海泡石纤维的制备和应用

海泡石在医学与环保等领域的应用

海泡石是一种纯天然的纤维状含水镁质硅酸盐矿物.这种矿物在自然界中并不常见,尤其形

成具有工业开采价值的矿床更为少见,因而是极其珍贵的无机非金属矿产.目前,全世界探明储

量约5000万吨,我国是世界上海泡石储量较大的国家之一,主要分布在江西,湖南和河北省的

涿鹿,遵化等地.

纯净的海泡石多呈白色至浅灰色,颗粒细,有涩感.风化后的海泡石呈土块光泽,新鲜的表

面呈珍珠光泽.目前公认的结构式为Mg(Si12O30)(OH2)4·8H2O.其纤维结构由硅氧四面体和镁

氧八面体组成.这种特殊的连接方式决定了沿纤维延长方向存在着定向孔道且表面多沟槽,使得

其比表面积最高可达800～900m2/g,是目前比表面积最高的天然无机矿物质.海泡石的这种特

殊结构导致了它的三个基本特征——吸附性,流变性和催化性,并因为其安全性和有效性而被广

泛应用于化工,环境保护,医疗,食品加工和保存,养殖业,化妆晶,汽车制造等行业,是一种

非常有前途的环保型天然无机非金属材料.

1 海泡石的特性

1.1 吸附性

海泡石由硅氧四面体和镁氧八面体通过共同顶点相互连接成三维立体的骨架结构,有贯穿整

个结构的沸石孔道和孔隙,是一种十分空旷的多孔性矿物质,类似于沸石分子筛的结构.据前人

测定,它的内外比表面积总共可达900m2/g(一般是指β海泡石,由于在海泡石的表面含有大量的

碱性中心([MgO6])和酸性中心([SiO4]).是一个双中心的表面,具有较强的极性,故优先吸附极性

强的物质.这就为某些物质的富集,干燥或净化提供了新的方法.

1.2 流变性

海泡石的颗粒外形呈不等轴针状,聚集成稻草束状.当遇到水或其它极性溶液时则迅速溶涨

并解散,形成的单体纤维或较小的纤维束无规律地分散成互相制约的网络,并且增大体积.这样

就形成了具有流变性能的高粘度,稳定的悬浮液.其流变性能随浓度,剪切应力,时间,pH值,

海泡石材料应用讨论现状

（海泡石）是一种纤维状镁硅酸盐粘土矿物，在其结构单元中，硅氧四周体与镁氧八面体相互交替，具有层状和链状的过渡特征。海泡石具有独特的理化性能，它的比表面积高（可达800—900m2/g）、孔隙率大，拥有很强的吸附与催化本领。

海泡石的应用领域也非常广泛，而经过提纯、超细加工、改性等一系列处理的海泡石，可作为吸附剂、净化剂、除臭剂、补强剂、悬浮剂、触变剂、填充剂等应用于水处理、催化、橡胶、涂料、化肥、饲料等工业方面。除此之外，海泡石较好的抗盐性能和耐高温性能使其作为钻井优质泥浆原材料应用于石油钻井、地热钻井等方面。

1.吸附剂

目前，讨论最多的是海泡石的吸附应用，可分为化学吸附与物理吸附。如活化处理的海泡石吸附重金属离子的重要形式为离子交换吸附和表面络合吸附，属化学吸附。活化处理海泡石使得其网状孔径变大的同时，其表面更多的酸性羟基暴露。这些羟基和水分子可与重金属离子络合，这种吸附属于表面络合吸附。这些重金属离子同时可与海泡石中的金属离子发生离子交换反应，这种吸附属于离子交换吸附。

经活化的海泡石能有效地去除电镀废水中的Pb2+、Cu2+、Cd2+等重金属离子及水中有害离子。当有多种金属离子共存时，海泡石优先吸附电荷高、半径小的离子，因此当海泡石处理无机盐工业废水时，对Cr3+、Pb2+有很好的吸附作用，可达到净化废水的目的。

海泡石对有机气体的吸附属物理吸附。海泡石表面存在Si—O—Si断键及四周体中Al3+、Fe3+替代Si4+造成的负电位，是一极性表面，气体分子极性越强，与海泡石表面的静电引力也就越大。而有害、有刺激性气味的气体大多是强极性的，因此可将海泡石用来生产除臭滤纸和高效除臭剂。海泡石的这一吸附性能也可将其用作香烟过滤材料。讨论表明，活化海泡石对烟气物质有明显的选择性，对具香味的呋喃非极性物质吸附很少，而对强极性的有毒腈类物质吸附量高。此外，对致癌物质稠环芳烃的过滤效率很高，且可明显降低焦油含量，减轻了卷烟对人体造成的危害，对于生产低焦油型香烟具有紧要意义，同时降低了香烟成本，经济效益相当可观。

