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无机晶须研究进展Ⅲ:碱式硫酸镁晶须的制备及应用乃学瑛,叶秀深,崔香梅,李 武(中国科学院青海盐湖研究所,青海西宁 810008)摘 要:碱式硫酸镁晶须是新型的阻燃、增强纤维材料,有着广阔的应用前景。
文章较详细地介绍了碱式硫酸镁晶须的性质、制备方法及用途。
指出加强其应用基础研究,是镁资源综合利用的一条重要途径。
关键词:碱式硫酸镁;性质;制备方法;应用中图分类号:O782 文献标识码:A 文章编号:1008-858X (2005)03-0022-07 我国镁资源十分丰富,不仅有盐湖,海水等液体资源,还有十分丰富的菱镁矿、白云石、水镁石、蛇纹石等固体资源,因此多途径开发利用镁资源,加强技术研究工作,生产多品种规格镁盐产品,极具经济价值和战略意义。
目前我国主要镁化合物生产仍处于初级阶段,其产品多属于原料性产品,并且高档次、功能化产品少,因此深层次镁资源开发应着重于产品的高值化与精细化,以满足现代化工业和科学技术发展对新型材料和新化工产品的更高要求。
以丰富的镁资源为原料制备碱式硫酸镁晶须(M OS ),原料易得、价格低廉、制备方便且应用前景广阔,成为镁资源综合利用的一条途径。
1 碱式硫酸镁晶须的一般性质[1]碱式硫酸镁晶须亦称水合碱式硫酸镁晶须,有多种存在形式,其中见诸报道的以晶须形态制备出来的有MgS O 4・5Mg (OH )2・3H 2O 、Mg 2S O 4・5Mg (OH )2・2H 2O 和2MgS O 4・Mg (OH )2・3H 2O ,外观为白色粉体,显微镜下为单个针状或扇形晶须,在扫描电镜(SE M )下观察,碱式硫酸镁晶须长度为10～100μm ,直径110μm ,长径比为50～100;相对密度为213,表观密度为011,比表面为10m 2/g ;耐热性为300℃;吸油量为500m L/100g 。
它具有高强度、低密度和高弹性模量的特点,可以做为塑料、橡胶和树脂等复合材料的补强增韧剂,提高基底材料的抗弯曲强度和抗冲击力。
清华大学科技成果——水热法制备碱式硫酸镁晶须成果简介利用我国丰富的镁资源，依托技术创新开发高附加值的功能性粉体材料是镁盐行业面临的一个共同课题。
本项目通过制备塑料增强材料－碱式硫酸镁晶须为镁盐的高度利用提供一条有价值的处理途径。
此外，我国是一个塑料生产大国，在塑料产品的深加工及增值方面有很大技术潜力和市场空间，制备晶须-塑料高性能复合材料是其中重要的发展方向之一。
晶须是指以单晶形式生长的形状类似短纤维，而尺寸远小于短纤维的针状单晶体，是一种力学性能十分优异的复合材料补强增韧剂。
碱式硫酸镁晶须具有轻质、高韧、耐磨、耐腐蚀等特性，用其制备的复合材料具有强度高、比重小的特点，可用于制备高性能晶须－塑料复合工程材料如高强塑料容器、管材、板材、齿轮、刀具、轴承、滚压设备等，也可用于航空航天及汽车行业，目前国内市场需求是8-10万吨/年。
目前日本类似产品（碱式硫酸镁晶须）的售价为4-6万元/吨。
应用说明清华大学已成功开发出水热合成碱式硫酸镁的实验室技术。
该项技术的主要原料为硫酸镁（500-700元/吨），工艺简单，所需设备大多为常规设备，成本较低（约8000元/吨），具有较强的经济效益和社会效益。
碱式硫酸镁晶须形貌效益分析按年产1000吨中试规模计，成本：<8000元/吨，保守售价20000元/吨，年创产值2000万元，年创利税1200万元。
合作方式技术转让或合作开发，年产1000吨规模，技术开发费：500万，常温反应及配套设备：300万，水热反应及配套设备：800万元，焙烧及配套设备：500万元，其它常规设备费（过滤、干燥、粉碎、包装）：400万元，基建：500万元，其他（管、泵、阀、控制仪表等）：300万元，土地（30亩）：约500万元，不可预见：200万元，总投资：4000万元。
碱式硫酸镁晶须制备技术研究的开题报告题目：碱式硫酸镁晶须制备技术研究的开题报告一、研究背景和意义碱式硫酸镁晶须是一种具有良好催化活性、光电性能及热稳定性的无机纳米材料，具有广泛的应用前景。
目前，碱式硫酸镁晶须的制备方法主要包括水热合成、电沉积法、溶剂热法等，但是这些方法存在着合成时间长、易受外界因素影响等不足之处。
因此，需要探索一种更加高效、简便的制备碱式硫酸镁晶须的方法。
