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常见的无机晶须材料及其应用中国粉体技术网晶须是由高纯度单晶生长而成的微纳米级的短纤维。
其机械强度等于邻接原子间力产生的强度。
晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率，而且还具有电、光、磁、介电、导电、超导电性质。
氧化锌晶须氧化锌晶须（ZnOw）按结构形态不同可分为针状晶须和立体四针状晶须。
前者与其他针状晶须一样，主要用作复合材料的增强剂；后者因为结构独特，除用于增强外，还可用于制备功能性复合材料。
氧化锌晶须由于其独特的立体四针状结构，可各向同性地改善材料的力学性能，如抗拉、抗弯曲和耐磨性能；同时由于ZnOw 的耐高温性、导热性和低膨胀系数，能提高材料在高温下的化学和尺寸稳定性。
含20%（vol）氧化锌晶须改性的POM、尼龙-66、PBT 树脂，它们的拉伸强度、弯曲强调、弯曲模量、缺口冲击强度、热变形温度均有很大的提高，而线膨胀系数和成型收缩率则有大幅度的降低，在应用中取得了良好的效果；ZnOw 的体积电阻率小于50Ω/cm，又具有高的真实密度（5.8g/cm3），低的堆集密度（0.01-0.5g/cm3），因而它能赋予其复合材料具有吸声、减振和抗振性能，可用于音频机。
另外，ZnOw 具有抗菌、吸收紫外线及红外线的作用,已证明ZnOw树脂基复合材料对大肠杆菌、金色葡萄球菌、铜录假单胞菌等菌种杀灭率达99%。
将ZnOw 加入塑料、橡胶、涂料中,可以制成抗菌冰箱、电话、食品袋和地板等。
ZnOw 还可以应用在原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM）探针等方面。
氧化锌晶须用于橡胶等高分子材料还有增加强度、提高抗冲击能力和分散热量的功能。
氧化锌晶须/橡胶复合材料可用于土木建筑、机械结构、铁路轨道、交通运输等领域用于减振降噪材料中。
北京工商大学温变英等以乙烯-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（POE-g-GMA）为增容剂，利用熔融共混法制备了聚丙烯（PP）/POE-g-GMA/四针状氧化锌晶须（T-ZnOw）复合材料，借助于SEM、DSC 和其他测试手段对复合材料的结构和性能进行了考查。
晶须在材料中的应用1.用于陶瓷基复合材料随着科学技术的发展, 人们对于耐高温、耐腐蚀、耐磨材料的要求越来越高。
众所周知, 陶瓷配料具有强度高、耐磨、抗腐蚀及耐高温的特性, 但它有一个致命的弱点就是脆, 易碎。
因而对其进行增韧改性是十分必要的。
在所有的增韧改性方法中, 利用晶须增韧改性效果最为显著。
2. 用于金属基复合材料金属基复合材料是以金属或合金为基体与各种增强材料复合而制得的复合材料。
具有高强度、高模量、耐高温、不燃、不吸潮、导热导电性好、抗辐射等特性。
是令人注目的航空航天用高温材料, 可用作飞机涡轮发动机和火箭发动机热区和超音速飞机的表面材料。
晶须在金属复合材料中主要起强化作用, 会使金属材料得到良好的耐磨性和较低的膨胀率。
3. 用于高分子材料对高分子材料结构的控制和改性, 可获得不同特性的高分子材料。
使用晶须对其进行改性是最好的一种。
张林栋等研究表明, 经过表面改性后的碱式氯化镁晶须, 表面极性发生了改变, 加大了与聚氯乙烯的亲和力, 得碱式氯化镁晶须的分散性很好, 得到的碱式氯化镁晶须聚氯乙烯材料易辊炼、易塑化、不粘辊、表面光洁度高、加工性能好,拉伸强度和冲击强度都有所提高。
