[公告] 每日更新20240331《玻璃钢衬里防腐》（实战全集之第陆卷第14章）

⑤碳化硅

是一种无机物，化学式为SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉2000℃高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。在C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。工业碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840kg/mm2～3320kg/mm2。碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作耐磨填料用外，还有很多其他用途。碳化硅的硬度很大，莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。

⑥辉绿岩粉

辉绿岩石主要由辉石和基性长石（与辉长岩成分相当的浅成岩类）组成，含少量橄榄石、黑云母、石英、磷灰石、磁铁矿、钛铁矿等。辉绿岩是造铸石的原料。以辉绿岩为主要原料制成的铸石，称为辉绿岩铸石，是一种具有高度耐磨性和耐腐蚀性的材料。辉绿岩按次要矿物的不同，可分为橄榄辉绿岩、石英辉绿岩，含沸石、正长石等的，称碱性辉绿岩等。

⑦硫酸钡

硫酸钡分为天然和合成两种：天然的硫酸钡叫重晶石；合成的硫酸钡也叫沉淀硫酸钡。天然硫酸钡是由重晶石矿经破碎、湿磨、水洗、干燥、筛分后而制成成品。沉淀硫酸钡是将可溶性钡盐溶液（如氯化钡等溶液）与硫酸钠溶液制得硫酸钡沉淀，经过水洗、过滤、干燥、粉碎、筛分后而制成。

硫酸钡是一种惰性物质，化学稳定性高，外观呈致密的白色粉末，是体质颜料中密度最大的品种，为4.3g/m2～4.5g/m2，遮盖力稍强。硫酸钡耐酸碱、耐光、耐热，熔点可达1580℃，不溶于水，吸油量低，天然硫酸钡质量分数为85%～95%，合成的硫酸钡质量分数不小于 97%。硫酸钡是一种中性颜料，合成产品质量优于天然产品。天然硫酸钡可增加耐磨性。沉淀硫酸钡性能较好，白度高，质地细腻，表面光泽高，密度大。

⑧氢氧化铝

氢氧化铝是用量最大和应用最广的复合材料填料，在化学上惰性、无毒，在玻璃钢制品中添加氢氧化铝可提高阻燃性能、力学性能。氢氧化铝也经常用来提高树脂的阻燃效果，降低烟密度。氢氧化铝是一种精细化工产品，白色粉末状的填充料，以适当的比例添加到树脂中去，可以大大改善卤化树脂或非卤化树脂的阻燃效果。添加了氢氧化铝的树脂积层板在燃烧时，氢氧化铝会分解成水蒸气和氧化铝，水蒸气使积层板冷却，降慢了树脂分解或燃烧的速度。

氢氧化铝的阻燃不同于氧化锑。如前文所述，氧化锑添加到卤化树脂中起到的阻燃作用非常好，只需要3%～5%的添加量就可对卤化型树脂起到非常好的阻燃增效作用。而氢氧化铝则不同，无论是对卤化树脂还是不含卤素的常规不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂，它都能起到很好的阻燃效果，但它的添加量相对就较大，否则就得不到理想的阻燃效果。所以，氢氧化铝不可能完全取代氧化锑阻燃膏。氢氧化铝加多了 也会导致树脂体系的黏度太高，积层时纤维含量上不去，最终也会影响到积层板的机械性能和耐腐蚀性能。添加氢氧化铝到乙烯基酯树脂中去之前，尽量确认其对耐腐蚀性能的影响，尤其是酸性介质时。必要时请咨询相关技术人员。

氢氧化铝能够大大降低树脂燃烧时的烟密度，尤其是对含卤素的树脂。卤素是烟密度较大的主要产生原因，在添加氧化锑的基础上再添加氢氧化铝，则可以既达到满意的阻燃效果，烟密度又很小。

⑨心玻璃微珠

空心玻璃微珠是一种微米级新型轻质材料，其主要成分是硼硅酸盐，一般粒度为 10μm～250μm，壁厚为1μm～2μm，该产品具有质轻、强度高、导热系数和热收缩系数小等特点，经过特殊处理具有亲油、憎水性能，非常容易分散于树脂等有机材料中。可直接填充于绝大部分热固性、热塑性树脂产品中，起到减轻产品质量、降低成本的效果，同时可消除产品内应力，确保尺寸稳定性，赋予材料隔音、隔热、绝缘等性能。

⑩ 氧化锑

如果温度够高，氧气够充足，不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂无论是否是阻燃树脂，其固化物都会发生燃烧。然而有些树脂分子骨架中可以引入具有阻燃作用的元素，如溴、磷等，可取得一定程度的阻燃效果，常被用来制作要求阻燃的玻璃钢材料。但为了最大限度提高其阻燃效果，还需要添加三氧化二锑、五氧化二锑等阻燃助剂，氧化锑的添加，是作为一种增效剂和氯、溴等卤素元素发生反应，大大增加了树脂的阻燃效果。非卤素树脂（不含氯、溴）添加氧化锑，起到的阻燃效果并不佳，仅仅只是起到填料的作用。