本研究旨在通过深入研究碱式硫酸镁晶须的制备技术，提高其制备效率和性能，为其在催化、光电等领域的应用提供有力支撑。
二、研究内容1. 碱式硫酸镁晶须的常规制备方法分析和比较；2. 探究碱式硫酸镁晶须的结构特性和物理化学性质；3. 基于研究结果，开发一种高效、简便的碱式硫酸镁晶须制备工艺；4. 探究制备工艺对碱式硫酸镁晶须形貌和结构的影响。
三、研究方法1. 文献调研和分析，了解和比较碱式硫酸镁晶须的制备方法；2. 实验室制备碱式硫酸镁晶须，并进行物化性质、结构性质、形貌等方面的表征；3. 综合分析实验结果，优化碱式硫酸镁晶须制备工艺；4. 通过电镜、XRD等测试手段探究制备工艺对碱式硫酸镁晶须形貌和结构的影响。
四、预期成果1. 掌握碱式硫酸镁晶须的制备原理和方法；2. 建立一种高效、简便的碱式硫酸镁晶须制备工艺；3. 研究和分析碱式硫酸镁晶须的结构和性能；4. 提供碱式硫酸镁晶须在催化、光电等领域应用的理论和实践支撑。
五、进度安排1. 继续深入文献调研和分析（1周）；2. 实验室制备碱式硫酸镁晶须及其表征（4周）；3. 综合分析实验结果，优化制备工艺（2周）；4. 探究制备工艺对碱式硫酸镁晶须形貌和结构的影响（2周）；5. 撰写开题报告（1周）。
六、参考文献1. Wang, H., Xu, Z., Wong, K. Y., Lu, Z., & Lee, C. S. (2019). Afacile and rapid synthesis of magnesium hydroxide nanostructure arrays for highly efficient simultaneous removal of heavy metals. ChemicalEngineering Journal, 370, 748-754.2. Zhang, F., Hu, Y., Du, X., Wu, R., & Chen, X. (2017).Preparation of magnesium hydroxide whiskers via a solvent-free method and their flame retardant properties for poly (vinyl alcohol). RSC advances, 7(9), 5038-5043.3. Zhang, L., Wang, H., Wu, Y., & Jin, R. (2014). One-potsynthesis of Mg(OH) 2 vertical whisker-on-flower and its efficient removal of heavy metal ions. Journal of hazardous materials, 280, 623-632.。
苎麻纤维增强复合材料的研究苎麻纤维是一种天然纤维，具有良好的力学性能和环境友好性，近年来得到了广泛的研究和应用。
尤其是在复合材料领域，苎麻纤维被广泛探讨用于增强复合材料的制备。
本文主要综述了苎麻纤维增强复合材料的研究进展。
首先，研究者通过化学处理和物理处理的方法对苎麻纤维进行表面改性，增强其与基体材料的结合力。
常用的表面改性方法包括碱处理、酸处理、酶处理和表面涂覆等。
碱处理是最常用的方法，可以改善纤维表面的润湿性和亲水性，增强纤维与基体材料之间的结合力。
同时，采用物理处理方法如超声波处理、等离子体处理等，可以进一步增强苎麻纤维与基体之间的结合力。
其次，研究者还通过掺杂和复合改性的方法对苎麻纤维进行增强。
通过掺杂其他纤维材料如玻璃纤维、碳纤维等，可以提高复合材料的力学性能和热稳定性。
通过复合改性，将纤维与纳米材料如纳米粒子、纳米管等进行结合，可以提高复合材料的力学性能和导热性能。
此外，还可以通过表面包覆或填充纤维纳米复合材料来改善苎麻纤维的界面性能。
再次，研究者还对苎麻纤维进行了不同制备工艺的研究。
常用的制备工艺包括手工纺纱、喷丝纺纱、湿旋纺纱、水解纺纱等。
这些工艺可以有效提高苎麻纤维的纤维质量和纤维长度，从而提高复合材料的力学性能。
最后，研究者还对苎麻纤维增强复合材料的力学性能和热性能进行了系统的表征和测试。
通过拉伸试验、弯曲试验、冲击试验等方法对复合材料的力学性能进行评价。
同时，通过热重分析、差示扫描量热、热导率测试等方法对复合材料的热性能进行评价。
