隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,,礦物及其粉體材料因其具有獨(dú)特的物理,、化學(xué)性質(zhì),,已在新材料,、化工,、電子,、能源,、交通,、環(huán)保,、機(jī)械,、食品、醫(yī)藥,、生物工程,、紡織、農(nóng)牧業(yè)等行業(yè)中得到了廣泛地應(yīng)用,。據(jù)建材部門(mén)統(tǒng)計(jì),,1997年全國(guó)鄉(xiāng)及鄉(xiāng)以上非金屬礦采選和制品加工企業(yè)17518個(gè),總產(chǎn)值691.28億元(1990年不變價(jià),,以下同),,約占建材工業(yè)總產(chǎn)值的22.9%。全國(guó)鄉(xiāng)及鄉(xiāng)以上獨(dú)立核算非金屬礦采選和制品加工企業(yè)15678個(gè),,總產(chǎn)值639.54億元,,實(shí)現(xiàn)利稅46.8億元。產(chǎn)品產(chǎn)量在滿足了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的同時(shí),,還出口到世界上100多個(gè)國(guó)家和地區(qū),。自“八五”和“九五”以來(lái),非金屬礦產(chǎn)品的出口創(chuàng)匯額逐年增長(zhǎng),,已成為我國(guó)出口創(chuàng)匯的重要品種之一,,非金屬礦產(chǎn)品的出口創(chuàng)匯額占每年建材和礦物產(chǎn)品出口總額的60%,2002年的礦物產(chǎn)品出口創(chuàng)匯近30億美元,。
我國(guó)是當(dāng)今世界上的塑料大國(guó),,其塑料制品產(chǎn)量已超過(guò)2000萬(wàn)t,,按照國(guó)際慣例,各種填充料約占當(dāng)年塑料制品總產(chǎn)量的10%左右,,即至少有200萬(wàn)t的各種填料用到了塑料中,,特別是在我國(guó),很多企業(yè)為了降低成本,,使用廉價(jià)填料的積極性非常高,。
礦物填料不僅能降低塑料的成本,而且能大大地改善塑料性能,。礦物粉體的成本只有幾百元至一千多元一噸,,而塑料、橡膠等聚合物材料則需數(shù)千元甚至上萬(wàn)元,,因此礦物粉體填加將必然帶來(lái)成本的大大降低,。另一方面礦物粉體的使用還可以使復(fù)合材料的力學(xué)性能、加工性能和環(huán)保性能等得到提高和改善,。
無(wú)機(jī)礦物填料是與橡膠,、塑料等基體的表面性質(zhì)上完全不同的兩種材料。礦物粉體表面為親水性,,而聚合物材料為親油性,。新形成的復(fù)合材料制品性能取決于填料和基體材料兩相之間界面上應(yīng)力的傳遞,復(fù)合材料的破壞首先是從界面薄弱處開(kāi)始,,改善界面間的結(jié)合性是提高復(fù)合材料強(qiáng)度的關(guān)鍵,。直接填充礦物粉體,其界面間易產(chǎn)生剪切應(yīng)力,,降低復(fù)合材料的力學(xué)性能,。因此,作為橡膠,、塑料等材料填料的礦物粉體,通常需要對(duì)其進(jìn)行表面改性處理,。
目前礦物填料的表面改性方法是采用偶聯(lián)劑包覆改性,,它改變了礦物填料的表面極性,使其表面成為親油性,,從而與有機(jī)材料基體具有較好的相容性,。但在超細(xì)粉碎過(guò)程中形成礦物顆粒,微觀上類(lèi)似碎玻璃碴,,具有很多粉碎時(shí)形成的銳利棱角(2-3個(gè)晶體解理面相交構(gòu)成)和平滑表面(顆粒沿著的晶體解理面破裂),。復(fù)合材料微觀斷裂力學(xué)的研究表明,這些銳利的棱角往往都是材料內(nèi)部應(yīng)力集中點(diǎn),,破壞都是從這里開(kāi)始,。平滑表面難于與高分子材料的大分子形成結(jié)合和緊密的纏繞,。傳統(tǒng)表面吸附偶聯(lián)劑高速混合的改性方法無(wú)法解決顆粒本身在超細(xì)粉碎形成過(guò)程中的上述缺陷,這很大程度上限制了聚合物材料性能的發(fā)揮,,直接影響到礦物填料的使用效果,。另一方面可以將納米顆粒分散或生長(zhǎng)在礦物粉體表面,解決了納米顆粒難分散和高成本問(wèn)題,。
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