第３４卷第５期　２０１１年９月　非金属矿　Ｎｏｎ—Ｍｅｔａｌｌｉｃ　Ｍｉｎｅｓ　ＶＯ１．３４　Ｎｏ．５　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０　１　Ｉ　海泡石纤维在新型高摩擦因数合成闸瓦中的应用　裴顶峰　张国文　党佳　贺春江　赵学宏　刘占峰　裴腾辉　（１中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京１０００８１；２丰台西车辆段，北京１０００７０；３河北辛集腾跃有限公司，河北辛集Ｏ５２３６Ｏ）　摘　要利用ｌ：３制动动力台、万能材料试验机等测试手段，以高摩擦因数合成闸瓦的传统配方为基础，研究了不同性能的海泡石纤维对　合成闸瓦摩擦磨损性能与物理力学性能的影响。结果显示，不同性能的海泡石纤维对合成闸瓦的硬度、压缩模量没有显著影响，而在摩擦性能方　面均能提高合成闸瓦的耐速性，使合成闸瓦的摩擦因数与速度曲线集中，从而提高车辆的制动平稳性。其中干容积大、沉淀值高的海泡石不仅能　提高合成闸瓦的冲击性能和压缩强度，还能提高合成闸瓦的摩擦因数，但会导致合成闸瓦的磨耗量增大。　关键词　高摩擦因数合成闸瓦海泡石摩擦性能　中图分类号：Ｕ２６０．３５＂１；ＴＤ９８５文献标识码：Ａ　Ａｐｐｌｙ　Ｓｅｐｉｏｌｉｔｅ　Ｆｉｂｅｒ　ｔｏ　Ｎｅｗ　Ｈｉｇｈ　Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｂｒａｋｅ　Ｓｈｏｅ　Ｐｅｉ　Ｄｉｎｇｆｅｎｇ　Ｚｈａｎｇ　Ｇｕｏｗｅｎ　Ｄａｎｇ　Ｊｉａ　Ｈｅ　Ｃｈｕｎｊｉａｎｇ　Ｚｈａｏ　Ｘｕｅｈｏｎｇ　Ｌｉｕ　Ｚｈａｎｆｅｎｇ　Ｐｅｉ　Ｔｅｎｇｈｕｉ。　（１　Ｍｅｔａｌ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙ　ｏｆＲａｉｌｗａｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８１；２　Ｔｈｅ　Ｗｅｓｔ　ｏｆＦｅｎｇｔａｉ　ＶｅＮｃ￣ｓ　Ｄｅｐｏｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００７０；　３　ＨｅｂｅｉＸｉｎｊｉＴｅｎｇｙｕｅ　ｈｌｄｕｓ缸ａ１Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｘｉｎｊｉ，Ｈｅｉｂｅｉ　０５２３６０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｂｒａｋｅ　ｓｈｏｅ　ｆｏｒｍｕｌａ，ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　１：３　ｂｒａｋｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ，　ｔｈｅ　ｌｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｓｅｐｉｏｌｉｔｅ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｂｒａｋｅ　ｓｈｏｅ　ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｓ　ｔｈａｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｓｅｐｉｏｌｉｔｅ　ｆｉｂｅｒ　ｈａｄ　ｎｏ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｍｏｄｕｌｕｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｂｒｅａｋ　ｓｈｏｅ，ｗｈｉｌｅ　ｉｔ　ｔｈａｔ　ｃａｎ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｓｐｅｅｄ，ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｂｒａｋｅ　ｓｈｏｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎｄ　ｓｐｅｅｄ　ｃｕｒｖｅ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．　Ｔｈｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｖａｈｅ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｖｏｌｕｍｅ　ｓｅｐｉｏｌｉｔｅ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｂｏｏｓｔｅｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｂｒｅａｋ　ｓｈｏｅ　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ａｔ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ａｂｒａｓｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｈｉｇｈ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｂｒｅａｋ　ｓｈｏｅ　ｓｅｐｉｏｌｉｔｅ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　海泡石纤维是一种富铝硅酸盐矿物纤维，一般　呈纤维状集合体，多为白色或淡黄色，由于其良好的　耐热性、足够的强度和吸附性，在摩擦材料中作为增　强纤维使用。新型高摩擦因数合成闸瓦作为提速、　重载货车的制动配件，从２００１年开始已经在全路推　广使用，作为其型号之一的ＨＧＭ—Ｂ型合成闸瓦中，　海泡石纤维是作为耐热补强体系使用。近期的现场　调研和抽样检测显示，各工厂该类型产品质量存在　差异　。】。为此，本实验对工厂使用的耐热补强体系　海泡石进行了系统研究，结果显示，海泡石纤维对高　摩擦因数合成闸瓦的性能有显著影响，需要各工厂　进一步根据海泡石性状完善产品质量，以满足重载、　提速车辆的制动要求，保证车辆运行的安全可靠。　１　实验部分　１．１　原材料　热塑性酚醛树脂２１２３，沈阳密封摩擦　材料厂；丁腈橡胶２６，兰州化学工业公司；石墨，型号　Ｌ．１８５，含碳量＞／８５％，山东南墅；铝矾土，氧化铝含量　≥７Ｏ％，细度１５０目以上，山西阳泉；还原铁粉，铁含　收稿日期：２０１１－０７－２２　量／＞９５％，细度１００目以上，山西阳泉；钾长石粉，细　度１００目以上，氧化钾含量大于７％，山东新泰长石　矿；沉淀硫酸钡，细度１００目，河北辛集化工材料厂；　海泡石，河北辛集腾跃科技有限公司提供，一般工业　用纤维状海泡石，其中海泡石含量大于５５％、水分小　于３．０％、含沙量小于３．０％、烧失量小于２４％，分为　Ａ、Ｂ、ｃ　３种型号；其它辅料，市售。　１．２　设备和仪器双辊炼胶机，ＸＫ－４００，无锡橡胶四　厂；四柱液压机（带模具），２００　ｔ，南通液压机械厂；冲　击试验机，ＸＣＪ３９２３，承德试验机厂；洛氏硬度计，上　海材料试验机厂，ＸＨＲ－１５０塑料洛氏硬度；电子万能　试验机，ＣＳＳ．１１１０Ｃ，西安材料试验机厂；电光分析天　平，上海光学仪器厂；１：３制动动力试验台，中国铁　道科学研究院。　１．３合成闸瓦的制备　１．３．１　合成闸瓦的配方：合成闸瓦的基础配方，见表　１。　表１　合成闸瓦的基础配方　材料名称树脂橡胶石墨铝矾土钾长石硫酸钡铁粉海泡石其它　质量分数　８～１２　１０　５～９　１．５　１３￣１８　２０￣２５　１４￣２２　１４　１．５　．．７９．．