4.用于功能复合材料功能复合材料作为一种新材料, 有着广阔的应用领域和诱人的发展前景, 可以分为磁功能、电功能、光功能、热功能、摩擦功能、阻尼功能、防弹功能、抗辐射功能等功能复合材料。
5. 用于阻热防火材料随着我国各个行业的迅猛发展, 对各种建筑( 工业、商业、民用等)的要求越来越高, 而各种建筑中必然要用到大量的建筑材料, 而其中大部分为木材和易燃材料, 这就必须考虑使用防火阻燃材料来减少火灾发生的可能性。
要得到比普通防火阻燃材料效果更好的材料, 可以向普通防火阻燃材料中添加晶须来增强其各种性能。
6.用于造纸等其它材料随着人们对纸张的要求越来越高, 需求量越来越多, 要求纸张质量高、价格低等。
为了满足要求, 选择晶须作为纸浆的填料生产高质量晶须已成为一种明智之举。
晶须及其应用的研究第一章：综述1.1 引言随着现代高科技的迅速发展，复合材料的优异性能越来越引起世界各国的高度重视。
晶须作为制备陶瓷基复合材料、金属基复合材料和聚合物基复合材料的主要补强增韧剂之一，新型复合材料的高速发展在很大程度上推动了各种晶须材料的研发。
1574年，Erker L.在铜和银的硫酸矿表面发现了毛发或胡须状物质。
1661年，BoyleR.比较了石块和玻璃上的银晶须的生长。
1952年美国Bell电话公司Herring C. 和GaltJ.R.首次在实验室测定了Sn晶须的强度，发现其强度远远大于普通金属Sn的强度，接近理论强度。
此后，晶须渐渐被人们所关注，有关晶须制备和应用的研究工作逐步开展。
有关晶须的研究主要经历了晶须的制备和应用研究两个阶段，20世纪40年代至60年代，材料科学家大都致力于多种晶须的生长、制备方法及生长机理的研究，但此阶段晶须的研究由于受到制备工艺条件苛刻及晶须产品成本高的限制，仅停留在实验室研究。
随着β-SiC晶须的问世，20世纪70年代晶须的研发才进入应用阶段，此阶段开展了许多晶须增强增韧复合材料方面的研究工作，但价格问题一直阻碍着晶须的广泛应用。
直到20世纪80年代初，美国和日本才实现了大规模生成β-SiC晶须及其它许多晶须新品种，但这些晶须主要还只是用于军事和航空航天等特种行业。
20世纪80年代初期，我国开始对晶须进行初步的研究，起步较晚，但也取得了一定的成绩。
迄今为止，已经开发了100多种不同的晶须。
晶须的应用主要是作为复合材料的增强增韧剂。
晶须增强的研究工作最初是以金属实现的。
20世纪80年代，晶须增强、增韧复合材料机理的研究取得了深入发展，日本、美国走在了前列。
国内的研究起步虽晚，但也取得了较大的成就，如晶须增强金属基复合材料的研究、晶须增强陶瓷基复合材料的研究、晶须增强塑料橡胶复合材料的研究等。
晶须增强增韧复合材料，既能保留基体材料的特点，又能通过晶须的增强、增韧作用改善基体材料的力学性能。
粉体材料的高端形态——晶须型材料的特点及应用
晶须是指以单晶形式生长的形态类似于纤维或者针状物，尺寸远小于短纤维的须状单晶体。
晶须可由金属、氧化物、碳化物、无机盐类、石墨、有机聚合物等多种可结晶原材料，在人为控制下以单晶形式生长而成。
由于晶须在结晶时原子结构排列高度有序，故不存在能够削弱晶体的较大缺陷（例如：空洞、位错、结构不完整等晶体缺陷）。
这种特性是的晶须强度接近材料原子间价键的理论强度，远超过目前大量使用的各种增强剂。
晶须早期的工业化产品价格及其昂贵，从而限制了它的应用。
直至较廉价的钛酸钾晶须问世后，晶须的应用才有所突破。
之后又有硫酸钙晶须、碳酸钙晶须等晶须材料开发成功，晶须的应用开始普及。
在已合成的近百种晶须中，普及工业化生产的仅SiC、Si3N4、TiN、
Al2O3、钛酸钾、硫酸钙、莫来石等少数几种。