在国内，阻燃评价多用氧指数。在国外，多用ASTM E 84评价燃烧时火焰传播速度和烟密度。该测试中，红橡木的火焰传播速度规定为100，石棉板的火焰传播速度为0，测试下来树脂或玻璃钢的火焰传播速度小于25，认定为I级阻燃，25到75之间认定为II级。有些阻燃树脂在不添加氧化锑情况下也能达到I级阻燃效果，而有些树脂需要添加3%～5%的氧化锑才能达到I级阻燃。

氧化锑的添加会起到延缓乙烯基酯树脂凝胶的作用，正因为此，当添加了氧化锑到树脂中去之后，经常要熟化更长时间再去积层，同时需要多添加促进剂固化剂。不同规格的氧化锑的阻聚效果不一样，具体的延缓效果需要现场小试试验才能确认。氧化锑的添加，只能起到阻燃的作用，并不能降低烟密度。降低烟密度需要添加氢氧化铝。

此外，硅灰石粉、高岭土、氢氧化镁、蒙脱土、炭黑、二氧化硅等也用作为填料，起到相应的功能和效果。

4.2 无机填料的特性

与无机矿物填料填充效果有关的主要性能是化学组成、粒度大小和粒度分布、比表面积、颗粒形状、密度与堆砌密度、吸油值、白度、硬度以及表面性质、热性能、光性能、电性能、磁性能等。

①化学成分

化学组成是无机矿物填料的基本性质之一。无机矿物填料的化学活性、表面性质（效应）以及热性能、光性能、电性能、磁性能等在很大程度上取决于化学组成。

无机矿物填料的颜色或白度在很大程度上取决于填料的化学成分，特别是显色成分氧化铁、氧化锰、氧化钛等。因此，多数非金属矿物填料对Fe2O3的含量有严格要求。

无机矿物填料的化学成分在很大程度上决定其电性能，如电导率或体积电阻率：石墨是导电性较好的无机矿物填料；绝大多数硅酸盐矿物则是电绝缘性较好的无机矿物填料，但是，如果其中含有较多的铁杂质或其他金属杂质将显著降低其体积电阻率。

无机矿物填料的热性能也与其他化学成分有很大关系，大多数无机填料属于难燃物或滞燃物，部分含结构水较多的无机矿物填料，如氢氧化镁和氢氧化铝分解温度较低，而且分解后生成水蒸气和金属氧化物，具有优良的阻燃性能，不产生毒烟，因此是高聚物基复合材料环境友好型阻燃填料。

②粒度大小与粒度分布

粒度大小与粒度分布是无机矿物填料最重要的性质之一。不同应用领对无机矿物填料要求有所不同。对于高聚物基复合材料（塑料、橡胶、胶黏剂等）来说，在树脂中分散良好的前提下，填料的粒径越小越好。因为填料粒径越小，则其增强作用越大，如用325目和2500目CaCO3填充半硬质PVC（聚氯乙烯）时，后者比前者强度提高30%；用玻璃纤维增强热塑性塑料时，纤维直径一般在12μm左右。但粒径过小，填料的加工和分散较困难，生产成本也就增大。对于造纸填料来说，粒度不宜太小，因为过小使填料在纸张中的留着率下降，不公浪费填料，而且导致造纸成本增加，同时还可能降低纸张的不透明性。因此，在目前技术经济条件下，无机矿物填料的细度并非越细越好。

填料的粒度与粒度分布常用中位粒径或平均粒径（d50）、25%小于等于的粒径（d25）、75%小于等于的粒径（d75）、90%小于等于的粒径（d90）、97%小于等于的粒径（d97）以及最大粒径（dmax）等来表示。对于涂料和油墨中应用的无机矿物填料除了测定相应的粒度大小外，还要测定325目筛余量。

由于各种粒度测定仪器、方法的物理基础不同，相同样品用不同测定方法和测定仪器测得的粒度物理意义及粒度大小和粒度分布也不尽相同。用沉降粒度分析仪测定的是等效径（即等于具有相同沉降末速的球体直径），激光粒度测量仪、库尔特计数器、显微镜等仪器测得的是统计径，透过法和吸附法得到的是比表面积直径。因此，在表征和评价填料的粒度大小和粒度分布时，一定要注意这点。

③颗粒形状

无机矿物填料颗粒的形状大体可分为球状、片状、立方状、纤维状（或针状）等。不同填料往往具有不同的颗粒形状。填料颗粒形状从两个方面影响填料的填充效果：一是形状不同，填料的比表面积不同；二是填料的形状直接影响填料的堆砌密度。例如，球状填料的堆状、薄片状填料有助于提高制品的机械强度，但不利于成型加工。反之，球状填料可以改善制品的成型加工性能，但却可能使其机械强度下降。

④表面性质

无机矿物填料的比表面积是其重要的表面性质之一。一般来说，比表面越高。表面的吸附量越大，填料的吸油率也就越高。比表面积的大小主要与填料的粒度大小与粒度分布及颗粒形状有关。对于无孔隙和表面光滑平整的颗粒，其单位质量的外表面积就是其比表面积，如碳酸钙、石英粉、长石粉等；但对于具有也隙或也道的非金属矿物填料，如硅藻土、多孔粉石英（属于一种火山灰沉积岩，其自然粒径细（0.5μm左右），颗粒分布均匀，比表面积大（8.3m2/g），外形结构近似球型无棱角状。以电子显微镜图象看，其表面全是纳米级的介孔，平均孔径约为8.8nm（纳米）。粒度越细，比表面积越大。

