鎂鹽晶須在阻燃防火上的應用

晶須是一種針狀單晶體材料，晶須是以無機物（金屬、氧化物、碳化物、氮化物、無機鹽類、石墨等）和有機聚合物等中的可結晶物為原材料，通過人為控制，以單晶形式生長的形狀類似于短纖維，而尺寸遠小于短纖維的須狀單晶體。其直徑極小，是亞微米和納米級尺寸長度為幾微米至數百微米。在單晶體中有高度有序的原子排列結構，幾乎沒有多晶材料中存在的各種缺陷。由于其晶體結構十分完整，使其具有驚人的力學強度，作為塑料、涂料和陶瓷等材料的改性添加劑，顯示出極優良的物理化學性質和優異的機械性能。

　　1 晶須材料特點

　　1.1晶須的分類

　　從1948年美國貝爾電話公司的科學家首次發現晶須以來，迄今為止材料學家們研究開發出了數百種晶須，有金屬、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物以及無機鹽等類晶須。

　　晶須材料可分為有機晶須和無機晶須兩大類。其中有機晶須主要有纖維素晶須、聚（丙烯酸丁酯-苯乙烯）晶須、聚（4-羥基苯甲酸酯）（PHB）晶須等幾種類型，在聚合物中應用較多。無機晶須主要包括非金屬晶須和金屬晶須兩類，其中在聚合物材料中應用較多的是非金屬晶須，金屬晶須主要用于金屬基復合材料中。

　　非金屬晶須中的陶瓷質晶須的強度和耐熱性優于金屬晶須，是無機晶須中較為重要的一類。它包括炭化硅晶須、氮化硅晶須、莫來石晶須、鈦酸鉀晶須、硼酸鋁晶須、氧化鋅晶須、氧化鎂晶須、硫酸鈣晶須、碳酸鈣晶須和鎂鹽晶須等。而能應用于阻燃防火場合的多是此類晶須。

　　1.2 晶須的性質特點

　　1.2.1具有優良的力學性質

　　（1）很高的斷裂強度和彈性模量。晶須作為細微的單晶體，內部結構十分完整。具有非常堅韌的性質，其抗張強度為玻璃纖維的5-10倍。晶須能彈性地承受較大的應變而無永久變形，晶須經4%的應變還在彈性范圍內，不產生永久形變，而塊狀晶體的彈性變形范圍卻小于0.1%。

　　（2）晶須的耐高溫性。晶須具有不會引起高溫滑移的完整性，溫度升高時，晶須不分解、不軟化，其強度幾乎沒有損失。所以這個特性使其在防火材料中的應用成為可能。

　　（3）晶須具有相當大的長徑比。晶須的橫斷面多具有六角形、斜方形、三角形或薄帶形，不同于玻璃纖維或硼纖維具有圓形橫斷面，大大增加了長徑比。能滿足增強塑料、防火板材時長徑比（30-100）的要求，這樣能使復合材料獲得很高的強度和性能。

　　（4）晶須無疲勞效應。晶須沒有明顯的疲勞特征，即使被磨成粉末、切斷，其強度也不受損失。

　　1.2.2良好的相容性

　　晶須的尺寸細微，不影響復合材料成型流動性，接近于無填充的樹脂。晶須可在有機基體中分布的很均勻，即使是極薄、極狹小甚至邊角部位都能得到增強填充。

　　1.2.3優良平滑性及化學穩定性

　　晶須增強工程塑料膨脹系數及成型收縮率小，有極高的尺寸精度和光潔的平滑表面，遠遠超過碳纖維和玻璃纖維增強材料制品。

　　1.2.4再生性能好

　　用晶須增強的復合材料有良好的重復使用性。實驗表明：材料經多次加工，力學性能變化也不大，再生使用性能很好。

　　作為新型增強材料的晶須，像硅酸鈣、硫酸鈣、硫酸鎂晶須、氫氧化鎂、水合堿式硫酸鎂等晶須，由于它們的阻燃性、防火性、安全性和反復利用性好，在目前對材料的環境要求越來越高的大形式下，我們都對它們的功能和使用寄以厚望。

　　2、鎂鹽晶須材料的應用

　　2.1鎂鹽晶須合成和性質

　　鎂鹽晶須（簡稱MOS），是高性能無機阻燃增強材料。鎂鹽晶須一般以氧化鎂或氫氧化鎂和硫酸鎂為原料，將氫氧化鎂或氧化鎂分散在硫酸鎂水溶液中，加壓并加熱至170～270℃進行水熱合成反應，將生成物洗滌、脫水、燒成，得到鎂鹽晶須。采用該法對擴大生產規模有固難，成本亦高。上述方法的改進采用特定性狀的氧化鎂粉末（表觀密度0.7以上，粒徑100μm以下，純度95%以上），將其分散在可溶性硫酸鹽水溶液中，制成含氧化鎂10%以下（最好5%）的料漿，在充分攪拌下加熱到60℃以上，生成蠶繭狀堿式硫酸鎂。經強剪切力作用，使生成物破碎，解纖，再經過濾回收、干燥、粉碎，得到纖維狀鎂鹽晶須。