技术与市场　援恭硼｝发　第１７卷第６￣２０１０年　

碳纳米纤维的制备及应用　

乔　辉　杨　笑　魏金柱　

江南大学生态纺织教育部重点实验室　江苏无锡２１４１２２　

摘要：本文介绍了碳纳米纤维的主要制备方法。包括化学气相沉积法、静电纺丝法及固相合成法等。并讨论了碳纳　

米纤维在复合材料、锂离子电池负极材料、纳米电子器件、储氢材料等方面广阔的应用前景。　关键词：碳纳米纤维静】备方法应用　

ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１０．０６．００５　

１．前言　２．１．１热化学气相沉积法　

碳纳米纤维（Ｃａｒｂｏｎ　Ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ简称ＣＮＦｓ）是由多层石墨　按催化剂加入或存在的方式不同，可将热化学气相沉积法　

片卷曲而成的纤维状纳米炭材料，它的直径一般在１０　ｎｍ一５００　分为以下几种：基体法、喷淋法和气相流动催化法。　

ａｍ，长度分布在０．５　ｍ～１００　ｍ，是介于纳米碳管和普通碳纤　１）基体法　

维之间的准一维碳材料，具有较高的结晶取向度、较好的导电　基体法是在陶瓷或石墨基体上均匀散布纳米催化剂颗粒　

和导热性能。碳纳米纤维除了具有化学气相沉积法生长的普　（多为Ｆｅ、ｃｏ、Ｎｉ等过渡金属），高温下通入烃类气体热解，使之　

通碳纤维低密度、高比模量、高比强度、高导电、热稳定性等特　分解并析出碳纳米纤维。基体法可制备出高纯碳纳米纤维，但　

性外，还具有缺陷数量少、长径比大、比表面积大、结构致密等　超细催化剂颗粒制备困难，一般颗粒直径较大，较难制备细直　

优点。它是一种高性能纤维，既具有碳材料的固有本征，又兼　径的碳纳米纤维，此外，碳纳米纤维只在喷洒了催化剂的基体　

备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民两用新材料，已广　上生长，因而产量不高，难以连续生长，不易实现工业化生产。　

泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等各　２）喷淋法　

领域。　喷淋法是将催化剂混于苯等液态有机物中，然后将含催化　

２．碳纳米纤维的制备　剂的混合溶液喷淋到高温反应室中，制备出碳纳米纤维。该方　碳纳米纤维的制备方法有很多，主要包括化学气相沉积　法可实现催化剂的连续喷人，为工业化连续生产提供了可能，