填料表面的物理结构也对其填充性能有一定影响。填料表面的特理结构十分复杂。结晶粒子在熔点时发生急剧变化使表面产生许多凹凸，而非结晶粒子（如玻璃）在高温时黏度较低。由于表面张力使表面变得光滑，填料经过粉碎加工后表面又会发生变化，这些都影响其与基料和聚合物的结合状态。

填料表面由于各种官能团的存在及与空气中的氧或水分作用，使之与填料内部的化学结构存在差别。大多数无机填料具有一定的酸碱性，其表面有亲水基团并呈极性，容易吸附水分。而有机聚合物则具有憎水性，因此两者之间的相容性差，界面难以形成良好的黏结，正因为如此，为了改善填料和树脂的相容性，增强二者的界面结合，要采用适当的方法对无机矿物填料表面进行改性处理。

填料在聚合物中的分散状态对填充材料的性能。尤其是力学性能影响极大。填料在聚合物中的分散状态与其表面活性及高聚物基料的混合工艺等有关。

填料粒子的表面与基料之间的结合状态对填充材料的综合性能有直接影响。填料表面所存在的，无论是物理因素还是化学活性因素，对这种结合状态都有不容忽视的影响。因此，在加工和选用无机填料时必须考虑填料表面的物理化学特性。

如能实现无机填料与基料之间的化学结合，就会大大提高填充效果，还会使某些填料起到增强作用，如加大填充量而又不影响填充熔体的流动性，能使成型顺利进行，材料又有良好的表观质量等。实现良好化学结合的最有效的方法是对填料进行适当的表面处理。

⑤密度

填料的真实密度与其原料矿物的密度是一致的，而且当填料颗粒均匀分散到基体树脂中时，给填充材料的密度带来影响的也正是其真实密度。由于填料颗粒在堆砌时相互间有空隙，不同形状的颗粒粒径大小和分布不同，在质量相同时，堆砌的体积不同，因此，其堆砌密度或表观密度是不同的，有时差别还是很大。填料的堆砌密度对复合材料的性能影响很大，不同用途和要求的复合材料对填料堆砌密度的要求是完全不一样的。例如，在增量复合材料中填料加入的目的是节约树脂的用量，大幅度降低材料成本，所以加入的往往是价格低廉的填料，希望加入量越大越好。这就希望填料堆砌达到最大密度堆砌。但是，对于另外一些复合材料体系来说，最大密度堆砌是不适宜的。例如，在复合型导电塑料中，导电填料价格高，生产中希望以最小的填充量获得最好的填充效果，这就希望填料堆砌达到最小密度堆砌。

填料堆砌过程中，最大颗粒的堆砌决定了体系的总体积。体系的颗粒之间存在大量空隙，加入的较细颗粒填充到这些空隙中，因而体系的总体积不变。较细颗粒之间仍然存在空隙，这些空隙再被更细的颗粒填充。颗粒越来越细，直至颗粒无穷小，体系的总体积等于填料的真实体积。这种堆砌体系相当于数学上的几何级数，其最终堆砌体积决定于粒径分布及最终剩下的空隙体积。

应用特定的粒径分布可以获得填料的最大密度堆砌体系，此时，复合材料中使用的基体树脂最少。相反，应用单一的粒径就可以得到最小密度堆砌体系，此时，复合材料中使用的基体树脂最多。为了尽可能降低填料堆砌密度，往往选用纵横长径比大的颗粒，纤维或高长径比针状颗粒最为有效。这类颗粒在静态下难以相互取向，因而形成松懈的体系，占有大量体积。

⑥吸油值

吸油值是无机矿物填料的主要性能指标之一。填料吸油值的大小影响填充体系增塑助剂的用量和材料的可加工性。吸油值低的填料，填充体系的可加工性好，容易与树脂混合，可以减少增塑助剂的用量。

无机矿物填料的吸油值与其粒度大小和粒度分布、颗粒形状、比表面积等有关；粒度越细，比表面积越高，其吸油值越大。对于相同细度的同类无机矿物填料，表面有机改性可以降低无机矿物填料的吸油值。

⑦硬度

无机矿物填料的硬度与填充材料加工设备的磨损关系较大。人们不希望使用填料带来的效益被加工设备的磨损抵消。一方面，硬度大的无机矿物填料可以提高填充材料的耐磨性而被人们所重视。当然，硬度大小不同的无机矿物填料对加工设备的磨损是不同的；另一方面，对于某种硬度的填料，加工设备的金属表面的磨损强度随填料粒径的增加而上升，到一定粒径后其磨损强度趋于稳定。

此外，设备磨损也与设备的材质有关，设备材料的硬度越高，对于同一硬度的无机矿物填料磨损强度越小。

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