隨后美國(guó)和西歐也實(shí)現(xiàn)了碳酸鈣晶須的工業(yè)化生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)雖然對(duì)各形態(tài)碳酸鈣的工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)行了大力開發(fā), 但在文石碳酸鈣晶須方面卻顯不足, 總體上還處于實(shí)驗(yàn)室水平。
現(xiàn)在, 國(guó)內(nèi)許多學(xué)者均開展了碳酸鈣晶須工業(yè)化生產(chǎn)的前期研究。劉慶峰等研究發(fā)現(xiàn), 對(duì)PP 進(jìn)行填充時(shí), 碳酸鈣晶須填充可明顯提高材料的抗沖擊性能, 在碳酸鈣晶須填充量占材料總量的50%時(shí), 填充文石晶須的試樣與輕質(zhì)碳酸鈣相比沖擊強(qiáng)度提高4 倍多。
王會(huì)利等研究表明: 碳酸鈣晶須作為涂料的增粘劑, 能顯著提高涂料的黏度, 增加觸變性, 提高涂料的抗開裂、附著力、粘接強(qiáng)度等性能; 此外, 他還在模擬碳化塔中, 通過(guò)調(diào)整通氣流量和液面高度等工藝條件, 制備出了長(zhǎng)度較長(zhǎng)、均勻性較好的碳酸鈣晶須。
2005年河北科技大學(xué)研發(fā)的針型(晶須) 納米碳酸鈣工業(yè)化制備新技術(shù)通過(guò)了技術(shù)鑒定,為我國(guó)碳酸鈣晶須的工業(yè)化生產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。
由于碳酸鈣晶須生產(chǎn)工藝與現(xiàn)有輕質(zhì)碳酸鈣微粉生產(chǎn)工藝相似, 加上我國(guó)有大量碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè), 如果我們利用現(xiàn)有設(shè)備加以改造, 必定會(huì)大大提高我國(guó)碳酸鈣晶須的生產(chǎn)能力。目前,我國(guó)文石晶須工業(yè)應(yīng)用的主要問題存在于文石的表面偶聯(lián)改性方面, 現(xiàn)有的改性采用硬脂酸與輕鈣高速機(jī)械攪拌實(shí)現(xiàn), 但這將導(dǎo)致晶須的斷裂。本課題組也正在研究文石晶須的濕相改性技術(shù)以避免晶須的斷裂。此外, 如何建立完善的生產(chǎn)體系, 找到更為適合工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)以提高生產(chǎn)效率仍是亟待解決的問題。
5 結(jié)語(yǔ)
碳酸鈣晶須作為一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新型無(wú)機(jī)增強(qiáng)材料, 被廣泛應(yīng)用于造紙、橡膠、涂料、塑料、醫(yī)藥等領(lǐng)域。本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)外合成碳酸鈣晶須的4 種合成方法, 其中以氯化鎂為助劑的碳酸化法最廉價(jià)經(jīng)濟(jì)而且制備工藝簡(jiǎn)單, 最適于工業(yè)化生產(chǎn); 晶形控制劑對(duì)碳酸鈣晶須的合成起著十分重要的作用, 眾多學(xué)者對(duì)此做出了研究, 為控制碳酸鈣晶須的形貌提供了重要依據(jù)。
雖然我國(guó)碳酸鈣晶須的工業(yè)化生產(chǎn)尚處于起步階段, 但卻擁有得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)及設(shè)備, 有理由相信, 隨著研究技術(shù)的不斷深入, 我國(guó)碳酸鈣晶須的大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)指日可待。
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