下面给读者介绍几种常见晶须型粉体材料的特点及其应用。
1、钛酸钾晶须
近年来钛酸钾晶须在制造成本上取得了较大突破，加之其性能十分优异而愈来愈受到关注。
目前，钛酸钾晶须的应用已覆盖复合材料增强剂、摩擦材料、绝缘材料、触媒载体等众多领域。
钛酸钾晶须通常用K2O•nTiO2表示其组成，n=1，2，4，6，8，它们在结构和性能上差异显著，其中以
n=4，6，即四钛酸钾和六钛酸钾晶须在实用价值最大，四钛酸钾具有良好的化学活性；六钛酸钾具有优良的力学和物理性能、稳定的化学性质、优异的耐腐蚀性、耐热隔热性、耐磨性、润滑性、高的电气绝缘性，还具有红外线反射率高、高温下导热系数极低、硬度低的特点。
目前钛酸钾晶须。
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。
无机晶须（Whisker）是一种具有一定长径的纤维状晶体，具有优良的力学性能、化学稳定性以及再生性能等，被称为二十一世纪的补强材料，在工程塑料、涂料及隔热、绝缘材料等领域具有广泛的应用，开发利用前景广阔。
1无机晶须的制备方法[1-2]目前，晶须材料主要分为有机晶须和无机晶须两大类。
有机晶须主要有纤维素晶须、聚丙烯酸丁酯-苯乙烯晶须、聚4-羟基苯甲酸酯（PHB）晶须等几种类型，在聚合物中应用较多。
无机晶须主要包括非金属晶须和金属晶须两类，其中在聚合物材料中应用较多的是非金属晶须，金属晶须主要用于金属基复合材料中。
非金属晶须中的陶瓷质晶须的强度和耐热性优于金属晶须，是无机晶须中较为重要的一类。
它主要包括炭化硅晶须、氮化硅晶须、莫来石晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化锌晶须、氧化镁晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须以及镁盐晶须等。
晶须的制备方法很多，不同的晶须可用不同的方法制备，就是同一种晶须也可用不同的方法制备，若从一般的化学反应状态来分，不外乎气相法、液相法和固相法，气相法中被采用的有蒸发-凝聚法和化学气相法，液相法中通常采用低温蒸发、电解、晶化、添加剂、化学沉淀、胶体、高温熔体等方法，固相法中常用应力诱导和析出法。
1.1气相制备气相制备还可进一步细分为物理气相沉积和化学气相沉积。
物理气相沉积通常是将材料在高温区气化，然后把气相导入温度较低的生长区，以低的过饱和条件凝聚并生长成晶须。
此法可用于熔点较低的金属和金属氧化物，如锌、镉、氧化镁、氧化锌等金属晶须的制备。
化学气相沉积是将金属或者氧化物材料在潮湿的氢气、惰性气体或空气中加热，使其被氧化或者与气体反应，再在温度较低的区域生长成晶须。
此法常用于氧化物晶须、氮化物晶须以及碳化物晶须等的制备。
1.2从溶液中制备从低温水溶液中制备晶须的方法与生长单晶的方法类似，主要是使溶液达到过饱和，从而实现晶须的生长。
水热法制备晶须是目前较为活跃的研究领域。
水热法是在特制的密闭反应容器（高压釜）里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并反应，以制得晶须。
若干无机盐晶须的研究状况与展望随着科学技术的不断发展，无机盐晶须已经成为各领域研究的热点。
无机盐晶须是一种多系分子具有特定拓朴结构，由具有若干无机盐组成的复合晶体，它可以用来制造多种用途的材料，比如离子交换树脂，活性炭，分子筛，以及用于精细化工的组分。
它们的吸附性能、比表面积以及离子导电性可以在一定程度上改变，使它们具有更多的功能和应用。
国内外研究人员关于若干无机盐晶须的研究已经取得了不少进展。
