硫酸钙晶须制备新工艺与应用研究

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新材料产业作为21世纪三大高新技术产业之一,是现代工业快速发展的基础和支撑。晶须材料可广泛用于复合材料领域,作为填充剂和增强剂,使之具备高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、轻质等优良的综合性能,其研究具有重要的意义。然而,国内外现已开发出的晶须材料,如碳化硅晶须、氮化硅晶须、氧化铝晶须等多数价格高昂、制备工艺复杂,限制了其应用领域的拓展。硫酸钙晶须作为一种性价比高、绿色环保型晶须材料,其原料资源丰富、制备工艺简单、价格低廉,可用作增强材料、摩擦材料、环保过滤材料、涂料纸张填充材料等,有着广阔的应用前景和实用价值。水热法制备硫酸钙晶须,其生产成本较低、产品分散性好,是目前研究和生产的主要方法之一。但此法仍存在设备要求较高、安全性能差、形貌不均、长径比低等问题,尚未实现大规模的工业化生产。本文针对以上技术问题,提出低温常压酸化法新工艺制备硫酸钙晶须,选用建筑石膏作为原料,硫酸作为主要促进剂,制备出的产品为半水硫酸钙晶须,纯度>96%,直径为0.5-2μm,长度为70-100μm,长径比为50-70,可以直接应用于200℃以下聚合物复合材料增强。本文研究的主要内容和结论如下:(1)以硫酸为主要促进剂,将传统制备工艺中的反应温度从140℃降低到70℃,同时保证产品为半水硫酸钙晶须,反应无须使用水热条件,在低温水浴下即可完成,克服了水热法设备要求高的缺点,提高了安全性能;(2)以建筑石膏为原料,硫酸和明矾作为促进剂,大大提高了晶须产品的形貌均匀程度,长径比较高,符合工业应用要求;(3)得到了较优工艺条件为:石膏与水配比1:20,石膏与硫酸配比1:6,明矾用量9%,滴加速度2mL·min-1,水浴温度70℃,陈化时间1h;(4)制得的产品为半水硫酸钙晶须,纯度>97.6%,长径比在50-70;经250-300℃煅烧后制得无水硫酸钙晶须,纯度>96.3%,长径比在30-50。此外,本文还对硫酸钙晶须增强复合材料展开了探索性实验,结果表明,本工艺制备的无水和半水硫酸钙晶须改性后均可作为增强组元填充PE树脂,制成的PE/CSW复合材料,其力学性能(如缺口冲击强度和弹性模量)得到了一定程度的改善。
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