总的来说，苎麻纤维增强复合材料的研究已经取得了很大的进展。
然而，仍然存在一些挑战和问题需要解决，如纤维与基体的界面黏结强度、纤维的分散性和纤维的表面润湿性等。
未来的研究方向可以进一步探究苎麻纤维的功能化改性、纤维复合材料的制备工艺优化以及复合材料的循环利用等。
碱处理对剑麻连续长纤增强聚丙烯复合材料力学性能的影响汤芬;甘厚磊;邹汉涛;王罗新;易长海【摘要】以丙纶长纤为经纱,剑麻连续长纤为纬纱,织成剑麻/PP平纹机织物.采用不同浓度的氢氧化钠对织物进行碱处理,将处理后的织物与聚丙烯薄板模压成型,制备出剑麻连续长纤增强聚丙烯复合材料.采用SEM对碱处理前后的剑麻纤维形貌进行分析,讨论不同碱处理浓度对复合材料力学性能的影响.结果表明:碱处理对剑麻连续长纤的表面具有刻蚀作用,以及对剑麻连续长纤增强聚丙烯复合材料的动态热机械性能、拉伸性能、弯曲性能均有一定的影响.【期刊名称】《武汉纺织大学学报》【年(卷),期】2011(024)003【总页数】5页(P11-15)【关键词】剑麻连续长纤;聚丙烯;机织物;复合材料;力学性能【作者】汤芬;甘厚磊;邹汉涛;王罗新;易长海【作者单位】武汉纺织大学,纺织与材料学院,湖北武汉430073;武汉纺织大学,纺织与材料学院,湖北武汉430073;武汉纺织大学,纺织与材料学院,湖北武汉430073;武汉纺织大学,纺织与材料学院,湖北武汉430073;武汉纺织大学,纺织与材料学院,湖北武汉430073【正文语种】中文【中图分类】TS102.5近年来，剑麻作为一种可生物降解、循环利用的天然纤维广泛地应用于复合材料的增强材料[1-4]。
而剑麻纤维增强聚丙烯复合材料由于具有密度小、耐热、耐化学腐蚀、低成本和可循环等优点，比其它剑麻纤维增强热固性材料得到了更多的关注，许多学者发表了剑麻纤维增强聚丙烯复合材料的研究论文 [5-11]。
例如，Arzondo等[6]研究了一种低成本、低纤维断裂制备剑麻纤维增强聚丙烯的工艺方法，研究表明MA-g-PP的酸酐基和剑麻纤维的羟基发生酯化反应，有效地提高了纤维-树脂的界面性能，使复合材料的力学性能得到了提高。
Joseph等[7]通过用熔融混合和溶液混合的方法制备了短剑麻纤维增强聚丙烯复合材料，作者通过在混合熔体建立纤维长度分散模型，使复合材料的实验拉伸性能与理论上的拉伸性能做对比，建立了纤维取向的模型。
UPR Π苎麻布Π碱式硫酸镁晶须复合材料Ⅰ———偶联剂处理晶须对复合材料力学性能的影响雷 文,张润之,顾从进,张 超(南京林业大学,江苏南京,210037)摘 要:选用钛酸酯偶联剂NDZ101、NDZ401和硅烷偶联剂KH550、KH570分别对碱式硫酸镁晶须进行预处理,采用模压工艺制备不饱和聚酯树脂Π苎麻布Π碱式硫酸镁晶须复合材料,研究了偶联剂加入比例对复合材料力学性能的影响。
结果表明:除了KH570外,其他几种偶联剂均可保持或提高复合材料的拉伸强度和冲击强度;除了NDZ101之外,其他几种偶联剂均可提高复合材料的弯曲强度,当选用2%的KH550进行处理时,复合材料的弯曲强度最高,达到104178MPa ,较未经偶联剂处理的复合材料的弯曲强度(95118MPa )提高了10109%;利用硅烷类偶联剂处理晶须,对复合材料的拉伸模量、弯曲模量的改善效果优于钛酸酯类偶联剂;偶联剂处理不能改变复合材料脆性断裂的性质。
关键词:不饱和聚酯树脂;苎麻布;碱式硫酸镁晶须;偶联剂;复合材料;力学性能中图分类号:TQ323142 文献标识码:A 文章编号:1002-7432(2007)05-026-05U nsaturated polyester Πramie cloth Πbasic magnesium sulfated whisker composites (I )———E ffect of coupling treatment of whisker on mechanical properties of the compositesL EI Wen ,ZHAN G Run -zhi ,GU Cong -jin ,ZHAN G Chao(N anji ng Forest ry U niversity ,N anji ng 210037,Chi na )Abstract :Titanate coupling agents NDZ101,NDZ401and silane coupling agents