崔海寧 劉柯帆（沈陽師范大學化學化工學院，遼寧 沈陽 110034）

鈦酸鉀晶須的研究與發(fā)展現(xiàn)狀

崔海寧 劉柯帆（沈陽師范大學化學化工學院，遼寧 沈陽 110034）

鈦酸鉀晶須是目前研究十分深入的一類高分子材料，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，對于鈦酸鉀晶須目前的發(fā)展現(xiàn)狀進行了討論。

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)的不斷進步，在當今科技前沿，確實已設(shè)計出超過100種的晶須，不過并不是每一類晶須都能夠在工業(yè)上實際生產(chǎn)以及在各領(lǐng)域應(yīng)用，就目前生產(chǎn)技術(shù)來說，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，造價低，并且目前在工業(yè)塑料制造，先進設(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為是最受歡迎晶須之一[2]。

這種晶須屬于高分子類型，外表呈縫衣針樣，它的化學式為K2O.nTiO2，其中n=2、4、6、8[3]。當n取值2、4時，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n取6時，稱為六鈦酸鉀晶須，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，機械性能優(yōu)良。而且鈦酸鉀晶須在各領(lǐng)域時可產(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)造對它本身功能能產(chǎn)生影響，若想保持鈦酸鉀晶須的最高強度，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會出現(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)，所以在合成時需要形成最好的界面以滿足復(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，一般來說常用的是硅烷偶聯(lián)劑。不僅如此，鈦酸鉀晶須的表面處理和最終生產(chǎn)時的損傷問題同樣需要解決。在生產(chǎn)時，直徑極小的晶須十分容易因為擠壓等問題斷裂，一旦斷裂之后，晶須長度變短對復(fù)合材料的增強能力也就大大降低，品質(zhì)低劣。在表面處理時，為避免晶須受損設(shè)備儀器不能運轉(zhuǎn)太快，根據(jù)晶須的含量高低進行混勻速度和時間的改變，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)和塑料比起來相差無幾，復(fù)合增強材料的優(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，因為它直徑細小、能夠均勻廣泛分散在樹脂里面。玻璃纖維直徑大且長，難以在精細的復(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，使得各方面性能低劣，而且產(chǎn)品的外表粗糙不平，對模具產(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)計制造時，采用恰當?shù)幕瑒痈郊觿┚湍苤圃斐龈觾?yōu)良的復(fù)合材料。采用玻璃纖維作為添加劑，耐磨損試驗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)合材料在試驗之后外觀平滑度沒有太大變化，可見晶須其性能十分良好。楊波等在摩擦磨損機制研究的研究中，發(fā)現(xiàn)正是鈦酸鉀晶須的細小個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)過實驗驗證，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%的材料相對于未添加增強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)提供熱能長達12個月依然無其他反?，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合時，有機膜的使用就得到了大大限制，因為有機膜抗牽拉差，而且無法耐熱。在考慮到這種使用問題之后，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膜所擁有的優(yōu)良性能，而且可以在不同于一般場合的環(huán)境中使用，鈦酸鉀晶須提高了復(fù)合材料的抗牽拉性和耐熱性，可用于需要高溫高壓的場合，例如食品盒以及醫(yī)療用具的消毒。

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

[2]陳康康，王剛，王來穩(wěn).制各工藝對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，梁國正.偶聯(lián)劑對鈦酸鉀晶須/雙馬來酞亞胺樹脂摩擦磨損性能的影響[fJl.高分子學報，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]中國有色金屬學報，2004,14(1):363-368

2017年沈陽師范大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃省級項目（201710166117）

崔海寧，女，遼寧海城人，沈陽師范大學本科生。