无】水硫酸钙
一、无水硫酸钙简介
1. 无水硫酸钙
无水硫酸钙是以二水硫酸钙作为原料，采用先进的工艺及配方生产的具有半水、无水、死烧硫酸钙纤维状单晶体。硫酸钙晶须具有完善的结构、完整的外形、特定的横截面、稳定的尺寸，其平均长径比可达60。硫酸钙晶须同▽其它短纤维比较，有极高的机械强度, 且价格在晶须行业中最低，有其他晶须无可比拟的性能价格比，应用范围非常广泛。其基本性能如下：
|
类别/型号 |
无水硫酸钙晶须 |
|
项目/等级 |
ONODA-01 |
ACS-01 |
|
白度≥ % |
92 |
96 |
|
熔点℃ |
1450 |
1450 |
|
折射率 |
1.585 |
1.585 |
|
水溶性（22℃）< ppm |
1200 |
1200 |
|
密度 ɡ/㎝3 |
2.69 |
2.69 |
|
平均长度 (ｕm) |
50-200 |
40-160 |
|
松散密度 ɡ/㎝3 |
0.1-0.4 |
0.1-0.4 |
|
莫式硬度 |
3-4 |
3-4 |
|
平均直径 (ｕm) |
0.2-4 |
1-8 |
二、 硫酸钙晶须〓应用优势及方向 ·A优势
无水硫酸钙添加到下游制品中的优势, 是针对一般无机填料和玻璃纤维而言的。 现在塑料、橡胶和许多化工制品，均采用填充无机填料以降低成本或提◥高相关性能；采用有机或无机纤维对材料基体起增强作用。其中无机填料主要有：硅灰石、白炭黑、碳酸钙粉、硫酸钙粉等；增强纤维主要有：碳纤维、玻璃纤维、硅灰石纤维和涤纶纤维等。无水硫酸钙集聚了无机填料和增强纤维的优势于↑一身，应用于制品中,体现︻出优异的综合性能。
主要有以下几个方面：
1） 在薄壁制品中添加的优势
抛开无水硫酸钙对薄壁∩制品其他性能的提高，单从薄壁制品加工的形状和尺寸的几何精度♂而言，无水硫酸钙较玻璃纤维极具优势。薄壁制品的形状和尺寸对添加纤维的尺寸有严格的要求，纤维的长度、直径和☆长径比，对薄壁制品的外观质量及薄壁制品注射流动性产生决定性的影响。长径比适中，长度和直径越小，对薄壁制品的质量影响就越小。无水硫酸钙长度为50-200um，直径0.2-4um；而玻纤为长纤维, 即使短切玻纤也是以毫米作计量单位。对具体添加无水硫酸钙和玻璃纤维的制品，如聚四氟乙烯片材，从实测和感观都体现了添加无水硫酸钙『的精细，而添加玻璃纤维在边、角地方有玻纤支出, 显得粗糙。
2）尺寸稳定性好
无水硫酸钙添加到相关制品中，由于其√尺寸、长径比及工艺的影响，其取向没有长纤维和短切纤维有㊣ 规则，这在微观上改变制品的同时，而使制品显示各向同性。长纤维及短切玻纤在增强制品时,都是按近于同一方向(纵向)排列，这使纵向和横向性能产生了差异。表现在制品尺寸上，纵向和横向收缩率的差异较大，从而使制品在环境影响时发生挠曲和变形。这对于高精密的电子、家电零部々件的质量产生极大的影响。而无水硫酸钙应用于制品中，纵向和横向收缩率差异较小，能保证制品尺寸和形状的精度。短切玻纤在PP和ABS中，对尺寸的稳定性有一定的提高，但和硫酸钙晶须相比较，还有一定的差距。具体见下表。
表1 玻纤与无水硫酸钙增强材料收缩率比较
|
树脂收缩率(%) |
PP |
ABS |
|
玻纤增强 |
晶须增强 |
玻纤增强 |
晶须增强 |
|
纵向 |
2.1 |
0.41 |
0.03 |
0.13 |
|
横向 |
0.8 |
0.16 |
0.4 |
0.10 |
|
纵向/横向 |
2.65 |
2.56 |
13.3 |
1.3 |
3）提高制品的表面光洁度
在电子、电器和日用生活品中，制品的表面光洁度，是人们所要求的质量指标之一。由于无水硫酸钙表现为纤维增强，虽长径比较大，但尺寸很小。在增强制品时不表现类似长纤维增强时所表现的粗糙、不平整、无光泽等现象。
4） 提高制品的耐热温度
无水硫酸钙具有无机填料的热均匀性，熔点为1450℃，在900℃时，仍保持其原有的机械性能。将其添加到制品中能显著地提高制品的耐热温度。如台湾奇美757的ABS料，基体热变形●温度为84℃，无水硫酸钙增强后的热变形温度々为90℃；纯PP粉对PP母粒，可通过加入无水硫酸钙增强，且将热变形温度从81.73℃ 提高到118.64℃。
