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。钛酸钾晶须主要应用范围如下: (1)作聚合物用强化材料。增强工程塑料,提高工程塑料的耐蠕变性、低磨耗性、耐热性和尺寸稳定性等,制作各种形状复杂的精密零部件,用于汽车、仪器仪表、精密机械、电子电气等领域里; (2)耐磨材料。现正代替石棉在轻型汽车的刹车片、盘式衬垫和离合器衬片等方面已获得应用; (3)涂料用原材料。钛酸钾晶须由于其隐蔽力强,对红外线反射力高,可作为造纸用有效白色颜料和耐热材料使用。在国外,它正作为涂料原材料开发着红外线反射涂料与耐热隔热涂料; (4)隔热材料。钛酸钾晶须有1 200℃的耐热性,同时红外线反射率高,在高温下热传导率低,作隔热材料十分优越;(5)隔膜材料。由于钛酸钾晶须耐碱性好,所以可作碱性电解用隔膜、燃料电池隔膜和电池分选器使用;(6)过滤器原材料。钛酸钾晶须自身亲水性好,采用表面处理剂处理,还有好的亲油性,可做各种过滤材料使用。
1.1.3.3 碳化硅晶须
碳化硅晶须(SiC)是一种直径为微米级的短纤维单晶体,其晶体结构与金刚石相类似,这就决定了它具有低密度、高熔点、高强度和弹性量、高硬度、热膨胀系数低、高化学稳定性等特性。SiC作为金属基、陶瓷基先进复合材料的有效增强、增韧材料有着广泛的应用: (1)晶须补强陶瓷(WRC )。SiC晶须能使陶瓷复合材料断裂韧性提搞1-2倍,同时其抗弯强度、
热导率等性能也有明显的改善。此外, SiC晶须的加入对改善其高温耐蠕变性有明显效果; (2)晶须补强金属(WRM )。在Al基加入SiC晶须可以大幅度地提高材质的弹性模量,改善合金的低、高温强度,疲劳强度,大大提高合金的耐磨性能。广泛应用于汽车工业,航天航空工业,特别是军事工业中用作结构件和耐磨件,诸如制造防弹板,屏蔽材料以及发动机活塞、活塞环、缸套、连杆等。日本丰田汽车公司已披露了对此的应用,美国ACMC公司已生产出尺寸为165×630×0. 2 cm的目前世界上最大的15 vol% SiC/2024Al复合材料板材,将用于制造飞机的蒙皮和垂尾。美国海军武器中心研制出25 vol% SiC/2124Al挤压板材,并加工成一组四片的导弹翼面,进行了发射试验。还利用先进的成型技术制造出形状复杂的B-113飞机构件。总之, SiC晶须在现代金属基复合材料中有着不容替代的地位; (3)晶须补强树脂(WRP )。树脂基复合材料的发展很快,并取得了重大成果。晶须强化树脂基复合材料,其作用是提高机械强度,改善尺寸稳定性及耐热性表面平滑性等。它主要应用于体育、娱乐用品以及精密机械零件和汽车零件上,并期待产品的进一步开发与实用。
1.1．3.4 硼酸铝晶须
硼酸铝晶须的组成式为xAl2O3·y B2O3,其种类根据x和
y
值的不同而不同。最为常见有种形
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3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,用它制的铝基复合材料的强度高; (2)它的抗张强度高于钛酸钾晶须; (3)尺寸小,直径0. 5~1μm,长度10~30μm; (4)硬度相对SiC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晶须价格的1/10~1/30。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。
1.1.3.5碳酸钙晶须
碳酸钙(CaCO3)晶须属文石型结构,可用0. 1 mol的Ca(NO3)2与0. 1 molK2CO3混合后在90℃反应一定时间而制得。具有高强度、高模量和优良的热稳定性,价格低廉。主要有以下方面的应用: (1)增强塑料,在PBT和PA-6树脂中添加碳酸钙晶须后其拉伸强度和弯曲强度有明显提高,在尼龙66中添加碳酸钙晶须,其物性与玻璃纤维增强尼龙基本相当,虽然其冲击强度略低,但所得制件表面光滑,且由于其成型流动性好,可以制成形状复杂(如齿轮)的制件; (2)提高材料耐磨性,碳酸钙晶须耐温性好,用于摩擦材料可以显著提高耐磨性,且碳酸钙晶须的原材料廉价丰富,制造成本低,因而极有可能取代石棉而成为新的摩擦材料; (3)造纸填料,随着人们对纸张需求量,尤其对质高价廉和具有特殊性能的高档纸张要求的提高,使用碳酸钙品须代替粒子碳酸钙作填料就成了一种明智之选。由于碳酸钙晶须具有特殊的柱状方向性,作造纸填料时能够与原纸表面平行而紧密地排列,而且其白度和填充性都很高,与用粒状碳酸钙填充的纸张相比,显示出优越的印刷适
应性。尤其是在一些特殊要求的纸张巾,更显现出其较大的应用前景; (4)由于碳酸钙晶须的高强度、高模量和隔热能性好等特点,亦可广泛应用于电气部件制造、高光洁度结构部件制造等领域。
1.1.3.6 硫酸钙晶须
硫酸钙(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,而价格却仅为碳化硅晶须的1/200~1/300,具有较强的市场竞争能力。硫酸钙晶须在聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等塑料中可以改善制品的性能。以聚丙烯为例,随着硫酸钙晶须加入量的增加,塑料的拉伸强度和弯曲强度明显提高。表明硫酸钙晶须作为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯的填加剂,添加后所得制品性能良好,以填加65份和300份计算,每吨塑料成本可降低190元和5 300元左右。尼龙具有优越的耐热性和机械强度,多用于汽车部件。为改进其成型收缩性和弹性模量,主要使用玻璃纤维进行增强,但制件的表面光洁度并不理想。早在1977年,德国己开始了硫酸钙晶须在尼龙6中的应用研究。尼龙中含有20%的硫酸钙晶须,其弯曲强度达115 N/mm2,拉伸强度达3 437 N/mm2,不仅大大增强了尼龙66的强度,而且使制品光洁度有了很大改善,硫酸钙晶须的应用范围因此扩展到了汽车领域。金属铝与经高温煅烧的硫酸钙晶须制得的复合材料强度高、硬度大,是很好的载重材料。硫酸钙晶须作为纸张的填充剂,可以改善其不透明性、可塑性、阻燃性以及印刷性能。以硫酸钙晶须与石英粉