鎂鹽晶須在阻燃防火上的應(yīng)用

晶須是一種針狀單晶體材料，晶須是以無(wú)機(jī)物（金屬、氧化物、碳化物、氮化物、無(wú)機(jī)鹽類、石墨等）和有機(jī)聚合物等中的可結(jié)晶物為原材料，通過(guò)人為控制，以單晶形式生長(zhǎng)的形狀類似于短纖維，而尺寸遠(yuǎn)小于短纖維的須狀單晶體。其直徑極小，是亞微米和納米級(jí)尺寸長(zhǎng)度為幾微米至數(shù)百微米。在單晶體中有高度有序的原子排列結(jié)構(gòu)，幾乎沒(méi)有多晶材料中存在的各種缺陷。由于其晶體結(jié)構(gòu)十分完整，使其具有驚人的力學(xué)強(qiáng)度，作為塑料、涂料和陶瓷等材料的改性添加劑，顯示出極優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)和優(yōu)異的機(jī)械性能。

　　1 晶須材料特點(diǎn)

　　1.1晶須的分類

　　從1948年美國(guó)貝爾電話公司的科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)晶須以來(lái)，迄今為止材料學(xué)家們研究開(kāi)發(fā)出了數(shù)百種晶須，有金屬、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物以及無(wú)機(jī)鹽等類晶須。

　　晶須材料可分為有機(jī)晶須和無(wú)機(jī)晶須兩大類。其中有機(jī)晶須主要有纖維素晶須、聚（丙烯酸丁酯-苯乙烯）晶須、聚（4-羥基苯甲酸酯）（PHB）晶須等幾種類型，在聚合物中應(yīng)用較多。無(wú)機(jī)晶須主要包括非金屬晶須和金屬晶須兩類，其中在聚合物材料中應(yīng)用較多的是非金屬晶須，金屬晶須主要用于金屬基復(fù)合材料中。

　　非金屬晶須中的陶瓷質(zhì)晶須的強(qiáng)度和耐熱性優(yōu)于金屬晶須，是無(wú)機(jī)晶須中較為重要的一類。它包括炭化硅晶須、氮化硅晶須、莫來(lái)石晶須、鈦酸鉀晶須、硼酸鋁晶須、氧化鋅晶須、氧化鎂晶須、硫酸鈣晶須、碳酸鈣晶須和鎂鹽晶須等。而能應(yīng)用于阻燃防火場(chǎng)合的多是此類晶須。

　　1.2 晶須的性質(zhì)特點(diǎn)

　　1.2.1具有優(yōu)良的力學(xué)性質(zhì)

　　（1）很高的斷裂強(qiáng)度和彈性模量。晶須作為細(xì)微的單晶體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分完整。具有非常堅(jiān)韌的性質(zhì)，其抗張強(qiáng)度為玻璃纖維的5-10倍。晶須能彈性地承受較大的應(yīng)變而無(wú)永久變形，晶須經(jīng)4%的應(yīng)變還在彈性范圍內(nèi)，不產(chǎn)生永久形變，而塊狀晶體的彈性變形范圍卻小于0.1%。

　　（2）晶須的耐高溫性。晶須具有不會(huì)引起高溫滑移的完整性，溫度升高時(shí)，晶須不分解、不軟化，其強(qiáng)度幾乎沒(méi)有損失。所以這個(gè)特性使其在防火材料中的應(yīng)用成為可能。

　　（3）晶須具有相當(dāng)大的長(zhǎng)徑比。晶須的橫斷面多具有六角形、斜方形、三角形或薄帶形，不同于玻璃纖維或硼纖維具有圓形橫斷面，大大增加了長(zhǎng)徑比。能滿足增強(qiáng)塑料、防火板材時(shí)長(zhǎng)徑比（30-100）的要求，這樣能使復(fù)合材料獲得很高的強(qiáng)度和性能。

　　（4）晶須無(wú)疲勞效應(yīng)。晶須沒(méi)有明顯的疲勞特征，即使被磨成粉末、切斷，其強(qiáng)度也不受損失。

　　1.2.2良好的相容性

　　晶須的尺寸細(xì)微，不影響復(fù)合材料成型流動(dòng)性，接近于無(wú)填充的樹(shù)脂。晶須可在有機(jī)基體中分布的很均勻，即使是極薄、極狹小甚至邊角部位都能得到增強(qiáng)填充。

　　1.2.3優(yōu)良平滑性及化學(xué)穩(wěn)定性

　　晶須增強(qiáng)工程塑料膨脹系數(shù)及成型收縮率小，有極高的尺寸精度和光潔的平滑表面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)材料制品。

　　1.2.4再生性能好

　　用晶須增強(qiáng)的復(fù)合材料有良好的重復(fù)使用性。實(shí)驗(yàn)表明：材料經(jīng)多次加工，力學(xué)性能變化也不大，再生使用性能很好。

　　作為新型增強(qiáng)材料的晶須，像硅酸鈣、硫酸鈣、硫酸鎂晶須、氫氧化鎂、水合堿式硫酸鎂等晶須，由于它們的阻燃性、防火性、安全性和反復(fù)利用性好，在目前對(duì)材料的環(huán)境要求越來(lái)越高的大形式下，我們都對(duì)它們的功能和使用寄以厚望。

　　2、鎂鹽晶須材料的應(yīng)用

　　2.1鎂鹽晶須合成和性質(zhì)

　　鎂鹽晶須（簡(jiǎn)稱MOS），是高性能無(wú)機(jī)阻燃增強(qiáng)材料。鎂鹽晶須一般以氧化鎂或氫氧化鎂和硫酸鎂為原料，將氫氧化鎂或氧化鎂分散在硫酸鎂水溶液中，加壓并加熱至170～270℃進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，將生成物洗滌、脫水、燒成，得到鎂鹽晶須。采用該法對(duì)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模有固難，成本亦高。上述方法的改進(jìn)采用特定性狀的氧化鎂粉末（表觀密度0.7以上，粒徑100μm以下，純度95%以上），將其分散在可溶性硫酸鹽水溶液中，制成含氧化鎂10%以下（最好5%）的料漿，在充分?jǐn)嚢柘录訜岬?0℃以上，生成蠶繭狀堿式硫酸鎂。經(jīng)強(qiáng)剪切力作用，使生成物破碎，解纖，再經(jīng)過(guò)濾回收、干燥、粉碎，得到纖維狀鎂鹽晶須。