研究表明，改变各组分量可以影响晶须的结构，从而改变它们的物理性质。
研究者们可以通过控制其组成成分的比例来调整其功能性质。
例如，可以调控晶须的疏水性或磁性等特性，以达到特定的功能目的。
此外，除了可以调控晶须的性质，也可以通过改变晶须的结构，来提高其它性能指标。
在经济、营销等方面，若干无机盐晶须也在不断发展，满足各种应用需求。
在生物医药领域，无机盐晶须可以用来制造多种药物，改变药物的活性程度和吸收性等。
在环境保护领域，可以利用无机盐晶须的离子交换和吸附性能，来处理环境污染物、细菌和有毒物质等。
此外，若干无机盐晶须还可以应用于新能源器件的制造，如太阳能电池、燃料电池等。
在高分子材料的制造过程中，也可以利用无机盐晶须的改变化学结构、改变分子结构、改变光发射性能等优势，来调整高分子材料的特性。
总之，若干无机盐晶须有着广泛的应用前景，开展相关研究工作，可以为科学技术发展带来突破性进展。
未来，研究者们应该加强研究，探索晶须的其他性质，尽可能提高立体结构的多样性，丰富其应用范围，以期取得更大的成效。
本文介绍了若干无机盐晶须的研究状况和发展前景，并且指出未来可能的应用。
它蕴含着巨大的科学技术潜力，有望在未来推动科学技术发展，为人类社会带来更多惊喜。
硫酸钙晶须在环氧树脂中的应用1. 应用背景环氧树脂是一种常见的热固性树脂，具有优异的机械性能、耐化学腐蚀性和耐高温性。
然而，由于其低拉伸强度和韧性较差，限制了其在某些应用领域的使用。
为了改善环氧树脂的力学性能，提高其抗冲击强度和抗裂纹扩展能力，研究人员引入了硫酸钙晶须作为增强剂。
硫酸钙晶须是一种无机纳米材料，具有很高的比表面积和纤维形态的特点。
它可以通过化学合成或物理方法制备得到。
由于硫酸钙晶须具有优异的力学性能、热稳定性和化学稳定性，被广泛应用于增强材料中，尤其在环氧树脂中的应用逐渐受到重视。
2. 应用过程硫酸钙晶须在环氧树脂中的应用过程主要包括硫酸钙晶须的制备和环氧树脂复合材料的制备。
2.1 硫酸钙晶须的制备硫酸钙晶须可以通过化学合成或物理方法制备得到。
2.1.1 化学合成法化学合成法是一种常用的制备硫酸钙晶须的方法。
具体步骤如下： 1. 将适量的硫酸钙溶液加入反应容器中。
2. 在搅拌条件下，缓慢滴加氨水溶液。
3. 在适当的温度和pH值下，保持反应一段时间。
4. 将反应产物进行分离、洗涤和干燥，得到硫酸钙晶须。
2.1.2 物理方法物理方法是另一种常用的制备硫酸钙晶须的方法。
具体步骤如下： 1. 将适量的碳酸钙粉末放入高温炉中。
2. 在高温条件下，将碳酸钙粉末加热至熔融状态。
3. 快速冷却并拉伸熔融状态下的碳酸钙，形成纤维状的硫酸钙晶须。
2.2 环氧树脂复合材料的制备在制备环氧树脂复合材料时，硫酸钙晶须可以直接添加到环氧树脂体系中，或者通过预处理方法将其与环氧树脂进行表面改性。
2.2.1 直接添加法直接添加法是一种简单、快速的制备环氧树脂复合材料的方法。
具体步骤如下： 1. 将硫酸钙晶须加入到已经配制好的环氧树脂中。
2. 在搅拌条件下，将硫酸钙晶须均匀分散在环氧树脂中。
3. 根据需要，可以加入其他助剂和填料，如固化剂、增塑剂等。
4. 将混合物倒入模具中，并进行热固化。
2.2.2 表面改性法表面改性法是一种提高硫酸钙晶须与环氧树脂之间相容性和界面结合强度的方法。
聚丙烯/无机晶须复合材料的制备及性能研究博士生战美秋导师张万喜绪论1.1聚丙烯的结构与性能1.1.1聚丙烯晶型等规聚丙烯（iPP）是一种多晶型聚合物，常见的晶体形态主要有α、β、γ和近晶相等4种主要晶型[1-2]。
