无机非金属材料丨矽微粉

矽微粉是性能优异的无机非金属功能性填料,矽微粉是由天然石英(SiO2)或熔融石英(天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO2)经破碎、球磨(或气流磨)、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道技能加工而成的微粉。经多道工艺加工而成的二氧化矽粉体材料,具有优异的耐酸堿腐蚀性、耐磨性、低线性膨胀系数。

因其优异的填充性能,矽微粉广泛应用于矽橡胶、灌封胶、地坪涂料以及工业涂料中,添加矽微粉后有提高材料表面硬度,耐擦洗,以及填充降本等功能特性。伴随着行业的发展,在一些行业领域中,普遍需要填料满足:填充比高,储存稳定性好,使用时黏度低等特性,而用以往的矽微粉原粉使用方法则已无法满足目前市面上这些行业产品的要求。

░☆░矽微粉在涂料中应用

矽微粉在涂料中主要体现几个作用:1.阻隔作用,在涂覆过程中,漆膜固化前受表面张力的作用而铺开,自动形成一定的矽微粉覆蓋层,起到保护作用;

2.改善耐擦洗性能,矽微粉的莫式硬度在7左右,在漆膜干燥后,能够有效提高漆膜的硬度,并且,矽微粉属于氧化物粉体,表面有部分羟基分布,能够与基材或者体系形成氢键更好的结合,提高耐擦洗;

3.绝缘性,矽微粉本身具有较高的体积电阻率,没有游离的离子杂质,从而能够有效提高漆膜表面电阻,提高绝缘性;

4.耐火性,矽微粉成分为二氧化矽,在有机矽树脂或者有机矽硼树脂中添加时,处于高温状态会发生共晶反应形成新的陶瓷相,保护基材;

涂料用矽微粉是一种新型功能性绿色环保填料,因其独特的化学惰性和矿物属性,能够有效的提高漆膜的耐候性,耐磨性以及耐火性,另外本身为无机填料,不含有机杂质和离子杂质,匹配涂料未来绿色环保的发展趋势。

░☆░矽微粉在橡胶中应用

耐磨橡胶制品包括橡胶板、管、带、辊,它要求混炼胶具有很好的渗透性和较强的粘结性,有实验数据表明:填充矽微粉的混炼胶充分体现了胶料稀、渗透性好、分散性好、粘结性强等独特性能,有利于混炼胶在帆布上的擦涂,增强了胶片与帆布之间的粘著强度,制品的拉伸强度、永久变形等机械性能均有明显改善,并且填充矽微粉混炼后,粉料迁移至表面,矽微粉的高硬度增强了制品的耐磨性。

░☆░熔融矽微粉在胶黏剂中应用

熔融矽微粉具有比一般石英粉(也称角形矽微粉)低得多的吸水性和吸油值,它不仅赋予胶黏剂好的稳定性,使许多合成品能够接纳较高比例的填充料,能显著提高耐介质、耐水性、增加韧性和粘接强度。可用于风电叶片及类似大型复合材料结构件的粘接用胶、建筑结构胶等胶黏剂领域。

░☆░矽微粉在灌封胶中应用

在灌封胶领域中,矽微粉一般用来做填充、增硬和提升产品耐腐蚀等。由于矽微粉本身的导热系数在10w/(m.k),所以在低导热要求的热界面材料中,一般用以填充矽微粉和部分角铝来做导热填料。

矽微粉经过表面处理后,其与灌封胶的相容性明显改善,界面相互作用力也随之提高,聚矽氧烷高分子链间的自由滑动受限程度增大,所以改性矽微粉填充后与有机树脂之间的相互作用力依次增大;改性矽微粉削弱了矽微粉原粉的极性,所以由改性矽微粉制备的灌封胶相对介电常数小于由普通矽微粉制备的灌封胶。

衡量介质在外加电场下的极化程度,其大小直接影响电容、电路的分布参数和电路参数。它取决于介质的极性大小,介质的极性大,则高聚物的相对介电常数大;矽微粉经过偶联剂处理后,增加了填料与基体间的界面粘接,从而使链段活动性降低,聚矽氧烷分子间作用力增大,自由体积减小,因而降低了离子载流子的迁移率,导电性减小,体积电阻率增加。

随着矽微粉用量的增大,有机矽电子灌封胶的黏度、热导率和相对介电常数增大,断裂伸长率和体积电阻率减小;矽微粉经偶联剂处理后有利于提高有机矽电子灌封胶的性能,且改性矽微粉制备的灌封胶性能要好于用矽微粉制备的灌封胶。

░☆░海扬研发的改性矽微粉

由于结晶矽微粉的成分是二氧化矽,也是属于矽氧化合物范畴,其颗粒表面也是存在羟基分布,在填充比不大的情况下,一般颗粒间的极性和作用力体现的不是较为明显。

但是当填充比较大时,颗粒间的羟基作用和作用力作用,会使得有机体系整体黏度上升的非常明显,这样会使得下游有机产品的加工工艺变得异常困难,与之发生的就是随着黏度的升高,分散工艺带来的颗粒分散效果变差,使得有机体系内部的颗粒团聚情况严重,从而导致最终产品的储存稳定性下降,表面缩孔,力学性能变差,胶料流动性变差等相关问题。

这里我们做了一些对比分析,选择两组相同的矽微粉(型号一致),一组编号为A,一组编号为B,其中A组在应用产品中正常添加,而B组则在120℃烘箱烘烤2h后,取同样质量分在添加到应用产品中,这时对比两个应用产品的黏度数据,会明显发现添加B组的胶料黏度会比A组的有所降低。

查阅相关资料,我们得知,在高温条件下,矽氧化物经过长时间的烘烤,其颗粒表面羟基会相互缩合一部分,且在无外来极性小分子刺激下,部分羟基会自我断裂,使得填料表面羟基数较之常温下的填料有所减少,从而出现了添加经过烘烤后的B组填料的胶料黏度会偏低的情况。

因此,我们通过分析对比的结果,得知要想解决矽微粉在灌封胶中高比例填充后黏度较高的问题,最有效的途径就是通过化学反应来处理掉分布在其表面的羟基基团,并接上与所添加体系中相适应的活性基团,来改善界面性能。

一般情况下,我们通过对比得出,以环氧树脂为主体的产品体系时,选择以γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基矽烷为处理剂处理矽微粉,其中的三甲氧基会和矽微粉表面羟基在特殊条件下进行缩合,矽烷的另一端会替代原先的羟基,衍生到颗粒表面,从而与环氧树脂中的主体官能团相似结合,较大情况下改善了原先的界面情况,从而降低了颗粒间的极性和作用力,从而提高了产品分散和相关性能。

上表是我司1250目矽微粉HY-G5和用不同比例γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷处理过后HY-G5在不同添加比例的情况下的应用数据测试表,所测试的体系选择的是500cs的乙烯基矽油,在选择行业基础配方的情况下,测试对比分析。从表格中的数据可以明显看出,在55%wt比例下,HY-G5添加后的体系黏度在13370 mPa.s,做过表面处理后的GA-1,在6633 mPa.s,GA-2的黏度数据在4267 mPa.s,且当使用特种矽烷时,所得到GA-3的黏度数据会更加低于前几者。

秉持着海扬用专业创新推动粉体行业发展的企业使命,我们在粉体处理剂以及工艺的选择不会墨守成规,而是从应用端的实际需求和问题出发,深度剖析原粉使用时的问题核心,从而找出最适合解决此类问题的办法。

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