KH550,KH570were used to treat basic magnesium sulfated (Mg 2(OH )2SO 4)whisker ,the unsaturated polyester Πramie cloth ΠMg 2(OH )2SO 4whisker composites were formed by compression molding process ,and the effects of the dosages of different coupling agents on the mechanical properties of the composites were investigated.The results showed that in the coupling agents selected ,all the coupling agents except for KH570could maintain or improve the tensile and impact strengths ,all the coupling agents except for NDZ101could increase the flexural strength of the composites ,2wt %KH550could make the composites have the greatest flexural strength which was 104178MPa and increased 10109%from 95118MPa of the composites without being treated by any coupling agent ,si 2lane coupling agents could improve both the tensile and flexural modulus of the composites more than titanate coupling agents and in addition ,coupling agent treatment couldn ′t change the properties of the brittle fracture of the composites.K ey w ords :unsaturated polyester resin ;ramie cloth ;basic magnesium sulfated ;whisker ;coupling agent ;composite ;mechanical property 【收稿日期】2007-04-13【基金项目】江苏省高校自然科学研究项目(06K JDZZ0083)【作者简介】雷文(1967—),男,副教授,博士,硕导,发表论文40余篇,主要研究方向为多相多组分高分子材料、树脂基复合材料。
Email :leiwen67@1631com0 引 言麻纤维具有来源广、可再生、可降解、质量轻、比模量高等优点,利用麻纤维与塑料复合制备的复合材料具有良好的环境友好性,近年来日益受到人们的关注,国内外对此进行了大量的研究[1～4]。
但此类复合材料本身强度、刚度不高,从而局限了其应用范围,只能用于托盘、包装材料、汽车门内装饰板等非承力构件。
因而,如何进一步改善此类复合材料的力学性能,促进其在更大范围内应用一直是人们关心的课题。
在我国,不饱和聚酯(U P )树脂及苎麻纤维的・62・热固性树脂Thermosetting R esin 第22卷第5期Vol 122 No 15 2007年9月Sep.2007年产量均位居世界首位[5],因而在所有麻塑复合材料中,开展U P树脂Π苎麻纤维复合材料的应用研究意义十分重大。
作者曾以碱式硫酸镁晶须填充改性U P树脂Π苎麻布复合体系,研究发现加入晶须有利于提高复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲模量等力学性能,但弯曲强度却会降低[6]。
本文是在以前研究的基础上,选用几种不同的偶联剂对碱式硫酸镁晶须进行预处理,研究偶联剂处理对复合材料力学性能的影响情况。