α晶型属单斜晶系，它最为常见、在热力学上也最稳定，在一般的加工条件下以α晶型为主；β晶型属六方晶系，它在热力学上不太稳定，高含量的β晶体只有在一定的结晶条件下才可以生成(如选取合适的剪切力、温度梯度场或加入高效β晶型成核剂等)；γ晶型属三斜晶系，一般在低分子量PP、含有乙烯链段的聚丙烯无规共聚物及茂金属PP中可见，但对相对分子量较大的聚丙烯，只有在高压等特定条件下结晶才可获得；近晶相为不稳定的相态(即亚稳相)，当聚丙烯熔体在淬冷过程中结晶时最为常见。
其中，最有价值且应用最广的为α晶型与β晶型聚丙烯(即α-PP与β-PP)。
1.1.2聚丙烯结晶聚丙烯属于半结晶树脂，一般认为PP的结晶过程主要受如下因素影响：(1)、PP的自身结构：主链的对称结构有利于结晶，相对分子质量较低可增加大分子的柔顺性，也利于结晶的进行。
另一方面，链支化或大侧链的存在会妨碍PP的结晶。
(2)、晶核的存在：均相成核一般速度慢，晶核少，晶粒大，物理机械性能差。
与均相成核相比，借助成核剂或其他杂质作为晶核的异相成核过程可大大提高PP树脂的结晶速度，增大其结晶度并使晶粒尺寸微细化并均匀分布。
(3)、结晶时过冷度：过冷度越大即T m与T g的差值愈大，PP的结晶过程可能会因为冷却速度过快而冻结[3]。
1.1.3α晶型和β晶型聚丙烯的性能等规聚丙烯结晶主要有α型和β型两种球晶，即α晶型聚丙烯与β晶型聚丙烯(即α-PP与β-PP)，也是最有应用价值的两种聚丙烯[4]。
α型晶体为单斜晶系，熔点为167o C，密度为0.936g/cm3，每个晶胞有4个3/1螺旋，晶体结构比较致密完整，属于热力学稳定的晶体。
对α晶体的研究表明，其主要是从中心沿径向放射性生长，形成球晶。
镁盐晶须防火上的应用晶须是一种针状单晶体材料，晶须是以无机物（金属、氧化物、碳化物、氮化物、无机盐类、石墨等）和有机聚合物等中的可结晶物为原材料，通过人为控制，以单晶形式生长的形状类似于短纤维，而尺寸远小于短纤维的须状单晶体。
其直径极小，是亚微米和纳米级尺寸长度为几微米至数百微米。
在单晶体中有高度有序的原子排列结构，几乎没有多晶材料中存在的各种缺陷。
由于其晶体结构十分完整，使其具有惊人的力学强度，作为塑料、涂料和陶瓷等材料的改性添加剂，显示出极优良的物理化学性质和优异的机械性能。
1晶须材料特点1.1晶须的分类从1948年美国贝尔电话公司的科学家首次发现晶须以来，迄今为止材料学家们研究开发出了数百种晶须，有金属、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物以及无机盐等类晶须。
晶须材料可分为有机晶须和无机晶须两大类。
其中有机晶须主要有纤维素晶须、聚（丙烯酸丁酯-苯乙烯）晶须、聚（4-羟基苯甲酸酯）（PHB）晶须等几种类型，在聚合物中应用较多。
无机晶须主要包括非金属晶须和金属晶须两类，其中在聚合物材料中应用较多的是非金属晶须，金属晶须主要用于金属基复合材料中。
非金属晶须中的陶瓷质晶须的强度和耐热性优于金属晶须，是无机晶须中较为重要的一类。
它包括炭化硅晶须、氮化硅晶须、莫来石晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化锌晶须、氧化镁晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须和镁盐晶须等。
而能应用于阻燃防火场合的多是此类晶须。
1.2晶须的性质特点（1）很高的断裂强度和弹性模量。
晶须作为细微的单晶体，内部结构十分完整。
具有非常坚韧的性质，其抗张强度为玻璃纤维的5-10倍。
晶须能弹性地承受较大的应变而无永久变形，晶须经4%的应变还在弹性范围内，不产生永久形变，而块状晶体的弹性变形范围却小于0.1%。
