1分钟了解非金属矿物增强材料

矿物粉体材料作为填料时，可有效提高高聚物基复合材料(塑料、橡胶、胶黏剂)的力学性能(弹性模量、拉伸强度、刚性、撕裂强度、冲击强度、摩擦系数、耐磨性等)，这些粉体材料就成为矿物增强材料。

矿物材料的增强主要取决于其粒度、比表面积和颗粒形状，矿物增强材料可分为针状增强材料、片状增强材料和粒状增强材料。

矿物增强材料的增强效果顺序为：针状填料>片状填料>粒状填料。

矿物增强材料在基料中的流动性顺序大致为：片状填料>针状填料>粒状填料。

下面小编就按顺序为大家介绍一下硅灰石、云母、滑石、高岭土、石墨、硫酸钙晶须、碳化硅晶须、氧化铝晶须等矿物增强材料。

1、针状硅灰石增强材料

硅灰石(Wollastonite)是一种钙的偏硅酸盐矿物，化学分子式为CaSiO3，理论化学成分为CaO48.3%，SiO251.7%，目前被广泛用作工业矿物原料的主要是低温三斜硅灰石。

(1)加工方法

硅灰石的结晶构造决定了即使是细小颗粒也呈纤维状或针状的性质。硅灰石的а晶型长径比为5：1，β晶型为20：1，最高可达30：1，其长径比随粉碎方式的不同有很大的差异。提高硅灰石产品的长径比，关键在于粉碎过程中采用适宜的粉碎方式保持矿物原有的结晶结构。

(2)应用特性

高长径比(>10)硅灰石粉体可以代替石棉纤维、造纸纤维以及塑料和橡胶等高聚物基复合材料的高级增强填料等，在工业上有着极高的应用价值，如作为塑料填料，可以提高其制品的强度和尺寸稳定性。

2、片状云母增强材料

云母可分为白云母、黑云母和锂云母三大类。白云母化学成分为KAl2(AlSi3O10)(OH)2，其硬度为2-2.5，可剥分到10左右。金云母化学成分为KMg3(AlSi3O10)(F,OH)2，其硬度2.78-2.85，可剥分成5-10左右。

(1)加工方法

片状云母一般采用手选、摩擦选、形状选矿等;碎云母则采用风选和浮选。

干法云母粉：

采用粗碎、细碎、超细碎三级破碎;

主要设备：爪式破碎机、柱磨机、雷蒙机、气流粉碎机等。

采用雷蒙磨之类的强力研磨机械，所得云母粉一般纯度较低，云母晶形被严重破坏，颗粒径厚比较低(10倍左右)，晶片多有撕裂、穿孔和表面磨毛等缺陷。

湿磨云母粉：

以天然云母(碎云母、制造云母纸的废浆和片麻岩内云母等)为原料，以水为介质的条件下加工制成。

质地纯净、表面光滑、径厚比大、附着力强等，产品纯度达到95%以上。

未受损伤的云母晶片没有穿孔和撕裂等缺陷，晶片极薄，径厚比较大，不含有害杂质，粒度分布集中，品质稳定。

湿法生产工艺较复杂，生产周期长，水电和药品消耗也多，生产成本很高;

国际市场上的云母粉一般都用湿法工艺生产。

(2)应用特性

橡胶中加入大径厚比湿法云母粉，其抗冲击性、机械强度、摩擦系数、弹性模量、形态稳定性等都有明显改善。

塑料和树脂中加入大径厚比湿法云母粉，其拉伸强度、抗冲击强度、弹性模量、抗热扭变性、抗疲劳蠕变性和抗磨性能等都有明显改善。

3、片状滑石增强材料

滑石是一种常见的硅酸盐矿物，它非常软并且具有滑腻的手感。滑石一般呈块状、叶片状、纤维状或放射状，在机械力作用下薄片间很容易剥离开，成为单片。

(1)加工方法

对于片状结构的滑石矿物来说，如何有效地解决其干法剥片问题，稳定和精确地控制滑石粉体的粒度分布和粒子晶体形态，是滑石产品生产的重要环节。

原料选择：滑石中的杂质都不具备片状结构，滑石越纯，杂质越少，片状结构越好。

加工工艺：选矿、初级破碎、超细研磨粉碎、分级等;