1 实验部分111 原 料U P树脂,邻苯型,金陵DSM公司;苎麻布21S×21SΠ52×585815″,常州武进苎麻纺织公司;碱式硫酸镁晶须,WS-1,营口威斯克化学有限公司;过氧化甲乙酮(M EKP),浙江黄岩焦坑化工厂;萘酸钴,常州前进化工厂;钛酸酯偶联剂NDZ101,NDZ401,南京曙光化工厂;硅烷偶联剂KH550,KH570,南京康普顿公司。
112 实验设备电子万能实验机,CMT4204,深圳新三思材料检测有限公司;冲击强度实验机,X JJ-5,承德试验机有限公司;电子天平,S124S,塞多利斯公司;扫描电子显微镜,J SM-5900,日本电子公司。
113 试样制备将偶联剂与相关溶剂按一定比例混合后,利用超声波分散均匀,将已烘干的晶须加入其中,搅拌,去除大部分溶剂后,放入真空烘箱中在80℃下真空干燥后冷却至室温,然后按质量比100∶10称量树脂和晶须,在抽真空的同时充分搅拌均匀,加入钴盐促进剂,再次搅拌均匀后,再按比例加入M EKP,搅匀后备用。
按树脂质量的20%准备好一定量的苎麻布,采用模压工艺,在已涂好脱模剂的模具内与上述加入了晶须的U P树脂进行复合,制备复合材料,成型压力0101MPa,室温放置24h,脱模,再将板材70℃下后固化4h,自然冷却至室温后制样。
114 性能测试拉伸性能按G BΠT1447—2005进行,拉伸速率5mmΠmin;弯曲性能按G BΠT1449—2005进行,弯曲速率5mmΠmin;缺口冲击强度按G BΠT1451—2005进行,摆锤能量2J。
每种力学性能各取5根试样进行试验,实验结果取平均值。
样品经真空镀金后,利用扫描电子显微镜观察其表面或断面形貌。
2 结果与讨论211 碱式硫酸镁晶须的微观结构图1为碱式硫酸镁晶须的SEM图片,从图1可以看出,碱式硫酸镁晶须虽然宏观上看属于粉末状,但微观上却是典型的针状纤维晶体,长径比较高,且直径很小,为微米或纳米级。
图1 碱式硫酸镁晶须的SE M图片Fig11 SE M micrograph of Mg2(OH)2SO4whisker212 力学性能21211 拉伸性能不同偶联剂加入比例的复合材料的拉伸强度及拉伸模量值如图2所示。
a-拉伸强度b-拉伸模量图2 偶联剂对复合材料拉伸性能的影响Fig12 E ffects of the contents of the coupling agents on the tensile propertie s of the composite s・72・ 第5期雷 文等:U PRΠ苎麻布Π碱式硫酸镁晶须复合材料 从图2(a )可以看出,使用偶联剂KH570,复合材料的拉伸强度将降低,且使用量越大,下降的幅度越高。
其他3种偶联剂,当它们的使用量分别为晶须质量的2%时,复合材料的拉伸强度基本可以保持不变,或略有下降,但当偶联剂用量为1%或3%时,复合材料的拉伸强度将明显下降。
图2(b )拉伸模量的实验数据反映了另外一个问题,即4种偶联剂的加入比例为2%时,复合材料的拉伸模量均得到不同程度的提高,并且,硅烷类偶联剂(KH550、KH570)提高的效果要优于钛酸酯类偶联剂(NDZ101、NDZ401),在4种偶联剂中,KH550对拉伸模量的改善效果最明显,利用其处理晶须,则所得到的复合材料的拉伸模量为61148GPa ,比未使用偶联剂的复合材料的拉伸模量51629GPa 提高了9122%。
拉伸断裂伸长率实验结果(图3)表明,当偶联剂用量为1%时,除NDZ401外,其他3种偶联剂图3 偶联剂对复合材料拉伸断裂伸长率的影响Fig 13 E ffects of the contents of the coupling agents on the elongations at break of the composite s都可使复合材料的断裂伸长率增大,且硅烷类偶联剂处理的复合材料的断裂伸长率高于钛酸酯类偶联剂的效果,但差别不大。
当偶联剂加入比例为2%时,使用ND101处理,复合材料的拉伸、断裂伸长率最高,达1120%,而KH570处理的复合材料的断裂伸长率最小,仅0178%。
21212 弯曲性能弯曲强度的实验结果(图4a )与拉伸强度并不完全一致。
除了NDZ101外,其他3种偶联剂在选择合适的加入比例后均可提高复合材料的弯曲强度,当选用2%的KH550进行处理时,复合材料的弯曲强度最高(104178MPa ),较未经偶联剂处理的复合材料(弯曲强度95118MPa )提高了10109%。