（2）晶须的耐高温性。
晶须具有不会引起高温滑移的完整性，温度升高时，晶须不分解、不软化，其强度几乎没有损失。
所以这个特性使其在防火材料中的应用成为可能。
综述与专论无机晶须在聚合物中的应用孟季茹 赵 磊 梁国正 贾巧英(西北工业大学化学工程系,陕西西安,710072)摘 要 本文针对无机晶须的各种优异性能,对钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化锌晶须、镁盐晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须等在聚合物中用于增强、增韧及提高耐磨性、耐热性,改善电性能、减振抗冲、隔音以及改善加工性能等方面的情况进行了详细的综述。
关键词 晶须,聚合物,增强增韧,耐热,耐磨,电性能,减振The applications of inorganic whiskers in polymersM eng Jiru Zhao Lei Liang Guozheng Jia Qiaoying (Department of Chem ical Eng ing eering ,Northwestern PolytechnicalUniversity,Xi .an ,Shanxi 710072)Abstract Some inorg anic whiskers such as potassium titanate,aluminum borate,zinc ox ide,magnesiumhydrox ide sulfate hydrate,calcium sulfate,calcium carbonate,and so on,and their applications in reinforcing and toughing poly mers,improving wearable resistance,thermal,electrical properties and the pr ocessibility of the mater-i als,and decreasing vibr ation w ere review ed in detail.Key words whisker,polymer,reinforcement and toughness,thermal property ,w ear able r esi stance,elec -trical property,decrease of v ibration晶须是以无机物(金属、氧化物、碳化物、卤化物、氮化物、无机盐类、石墨等)和有机聚合物等中的可结晶物为原材料,通过人为控制,以单晶形式生长的形状类似于短纤维,而尺寸远小于短纤维的须状单晶体。
由于晶须在结晶时原子结构排列高度有序,使其内部存在的缺陷很少,因而它的强度接近于材料原子间价键的理论强度,远超过目前大量使用的各种增强剂[1]。
晶须的工业化虽已有近40年的历史,但它被大量应用却较晚,以80年代相对廉价的钛酸钾晶须在日本的问世为标志。
随后相继开发了硫酸钙、碳酸钙、硼酸铝、氧化锌等晶须。
虽然截止目前为止,已合成约近百种晶须,但投入工业化生产的仅有SiC 、Si 3N 4、T iN 、Al 2O 3、钛酸钾、碳酸钙、硫酸钙、氧化锌等一些少量品种。
1 晶须的主要品种晶须可分为有机晶须和无机晶须两大类。
其中有机晶须主要有纤维素晶须、聚(丙烯酸丁酯-苯乙烯)晶须、聚(4-羟基苯甲酸酯)(PHB)等几种类作者简介:孟季茹,女,1975年生,西北工业大学化学工程系高分子材料专业在读博士生,主要从事高性能高分子材料及复合材料的研究工作,已发表论文30余篇。
