常压酸化法制备硫酸钙晶须综述.docVIP

第一章 综述 1.1晶须及其结构性能 1.1.1晶须的定义及分类 晶须是指人为控制条件下以单晶形式生长的形状类似短纤维的须状单晶体,其长径比达5~1000,直径一般在0.01~10μm之间。它具有均匀的横截面，完整的外形及高度完善的内部结构，在结晶时，高度有序的原子排列结构、容纳不下空洞、位错等结构缺陷，从而形成基本完整的晶体，使之成为一种力学性能优异的新型复合材料的补强剂，是一类重要的复合材料增强组元[1]。 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。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。?? 1.1.2.1优良的力学性能（）机械强度高。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，比硼纤维有更好的韧性；（）能弹性地承受较大的应变而无永久变形。试验证明，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%；（）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；()具有相当大的长径比。晶须的横断面多具有六角形、斜方形、三角形或薄带形，不同于玻璃纤维或硼纤维具有圆形横断面，大大增加了长径比，其长径比都在30以上，能满足增强塑料、防火板材对长径比(大于30：1)的要求，使复合材料获得很高的强度和性能；()无疲劳效应。晶须没有明显的疲劳特征，即使被磨成粉末、切断，其强度也不受损失。 ???良好的相容性。晶须的尺寸细微，不影响复合材料成型流动性，接近于无填充的树脂。晶须可以在高分子基体中分布得很均匀，可以使极薄、极狭小甚至边角部位都能得到增强填充。 ????优良平滑性及化学稳定性。晶须增强工程塑料膨胀系数及成型收缩率小，有极高的尺寸精度和光洁的平滑表面，远远超过碳纤维和玻璃纤维增强材料制品。 ????1.1.2.4再生性能好。用晶须增强的复合材料有良好的重复使用性。实验表明：添加晶须的复合材料经多次加工，热稳定性好，力学性能变化也不大，再生循环使用性能好。硫酸钙晶须集增强纤维和超细无机填料二者的优势于一体，可用于树脂、塑料、橡胶、涂料、油漆、造纸、沥青、摩擦和密封材料中作补强增韧剂或功能型填料；又可直接作为过滤材料、保温材料、耐火隔热材料、红外线反射材料和包覆电线的高绝缘材料Fig.1.1 SEM Photographs of calcium sulfate whisker 1.2.2 硫酸钙晶须的性能及结构特征 硫酸钙晶须的主要特性指标如表1.1所示。 生石膏属单斜晶系，Ca2+联结SO42-户四面体形成层状结构，H2O分子分布于双层之间。Ca2+的配位数为8，除与属于相邻的四个SO42-中的6个O2-相联结外，还与2个水分子相联结。生石膏通常具有平行于[010]面的板状形态并可沿该面完全解离。硫酸钙晶须也属单斜晶系，在[100]和[010]面上，Ca2+联结SO42-四面体构成层状结构，在[001]面上则不成层，Ca2+和SO42-在c轴方向连接成似链状，故硫酸钙晶须呈平行C轴的纤维状，链与链之间存在一条直径为的通道，在这条通道里容纳结晶水。Ca2+的配位数为6，与相邻四个SO42-中的6个O2-相联结。结晶水通过氢键联接在SO42-上。其结构如图1.2所示。 1.2.3硫酸钙晶须的国内外研究现状 硫酸钙晶须在20世纪70年代由日、美、德等国着手研究，20世纪8年代开始逐步应用。Table l.2 Effect of CSW on the soft point of asphalt 1.2.4.5用于造纸 把硫酸钙晶须用抄纸粘结剂固定或混合在纸浆中10%(重量比)以上，利用抄取法能制备特殊纸张。作为纸张的填充剂，硫酸钙晶须可以改善纸张的不透明性、可塑性、阻燃性以及印刷性能等。 1.2.4.6其它方面的应用 除用于上述几个主要方面以外，硫酸钙晶须还可用于轻质建材、隔热材料、涂料、油漆的制造等方面。 1.2.4.7硫酸钙晶须的应用前景 硫酸钙晶须的国际商品名为ONODA一GPF