鈦酸鉀晶須的研究與發(fā)展現(xiàn)狀

崔海寧 劉柯帆（沈陽(yáng)師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

鈦酸鉀晶須的研究與發(fā)展現(xiàn)狀

崔海寧 劉柯帆（沈陽(yáng)師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

鈦酸鉀晶須是目前研究十分深入的一類(lèi)高分子材料，它所具備的特性，例如耐熱隔熱優(yōu)良、高度絕緣等，讓它在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。在此全面介紹了鈦酸鉀晶須，以及它的合成與表面處理技術(shù)。除此之外，對(duì)于鈦酸鉀晶須目前的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了討論。

鈦酸鉀晶須；材料；合成；表面處理；發(fā)展現(xiàn)狀

1 鈦酸鉀晶須介紹與合成方法

在人為設(shè)定的環(huán)境中，逐漸生長(zhǎng)成的直徑極小的高純度纖維材料，以單晶形式存在的高分子材料叫晶須。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在當(dāng)今科技前沿，確實(shí)已設(shè)計(jì)出超過(guò)100種的晶須，不過(guò)并不是每一類(lèi)晶須都能夠在工業(yè)上實(shí)際生產(chǎn)以及在各領(lǐng)域應(yīng)用，就目前生產(chǎn)技術(shù)來(lái)說(shuō)，僅僅有碳化硅,鈦酸鉀等為數(shù)不多的晶須能夠?qū)嶋H生產(chǎn)、應(yīng)用[1]。

鈦酸鉀晶須是目前使用十分頻繁的一種，造價(jià)低，并且目前在工業(yè)塑料制造，先進(jìn)設(shè)備儀器生產(chǎn)，以及高精尖設(shè)備應(yīng)用等領(lǐng)域使用廣泛，所以鈦酸鉀晶須被認(rèn)為是最受歡迎晶須之一[2]。

這種晶須屬于高分子類(lèi)型，外表呈縫衣針樣，它的化學(xué)式為K2O.nTiO2，其中n=2、4、6、8[3]。當(dāng)n取值2、4時(shí)，鈦酸鉀結(jié)構(gòu)是層面狀的，鉀離子則處于層與層之間，能夠進(jìn)行離子交換，因此在離子交換應(yīng)用領(lǐng)域可產(chǎn)生一定作用。當(dāng)n取6時(shí)，稱(chēng)為六鈦酸鉀晶須，它的結(jié)構(gòu)是管狀的，鉀離子則分布在管道內(nèi)部，此結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)固，機(jī)械性能優(yōu)良。而且鈦酸鉀晶須在各領(lǐng)域時(shí)可產(chǎn)生不一樣作用，根據(jù)導(dǎo)電性能差異差異可分為能導(dǎo)電和不能導(dǎo)電兩種[4]。鈦酸鉀晶須的空間構(gòu)造對(duì)它本身功能能產(chǎn)生影響，若想保持鈦酸鉀晶須的最高強(qiáng)度，具備完整晶體結(jié)構(gòu)是必備的。

2 鈦酸鉀晶須的表面處理

晶須以及基體的表面在混合時(shí)會(huì)出現(xiàn)分隔界面，此界面具備的特性影響到復(fù)合材料的各方面性質(zhì)，所以在合成時(shí)需要形成最好的界面以滿(mǎn)足復(fù)合材料性能，而不同偶聯(lián)劑和不同晶須則形成不同品質(zhì)的復(fù)合材料，一般來(lái)說(shuō)常用的是硅烷偶聯(lián)劑。不僅如此，鈦酸鉀晶須的表面處理和最終生產(chǎn)時(shí)的損傷問(wèn)題同樣需要解決。在生產(chǎn)時(shí)，直徑極小的晶須十分容易因?yàn)閿D壓等問(wèn)題斷裂，一旦斷裂之后，晶須長(zhǎng)度變短對(duì)復(fù)合材料的增強(qiáng)能力也就大大降低，品質(zhì)低劣。在表面處理時(shí)，為避免晶須受損設(shè)備儀器不能運(yùn)轉(zhuǎn)太快，根據(jù)晶須的含量高低進(jìn)行混勻速度和時(shí)間的改變，從而獲得優(yōu)良性能復(fù)合材料。

3 鈦酸鉀晶須的應(yīng)用

鈦酸鉀晶須具有許多工業(yè)領(lǐng)域所需要材料所具備的性能，能夠高度絕緣、并且耐熱隔熱性能十分優(yōu)良。而且膨脹系數(shù)和塑料比起來(lái)相差無(wú)幾，復(fù)合增強(qiáng)材料的優(yōu)良品質(zhì)體現(xiàn)出良好的抗磨能力。在復(fù)合塑料、耐磨、隔熱、絕緣材料等方向使用頻繁。