第29卷第12期化工新型材料V ol 129N o 1122001年12月N EW CHEM ICAL M AT ERIAL SDec 12001型,在聚合物中的应用较多。
无机晶须主要包括陶瓷质晶须、无机盐晶须和金属晶须等,其中在聚合物中应用较多的应属前两类,金属晶须主要用于金属基复合材料中。
表1为一些常见晶须的主要性能。
表1几种主要晶须的性能晶须密度/(g/cm3)直径/L m长度/L m抗拉强度/GPa弹性模量/GPa莫氏硬度热膨胀系数/(10-6/e)熔点/e耐热性/e SiC31180105~75~20021490941026901600 S i3N4312011~1165~2001438031019001700 K6T i13O6313011~11510~1007280461813701200 Al18B4O332193015~110~208400741219501200 ZnO517852~3001035044101720M gO316310~10200~3001~8131528502800 Al2O33196214302040CaSO421691~4100~20020151783~41450Kevlar1145459~134500CF1174311230450GF216021770750111陶瓷质晶须陶瓷质晶须的强度和耐热性优于无机盐晶须和金属晶须,是无机晶须中较为重要的一大类。
它包括SiC晶须、Si3N4晶须、莫来石晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、ZnO晶须、M gO晶须等[2]。
11111SiC晶须作为增强材料的碳化硅晶须,是由碳化硅纤维与氧化铝粉末经过混合、烧结制得的,也可采用稻壳制备。
碳化硅晶须有A型和B型之分,但一般工业中多使用B型SiC晶须。
SiC晶须的弹性模量、强度、硬度比许多其它晶须要高,且有更好的化学稳定性,更优良的耐磨、耐蚀及抗高温氧化性,堪称/晶须之王0。
但SiC目前主要应用于金属基复合材料,在聚合物基复合材料中的应用相对甚少,且SiC晶须的价格昂贵,限制了它的应用。
11112钛酸钾晶须钛酸钾晶须首先是由美国杜邦公司于1958年开发的,它的性能随着组成的变化而不同。
其中四钛酸钾K2014TiO2具有很好的化学活性;六钛酸钾K2016TiO2具有优良的力学性能、物理性能,稳定的化学性质,优异的耐腐蚀性、耐热隔热性、耐磨性、润滑性,高的电气绝缘性,并具有红外反射率高,高温下导热系数极低,硬度低等特点,因而这两种钛酸钾晶须的实用价值最大,应用最多。
与其它晶须相比,钛酸钾晶须的强度和模量相对较低,但因其价格极为低廉、制成的复合材料易加工,因而被广泛应用于聚合物基复合材料中。
11113硼酸铝晶须硼酸铝晶须的组成式为xAl2O31yB2O3,其种类根据x和y值的不同而不同。
最为常见有三种形态: x=9,y=2;x=2,y=1;x=1,y=1。
工业化的硼酸铝晶须主要是指第一种形态的晶须,该类晶须主要是由人工制备。
第二种形态同样也是人工产品,而第三种形态存在于天然矿物中。
硼酸铝晶须是一类新兴的无机晶须,它具有较高的性能价格比。
硼酸铝晶须的性能优点主要表现在以下几个方面:(1)其弹性模量高于SiC、Si3N4晶须,用它制的铝基复合材料的强度、模量、热膨胀系数等均可与SiC、Si3N4的铝基复合材料相媲美;(2)它的抗张强度高于钛酸钾晶须;(3)尺寸小,直径015~1L m,长度10~30L m;(4)硬度相对SiC、Si3N4晶须要低;(5)耐热性较高,与钛酸钾晶须相当;(6)含有较高的氧化铝,与金属,特别是铝的共价性好,广泛应用于铝基复合材料中;(7)其价格仅为SiC晶须或Si3N4晶须价格的1/10~1/30左右。
