镁盐晶须防火上的应用

　晶须是一种针状单晶体材料，晶须是以无机物（金属、氧化物、碳化物、氮化物、无机盐类、石墨等）和有机聚合物等中的可结晶物为原材料，通过人为控制，以单晶形式生长的形状类似于短纤维，而尺寸远小于短纤维的须状单晶体。其直径极小，是亚微米和纳米级尺寸长度为几微米至数百微米。在单晶体中有高度有序的原子排列结构，几乎没有多晶材料中存在的各种缺陷。由于其晶体结构十分完整，使其具有惊人的力学强度，作为塑料、涂料和陶瓷等材料的改性添加剂，显示出极优良的物理化学性质和优异的机械性能。

　　 1 晶须材料特点

　　1.1晶须的分类

　　从1948年美国贝尔电话公司的科学家首次发现晶须以来，迄今为止材料学家们研究开发出了数百种晶须，有金属、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物以及无机盐等类晶须。

　　晶须材料可分为有机晶须和无机晶须两大类。其中有机晶须主要有纤维素晶须、聚（丙烯酸丁酯-苯乙烯）晶须、聚（4-羟基苯甲酸酯）（PHB）晶须等几种类型，在聚合物中应用较多。无机晶须主要包括非金属晶须和金属晶须两类，其中在聚合物材料中应用较多的是非金属晶须，金属晶须主要用于金属基复合材料中。

　　非金属晶须中的陶瓷质晶须的强度和耐热性优于金属晶须，是无机晶须中较为重要的一类。它包括炭化硅晶须、氮化硅晶须、莫来石晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化锌晶须、氧化镁晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须和镁盐晶须等。而能应用于阻燃防火场合的多是此类晶须。

　　1.2 晶须的性质特点

　　1.2.1具有优良的力学性质

　　（1）很高的断裂强度和弹性模量。晶须作为细微的单晶体，内部结构十分完整。具有非常坚韧的性质，其抗张强度为玻璃纤维的5-10倍。晶须能弹性地承受较大的应变而无永久变形，晶须经4%的应变还在弹性范围内，不产生永久形变，而块状晶体的弹性变形范围却小于0.1%。

　　（2）晶须的耐高温性。晶须具有不会引起高温滑移的完整性，温度升高时，晶须不分解、不软化，其强度几乎没有损失。所以这个特性使其在防火材料中的应用成为可能。

　　（3）晶须具有相当大的长径比。晶须的横断面多具有六角形、斜方形、三角形或薄带形，不同于玻璃纤维或硼纤维具有圆形横断面，大大增加了长径比。能满足增强塑料、防火板材时长径比（30-100）的要求，这样能使复合材料获得很高的强度和性能。

　　（4）晶须无疲劳效应。晶须没有明显的疲劳特征，即使被磨成粉末、切断，其强度也不受损失。

　　1.2.2良好的相容性

　　晶须的尺寸细微，不影响复合材料成型流动性，接近于无填充的树脂。晶须可在有机基体中分布的很均匀，即使是极薄、极狭小甚至边角部位都能得到增强填充。

　　1.2.3优良平滑性及化学稳定性

　　晶须增强工程塑料膨胀系数及成型收缩率小，有极高的尺寸精度和光洁的平滑表面，远远超过碳纤维和玻璃纤维增强材料制品。

　　1.2.4再生性能好

　　用晶须增强的复合材料有良好的重复使用性。实验表明：材料经多次加工，力学性能变化也不大，再生使用性能很好。

　　作为新型增强材料的晶须，像硅酸钙、硫酸钙、硫酸镁晶须、氢氧化镁、水合碱式硫酸镁等晶须，由于它们的阻燃性、防火性、安全性和反复利用性好，在目前对材料的环境要求越来越高的大形式下，我们都对它们的功能和使用寄以厚望。

　　2、镁盐晶须材料的应用

　　2.1镁盐晶须合成和性质

　　镁盐晶须（简称MOS），是高性能无机阻燃增强材料。镁盐晶须一般以氧化镁或氢氧化镁和硫酸镁为原料，将氢氧化镁或氧化镁分散在硫酸镁水溶液中，加压并加热至170～270℃进行水热合成反应，将生成物洗涤、脱水、烧成，得到镁盐晶须。采用该法对扩大生产规模有固难，成本亦高。上述方法的改进采用特定性状的氧化镁粉末（表观密度0.7以上，粒径100μm以下，纯度95%以上），将其分散在可溶性硫酸盐水溶液中，制成含氧化镁10%以下（最好5%）的料浆，在充分搅拌下加热到60℃以上，生成蚕茧状碱式硫酸镁。经强剪切力作用，使生成物破碎，解纤，再经过滤回收、干燥、粉碎，得到纤维状镁盐晶须.

图1 镁盐晶须的电子衍射谱图