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复合材料发展有新的飞跃
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| 复合材料发展有新的飞跃 |
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| 2006年09月29日 |
随着高新技术的发展，各行业对材料性能提出了更高的要求，塑料改性及纤维增强复合材料已成为重点开发的新材料。最近由中国科学院金属研究所最新研制并在江苏山达化工有限公司投产的一种新型无机阻燃、增强材料——镁盐晶须(M－HOS)引起了业内人士的关注。由于该产品与塑料复合有明显的增强效果，作阻燃剂则使用温度比氢氧化铝高、无毒并能抑制发烟，还可以增粘涂料、造阻燃纸、作轻型建筑材料和过滤材料等，有十分广阔的应用前景。有关人士甚至认为，镁盐晶须的产业化，将为复合材料的发展带来新的飞跃。
晶须是在特殊的条件下以单晶形式生长形成的纤维，直径极小，是亚微米和纳米级尺寸，具有高度有序的原子排列结构，因而可接近材料的原子间价键的理论强度。用其增强塑料，具有达到复合材料最高强度的潜力。而镁盐晶须作为一种功能型的晶须，不仅能增强，而且阻燃，是高性能无机阻燃、增强材料。它最早由日本宇部兴产株式会社开发生产，中科院金属研究所则于1997年率先在国内研制成功，并申报了发明专利，现正与江苏山达化工有限公司合作进行产业化生产。
镁盐晶须由于结构的特殊性，具有机械强度高、无永久变形、高温下强度损失小、长径比高、无疲劳效应等优良的力学性能。同时，其表面平滑性好、尺寸精度和稳定性高、可再生循环使用。此外，由于晶须的尺寸细微，可在基体中分布得很均匀，使极薄、极狭小甚至边角部位都能得到增强填充，适合制作精密的增强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。尤其是同现在常用的玻纤和碳纤等增强材料相比，用镁盐晶须增强塑料材料对设备和模具磨损小，阻燃性、安全性和反复利用性好，极适合制作各种形状复杂部件、轻质高强阻燃部件和电子电器用材等，可广泛用于汽车、电子电器、化工、建材、包装等行业。
目前国内外在镁盐晶须的应用上已取得了一定进展。首先是用于增强各种树脂，可使通用的塑料树脂表现出高模量、耐冲击和阻燃的性质。在日本，用镁盐晶须复合的PP树脂已被实际用于汽车内饰件材料，如仪表盘板、支架、操纵台等；用镁盐晶须增强的聚氯乙烯复合材料己广泛用作塑料门窗型材、大口径PVC管材等。而在我国，用镁盐晶须填充的ABS树脂，已用于青岛海尔集团出口美国的空调机外壳等部件上，以提高部件的强度、阻燃和防老化性能。
镁盐晶须添加到其他材料中除了增强、阻燃外，还会产生一些特殊效果，如添加到酚醛树脂中能提高材料的电性能，适合生产电器绝缘材料；以镁盐晶须为主要成分加少量玻璃纤维和树脂浆液制成的复合材料，具有比重小、强度高等优良品质，且表面十分平滑美观，适合在建筑材料、内饰材料、家具和厨房用材料等方面使用；镁盐晶须添加于塑料薄膜，在透明度、强度、防粘效果等方面都优于目前常用的超细二氧化硅粉，而且安全、卫生；填充在沥青中则增强了沥青的耐温和抗流动性的能力；用作各种涂料的增粘剂，能使涂料粘度呈指数增加，具有很好的增粘性和触变性，可大大提高使用性能和涂装效果，这一特性使它们在涂料和粘合剂领域有很好的应用前景。
另外，在要求高澄清度的食品、医药、农药和化妆品工业领域，过滤材料必须保证透过率好、过滤速度快，而用镁盐晶须作为过滤材料，无论是过滤速度和滤液透过率都明显优于常用的硅藻土、活性氧化铝、粉碎纸浆和活性碳，甚至优于0.1μm膜滤器。
尽管镁盐晶须具有诸多优点，但在其推广应用中还需进行大量开发工作。如在使用晶须与塑料共混时，要充分发挥晶须的增强效果，获得高性能的晶须复合材料，保持晶须在复合塑料中有一定的长径比（在10以上）；晶须在塑料基体中要均匀分布，无序取向；保证晶须与塑料的接合界面有牢固紧密的粘结。
由于镁盐晶须是无机材料，和有机基体的物理性质存在差别，不易与基体界面形成紧密的粘接结构。此外，带静电表面的相互吸引和纤维过长也会使纤维聚集成球或形成平行的束状结构，甚至形成岛状的团块，影响复合材料的性能。为此，必须要对晶须进行表面改性处理，同时要采用正确的晶须加入方法和混炼工艺。这一方面要根据晶须的种类和复合材料的基质具体情况选择适当的偶联剂；另一方面，在用高速混合机进行晶须表面处理时，高速搅拌的时间不宜过长，以免晶须被剪切而折断，影响复合增强效果。
目前镁盐晶须的研发和工业化应用工作还在发展阶段，还需要包括树脂厂家、填料厂生产企业、机械制造厂家和新材料研究单位的密切协作。由于该类材料具有增强、阻燃增粘性、触变性和过滤性好等特点，又符合可持续发展的时代要求，必将在工业、军事、国防等领域有十分广阔的应用前景，对发展高性能的复合材料也有着十分重要意义。 | |
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