此外硼酸铝晶须具有优异的耐磨减磨性能、耐火阻燃性等,具有较大的应用前景[3]。
11114ZnO晶须ZnO晶须的研究工作始于80年代后期,它有针状和多角状两大类。
但一般晶须都是一维线形针状体,主要用作复合材料增强体;ZnO晶须的形状则不同,它为立体四针状单晶体。
因此,ZnO 晶须也具有其独特的性能。
多角状ZnO晶须具有#2#化工新型材料第29卷半导体性质,用其增强的树脂基复合材料可用于要求导电或电磁屏蔽的电子元器件上。
同时,利用ZnO晶须的高比重特点,可制造减震、抗振性优良的复合材料,并已经开始用于音频机。
此外, ZnO晶须具有结构和物性上的各向同性,用其制造的复合材料在力学性能、电学性能、光学性能等方面具有很好的各向同性,是其它晶须增强复合材料所无法比拟的。
此外,还有氧化镁晶须、三氧化二铝晶须等均属于陶瓷质晶须。
112无机盐晶须11211CaSO4晶须CaSO4晶须是无水硫酸钙的纤维状单晶体,其尺寸稳定,平均长径比为约为80,具有耐高温、抗化学腐蚀、韧性好、强度高、耐磨耗、电绝缘性好、易进行表面处理、和橡胶塑料等聚合物的亲和力强等优点[4]。
而价格却仅为碳化硅晶须的200~ 300分之一,具有较强的市场竞争能力。
11212CaC O3晶须CaCO3晶须属文石型结构,可用011mol的Ca (NO3)2与011molK2CO3混合后在90e反应一定时间而制得[5]。
具有高强度、高模量和优良的热稳定性,价格更为低廉。
除此之外,还有镁盐晶须等也属无机类晶须。
2无机晶须在聚合物基复合材料中的应用211用于增强塑料由于晶须本身结构纤细,且具有高强度、高模量等优异的力学性能,加入到热固性或热塑性树脂之中,能够均匀分散,起到骨架作用,形成聚合物)纤维复合材料,晶须的存在能够发展定向结构,但又不产生各向异性,可减少缺陷形成,有效地传递应力,阻止裂纹扩展。
加入晶须除有一般无机填料降低收缩率的作用外,还因纤维状填充剂受力时能产生一定的形变,使应力容易松驰,消除界面应力集中和残余应力,减小制品的内应力。
晶须的作用是使聚合物内聚强度增大,薄弱环节减少,显著提高机械强度[1]。
目前,对于晶须增强塑料的应用研究报道较多[6,7]。
钛酸钾晶须在作为塑料增强材料时,具有不增加熔体粘度,易与塑料复合,易成型形状复杂、细小、精度好、表面光洁度高的制品,对成型设备和模具损伤小的优点,可制成精密齿轮、轴承、垫片、阀门等。
钛酸钾晶须用于增强的树脂基体主要有:POM、酚醛、PBT、PA66、PA6、特殊尼龙、改性PPO、PPS、ABS、PVC、PP、PC、环氧树脂等。
所制得的制品已用到许多领域,如用于飞机、船舶、汽车、机器人、仪表、计算机等领域。
有关钛酸钾晶须增强塑料的研究报道较多[8~15]。
例如,Yuchun O等[16]为制备高强、高模的PA6/钛酸钾复合材料,开发了一种新型的合成方法。
该复合材料采用硅烷偶联剂处理钛酸钾晶须表面,并利用n-氨基己酸作为在位引发剂。
通过测试接触角,它们认为经过表面处理的钛酸钾晶须的表面能与PA6的相近,而未经改性处理的晶须的表面能比PA6要高得多。
从而可以认为,经过表面处理的钛酸钾晶须可望能充分、均匀地分散于PA6基体中。
进而研究者通过扫描电镜观察验证了前述假设,并由红外光谱图分析认为,经过表面处理的钛酸钾晶须与PA6之间存在化学键作用,而未经改性处理的体系则不存在,即说明,经过改性后的钛酸钾晶须充当了复合材料中的化学交联点,因而复合材料的强度和模量可得到大幅度的提高。