3.1 鈦酸鉀晶須在塑料中的應(yīng)用

六鈦酸鉀晶須是使用最為廣泛的，因?yàn)樗睆郊?xì)小、能夠均勻廣泛分散在樹(shù)脂里面。玻璃纖維直徑大且長(zhǎng)，難以在精細(xì)的復(fù)合材料模具里面均勻分散，在產(chǎn)品中出現(xiàn)纖維欠缺點(diǎn)，使得各方面性能低劣，而且產(chǎn)品的外表粗糙不平，對(duì)模具產(chǎn)生損耗作用。

3.2 鈦酸鉀晶須在摩擦材料中的應(yīng)用

鈦酸鉀晶須能夠增加制造物的耐磨能力，以及使其更加光滑，所以在復(fù)合材料設(shè)計(jì)制造時(shí)，采用恰當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)附加劑就能制造出更加優(yōu)良的復(fù)合材料。采用玻璃纖維作為添加劑，耐磨損試驗(yàn)使得添加了玻璃纖維的材料表面變得非常粗糙，而采用鈦酸鉀晶須的復(fù)合材料在試驗(yàn)之后外觀平滑度沒(méi)有太大變化，可見(jiàn)晶須其性能十分良好。楊波等在摩擦磨損機(jī)制研究的研究中，發(fā)現(xiàn)正是鈦酸鉀晶須的細(xì)小個(gè)頭和晶須形貌使得添加晶須的復(fù)合物具有良好的摩擦性能。最終經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，添加鈦酸鉀晶須的材料更加耐磨，表面更加光滑，降低摩擦系數(shù)，鈦酸鉀晶須百分含量為8%的材料相對(duì)于未添加增強(qiáng)劑的材料的耐磨性能增加了10倍左右，摩擦系數(shù)減小三分之一。

3.3 鈦酸鉀晶須在隔熱材料中的應(yīng)用

鈦酸鉀晶須在1200℃的條件下依然能保持穩(wěn)定，不斷、反復(fù)提供熱能長(zhǎng)達(dá)12個(gè)月依然無(wú)其他反?，F(xiàn)象出現(xiàn)，而且具備十分小的熱傳導(dǎo)率，可以作為優(yōu)良的隔熱材料。目前，硅樹(shù)脂復(fù)合材料中已經(jīng)添加了此物，可用于耐蝕涂料和絕熱材料，在腐蝕性、高熱環(huán)境中能保持穩(wěn)定。

3.4 鈦酸鉀晶須在濾膜、隔膜中的應(yīng)用

在工業(yè)操作環(huán)境變化多端、操作溫度高于一般場(chǎng)合時(shí)，有機(jī)膜的使用就得到了大大限制，因?yàn)橛袡C(jī)膜抗?fàn)坷?，而且無(wú)法耐熱。在考慮到這種使用問(wèn)題之后，日本率先將添加了鈦酸鉀晶須的高分子復(fù)合材料制成纖薄，滲透壓小，能夠良好親和溶劑的濾膜，這種膜不僅具備有機(jī)膜所擁有的優(yōu)良性能，而且可以在不同于一般場(chǎng)合的環(huán)境中使用，鈦酸鉀晶須提高了復(fù)合材料的抗?fàn)坷院湍蜔嵝?，可用于需要高溫高壓的?chǎng)合，例如食品盒以及醫(yī)療用具的消毒。

[1]袁建君，方琪，劉智恩.晶須的研究進(jìn)展[J].材料科學(xué)與工程，1996,14(4):1-7.

[2]陳康康，王剛，王來(lái)穩(wěn).制各工藝對(duì)六鈦酸鉀晶須隔熱材料性能的影響[J].耐火材料，2010,44(4):276-279.

[3]胡曉蘭，梁國(guó)正.偶聯(lián)劑對(duì)鈦酸鉀晶須/雙馬來(lái)酞亞胺樹(shù)脂摩擦磨損性能的影響[fJl.高分子學(xué)報(bào)，2004(6):844-848

[4]胡恒瑤，古宏晨，程存康，等.六欽酸鉀晶須制備新工藝[J]中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2004,14(1):363-368

2017年沈陽(yáng)師范大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃省級(jí)項(xiàng)目（201710166117）

崔海寧，女，遼寧海城人，沈陽(yáng)師范大學(xué)本科生。