5）减少对设★备的磨损
众所周知，利用玻璃纤维增强聚合物时，混合设备所受到的磨损相当严重，其主要原因为玻纤具有高的表面硬度和刚度。而无水硫酸钙对聚合物增强时却不会造成设备磨损，这是因为无水硫酸钙不仅表面硬度较低，更在于〖其微细的结构和具有好的流动性。
6） 增韧和增强
无水硫酸钙是一种短纤维，对制品有增强的性能。硫酸钙晶须添加到制品中时，采用不同规格的晶须和不同的添加工艺，能达到不同的增韧、增强效果。对增强PP而言，拉伸强度可达57.5MPa；对增韧PP而言，其缺口冲击强度可达162 J/M。
7） 降低磨耗
可替代石棉，作无石棉摩擦材料。
8） 提高模具的充满程度
在纤维增强压铸、浇铸成型时，添加无水硫酸钙比添加其他纤维有较好的流动性，能充满整个模具，使制品尺寸更加准确，提高成材率。
9） 提高介电性能
添加无水硫酸钙后可提高制品介电性能，从而可用于电子、电气及家电零部件。
10） 提高熔融指数
无水硫酸钙在添加到聚四氟乙烯，聚氨酯、PP、ABS时其熔融指数和基体相当，并且可根据具体要求进行调节。
11） 无毒
无水硫酸钙无毒,可用于食品的过滤。而玻璃纤维吸入肺中容易致癌。
12） 具有价格优势
2．应用方向 根据无水硫酸钙的性能优势，其在应用有以下方向：
1） 用于增强PP、PA、ABS、PBT、PET、聚氨酯、硅橡胶和氟橡胶等橡塑产品。增强制品可广泛╲应用电子、电气、电器、机械、汽车,化工装置的零部件，提高其相关性能。
2）用于过滤材料，利用晶须间隙和特殊处理后的表面活性，可广泛用作啤酒、饮料、果汁等的过滤。工艺简单，效率高，成本低。
3）用于摩擦№材料，可替代石棉，生产无石棉摩擦材料，以及用于耐磨性的对偶件。
4）用于胶粘剂及密封胶。
5） 用于提高沥青的软化温度，制造难燃纸张和耐热传送带。
6）用于轻质隔热材料和涂料、油漆等→行业。
(3) 国内外无水硫酸钙应用实例
1 无水硫酸钙应用于PBT、PA66中
无水硫酸钙可应用于热固性树脂和热塑性树脂。无水硫酸钙应用于PBT、PA66中，其挠曲强度、抗张强度和热变形温度都较硅灰石添加有所提高。具体见下表：
表2, 无水硫酸钙在PBT、PA66中的应用效果
|
性能 |
Pa66 |
PBT |
|
晶须 |
硅灰石 |
晶须 |
硅灰石 |
|
挠曲强度MPa |
135 |
93 |
99 |
56 |
|
抗张强度MPa |
76 |
55 |
58 |
50 |
|
热变形温度℃ |
239 |
202 |
196 |
145 |
2 无水硫酸钙在聚丙烯酸脂薄膜中的应用
分别用无水硫酸钙和斜方晶体结构的硫酸钙硬石膏粉为聚丙烯酸脂薄膜的增强剂。由结果可清楚地看到，后者对性能无改进，而加入18%的硫酸钙晶须与无填料的对照物相比较，抗张强度几乎增强了一倍，模量增加了近5倍之多。详见下表：
表3, 无水硫酸钙在聚丙烯酸中的应用
|
材料 |
重量(%) |
抗张强度MPa |
抗张模量MPa |
|
对照物 |
0 |
2.3 |
9.6 |
|
石膏粉 |
18 |
2.3 |
8.96 |
|
无水硫酸钙 |
18 |
3.86 |
47.5 |
3．无水硫酸钙在沥青中的应用
无水硫酸钙添加到沥青中，它对提高沥青的软化点有决定性的影响。这种影响导致了将无水硫酸钙在屋顶材料特别是代←替玻璃纤维以有机物为基础的毡材方面应用的进一步开发工作。不同结构的硫酸钙和不同量的无水硫酸钙对沥青性能影响见下表：
表4、硫酸晶须在沥青中的应用
|
添加物 |
用量(重量%) |
软化点(OF) |
|
对照物 |
0 |
53.3 |
|
无水硫酸钙 |
3.0 |
61.2 |
|
5.6 |
65.5 |
|
7.0 |
65.6 |
|
18.8 |
83.4 |
|
硬石膏粉 |
18.8 |
58.2 |
|
石膏 |
在沥青中不混合 |
4、尼龙6
PA6采用无水硫酸钙增强后，其抗№张强度、挠曲强度及热畸变温度均有显著提高，而其中抗张强度提高了一倍。无水硫酸钙增强PA6的结果如↓表5所示：
表5 无水硫酸钙增强PA6的效果
|
性能 |
单位 |
填充(重量30%) |
未填充 |
|
抗张强度 |
MPa |
82 |
62 |
|