粉磨设备：以雷蒙机、机械冲击式粉碎机、气流磨为主。

产品粒径：生产出平均粒径D50为2~3μm的滑石粉状产品。

在滑石超细粉碎加工过程中，采用不同的加工方法，产品的片状结构保持情况也不相同。目前微细滑石主要采用气流粉碎技术，有对冲法和旋流法两种加工工艺。

(2)应用特性

超微细滑石粉成片状结构，可均匀的成层叠状分散在树脂中，与树脂有较好的相容性和力学性能的互补性;

可提高塑料制品的刚性、冲击强度、弯曲模量和热稳定性

滑石粉片状结构保持的越完整，其增强效果越明显。

作为塑料薄膜填料，可提高薄膜的拉伸强度、弯曲强度和刚性等机械性能。

4、片状高岭土增强材料

高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土或粘土岩，属1：1层型的二八面体层状铝硅酸盐矿物，经粉碎加工后为片状颗粒。

(1)加工方法

超细粉碎：高岭土超细粉碎设备主要有振动磨机、冲击磨机、离心磨机、胶体磨机、气流粉碎机和搅拌磨机等。

高岭土剥片：高岭土剥片就是从这种厚叠片状物中通过剥离分层，把其分成较为单一薄片状。剥片加工不仅使叠片状粗粒高岭土变成薄片，而且还能释放出高岭土中的着色杂质，剥片高岭土径厚比大。

高岭土湿式超细粉碎(剥片)方法有湿法研磨、挤压和化学浸泡法：

研磨剥片设备：研磨剥片机(如MBP300、500型)、搅拌球磨机、砂磨机等。研磨介质常用玻璃珠、氧化铝珠、刚玉珠、氧化锆珠、天然石英砂等，粒径为0.8-3mm。

挤压剥片：采用高压均浆机，通过穴蚀效应使高岭土的晶体叠层沿层间剥离。

化学浸泡剥片：是利用化学药剂使高岭土晶体叠层出现松解。

CDS大流量砂磨机

(2)应用特性

高岭土在造纸涂料中应用最主要的是利用其特殊的片状形态，用剥片高岭土取代10%、20%的钛白粉时，涂料的对比率基本无变化，外观良好，黏度变化小。

5、片状石墨增强材料

石墨是碳质元素结晶矿物，具完整的层状解理，解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。

加工方法：超声粉碎法、高速剪切法、剥片磨矿机法等。

应用领域

6、硫酸钙晶须

晶须是人为控制情况下以单晶形式生长成的一种纤维，一般只有0.1至几个微米。高度有序的原子排列结构，使其强度接近于材料的原子间价键的理论强度。因而，晶须最大的用途就是作为增强材料。

硫酸钙晶须即石膏晶须，分为无水硫酸钙(CaSO4)晶须、半水硫酸钙(CaSO4·0.5H2O)晶须和二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)晶须3种。工业应用前景最好的为无水硫酸钙晶须。

硫酸钙晶须的合成方法：水热法、常压酸化法、微乳法、离子交换法。

硫酸钙晶须具有绿色环保，性价比高等特点，既可以作为增强组元、无机填充材料，同时还可以起到阻燃、增加白度等作用，在工业领域应用非常广泛。

7、碳化硅晶须

碳化硅晶须有“晶须之王”的美誉，是一种黄绿或灰绿色、直径为纳米级至微米级、有高度单一取向的单晶短纤维。其晶体结构与金刚石类似，具有高熔点、低密度、高抗拉强度、高弹性模量、低热膨胀率以及与金属和陶瓷基体良好的相容性等优点。

碳化硅晶须制备方法：气相碳源法、固相碳源法、液相碳源法等。

碳化硅晶须的加入对陶瓷的韧性具有明显的改善作用，断裂韧性提高1-2倍。碳化硅晶须增韧的金属基、陶瓷基及聚合物基复合材料己广泛运用到机械、化工、国防、能源、环保等领域。

8、氧化铝晶须

氧化铝晶须(又称蓝宝石晶须)作为一种性能优异的复合材料添加剂，具有高强度、高弹性模量等优越的力学性能，α-Al2O3晶须呈现自色，具有针状或是纤维状结构，断面一般为六角形。

氧化铝晶须的主要制备方法：湿氢法、Al-SiO2法、模板法、前驱体法等。

氧化铝晶须与金属基材料，陶瓷基材料间的良好相容性，使其广泛应用于军工、航天、农

业方面。

9、其他晶须

氮化硅晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝氧化锌、氧化镁、二硼化钛、碳酸钙晶须等均有其独特的性能，具有广阔的应用前景。