抗张模量 |
MPa |
4410 |
2254 |
|
挠曲模量 |
MPa |
3920 |
2156 |
|
挠曲强度 |
MPa |
118 |
86 |
|
热畸变温度 |
℃ |
90.5 |
65 |
5．摩擦材料
由于石棉粉尘会引起肺、支气管等许多疾病，西方发达国家已禁止在摩擦材料中试用石棉，我国也将减少石棉在摩擦材料中的试用。无水硫酸钙无毒，适合作为石棉的代用品，其作为无石棉摩擦片的结果如下；
表6、无水硫酸钙在摩擦材料上的应用效果
|
摩擦盘温度(℃) |
100 |
150 |
200 |
250 |
|
摩擦系数
降温 |
国标GB |
0.3-0.6 |
0.3-0.6 |
0.2-0.6 |
0.15-0.6 |
|
升温 |
0.3 |
0.34 |
0.40 |
0.41 |
|
降温 |
0.36 |
0.36 |
0.40 |
0.44 |
|
磨损率
10-7cm3/kgf.m |
标准≤ |
0.31 |
0.41 |
0.66 |
1.38 |
|
实测 |
0.17 |
0.17 |
0.3 |
10.52 |
由上表⌒ 可知，含无水硫酸钙的摩擦材料性能稳定，摩擦系数在100-200℃温度范围内变化不大，实测的磨损率远低于标准要求的数值。
6．其他应用
无水硫酸钙被广泛用于难燃纸张，纤维素塑料，建筑材料和其他材料的补强剂。比如；
(1) 无水硫酸钙添加到纤维素纸浆中可制得高强度的防火纸。
(2) 无水硫酸钙可用于作瓦愣纸、包装纸等的抗滑剂。
(3) 无≡水硫酸钙涂上10-80wt%的金属如金、银、铜、铂等可作为抗静电材料，并且有良好的防火性和刚性。
(4) 无水硫酸钙可用于具有抗水解性能和耐磨性的树脂基♂复合材料。
推荐应用产品及性能指标
•环氧胶粘剂 将无水硫酸钙与环氧胶粘剂常用的填料进行粘结强度的对比测试，得知无水硫酸钙对环氧胶粘剂性能有较好的影响。
1、填充无水硫酸钙的环▂氧胶粘剂,拉伸强度和剪切强度勉县提高。2、将无水硫酸钙与其他填料如石英粉混合用于配制环氧胶粘剂拉伸强度和剪切强度都明显提高(约40%18%)。3、已无水硫酸钙配制环氧树脂胶粘剂分散性好，触变性大，施工不流淌，固化后表面光滑，不出现白化现象。
•聚四氟乙烯 商品名：LA-SFB-01
拉伸强度：15.3MPa(23℃)
伸长率：265%(23℃)
介电强度：20kv/mm
磨痕宽度：6mm
熔点：377℃
热失重：0.02%
该性能指标适用于聚四氟乙烯板材、棒材。数据提供是上海化工厂据北京化工大学试验工艺基础及配方生产应用时采样得出，现已制成制品在下游制品中应用。
•PA66 商品名：LA-PA66-H01
拉伸强度：134MPa(23℃)
弯曲强度：118MPa(23℃)
弯曲模量：6GPa
伸长率：4%
缺口冲击强度：4.3KJ/m2
邵氏硬度：80
热变形温度：239℃(0.45MPa)
熔融指数：52.4g/10min
成型收缩率♀：0.9-1.1%
该性能指标适用于自动打字机凸轮，电子和电器开关，骑车，船舶的油孔盖，转速表齿轮等。
•聚丙烯 商品名：LA-PP-H01
拉伸强度：30.8MPa (23℃)
弯曲强度：60.2 MPa
断裂伸长率：238.33%
缺口冲击强度：69.06J/m2
邵氏硬度：44
维卡软化点︻：155.94℃(1kg)
热变形温度：123.9℃(0.45 MPa)
成型收缩率：纵向0.41%
横向0.16% (23℃)
熔融指数：5.46g/10min
该指标适用于汽车前护板、后车罩、空气过滤器罩、风扇罩、加热器壳、电池箱及内部∮装饰面板；电器上做各种仪器表壳、盖和各种零部件；在化工方面用于真空过滤壳体、过滤板、阀门、管件等。
•ABS 商品名：LA-ABS-G01
拉伸倾诉：45MPa
断裂伸长率：20.3 %
缺口冲击强度：110J/m2 (23℃)
邵氏硬度：48
维卡软化点：103.37℃
热变形温度：92.8℃
收缩率：纵向0.13%
横向0.10% (23℃)
该指标适用于录音机、电视机、电冰箱、洗衣机、空调机和吸尘器的外壳、内衬与配件；汽车上的仪表架、挡泥▲板及其它配件；还可用于鞋、箱包、办公设备、玩具及家具。
