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第八节 天然矿物纤维

浏览次数: 日期:2017-06-07

第二节  天然矿物纤维

    1, 纤维海泡石                   

     海泡石(SepioIite)是一种富镁纤维状硅酸盐粘土矿物总称。

    海泡石的化学式为Mg8[Si12O30](OH)4·12H2O。外观为淡白色或灰白色,硬度2-2.5, 比重2.2。纤维海泡石的化学成份如下:

成份

SiO2

 MgO

Al2O3

CaO

L.O.I

含量 %

56.14

24.9

0.7

1.7

15

热液性纤维海泡石经松解加工后,纤维束径约为0.2-7.0μm,而以1μm最为常见。束径与长度比为160--1100,属钭方晶体系或单钭晶系,

     纤维海泡石的拉伸强度较低,仅为石棉的----1/10。因此它不能象石棉那样单独承担摩擦材料的增强功能。通常在摩擦材料配方中,将海泡石和其它纤维,如钢纤维、矿棉等混合使用来达到制品强度要求。

指标名称

指标

筛分析

-18

长径比  g/Cm3

>15

密度

2.9

容重  ml/100g

>160

纤维海泡石的晶体结构是属链状结构。在链状结构中含有层状结构类型的小      单元,属2:1型层;这种单元层与单元层之间的孔道较大,可达3.8×9.8°A,因此,纤维海泡石具有很大的比表面积和孔隙度,比表面最大可达150m2/g,这使得海泡石有很强的吸附性,脱色性和分散性。它在摩擦材料生产工艺中,具有下面的特性:

    1,高的比表面积和孔隙度,使海泡石与树脂、填料接触时能产生很好的界面效应,其实质是发生了范得华力的物理吸附,因此在混合搅拌过程中,能很好地吸收粘结剂和填料,表现为良好的浸润性,并能和填料间均匀的混合。

    2,海泡石的晶道孔隙结构,具有“分子筛”作用,当高聚物粘结剂受热分解时,产生的小分子气体和液体物可暂聚在孔道内,而不滞聚在摩擦表面,这有利于减少热衰退的程度。

     3,海泡石的巨大内、外表面积,使其吸水性强,易吸潮,故在生产过程中需注意保持海泡石原料的干燥,避免出现压制起泡现象。

    海泡石有分阶段失水的特点,<240℃时,脱去吸附水和沸石水;240-430℃脱去一半结合水,晶体会发生折迭,L.O.I12A收缩到9.85-10.02A,430-700℃脱去另一半结合水,升至860℃后开始脱去以-OH存在的化合水,晶体结构遭到破坏而失去强度。

     纤维海泡石的外观色泽,纤维直径以及诸多性能(比重、硬度、比表面积、吸附性、分散性、耐热性等),在摩擦材料制品生产中的工艺性能等与石棉很相似,故可较方便的用为石棉的代用材料来使用。但由于热液型纤维状海泡石矿脉常充填于碳酸盐岩,蛇纹岩等富镁岩裂隙中,使海泡石纤维中有时混杂有纤蛇纹石棉,在用纤维海泡石制造无石棉摩擦材料时,需特别加以注意。

    2, 针状硅灰石

    硅灰石(Wollastone)是一种无穷链状的偏硅酸钙矿物。化学式为CaSiO3,化学成份理论组成为CaO  48.3% SiO251.7%。硬度4-5;比重2.8。外观为灰白色针状纤维物。

    硅灰石耐酸、耐碱、耐化学腐蚀,热稳定性好,熔点为1540℃,不含吸附水和结晶水,在900℃时仍很稳定,除此之外,硅灰石还具有湿膨润性低,吸油率低的特点。

    硅灰石的一项重要性能是长径比,针状硅灰石的长径比一般为6-20,长径比与硅灰石的增强作用有密切的关系。长径比越大,增强作用也越好,用于摩擦材料的硅灰石长径比,以大于15为最好。

国内有人对针状硅灰石的增强作用作了基础性能试验,用硅灰石80%与树脂20%的配比,配制后按常规工艺进行压制和热处理,制成的刹车片其冲击强度为0.3-0.32dj/cm3,相当于六级石棉的增强效果。研究认为,硅灰石可和少量的主体纤维,如玻璃纤维、芳伦纤维等制造具有足够强度的摩擦材料制品。

    针状硅灰石的纤维长度较短,平均为1mm左右,少数有达到2mm的。且质地较脆,在加工过程中易受断裂。故增强作用不如其它纤维。按摩擦材料三元组份的常用配比即粘结剂:纤维:填料=204040重量百分比,若硅灰石在组份中的用量为40%左右时,制品的抗冲击强度应在0.2dj/cm2左右。由此可见,针状硅灰石只能作为辅助增强组份配合其它主体纤维使用。我国硅灰石矿产资源丰富,原料易得,价格又较其它材料便宜,因此针状硅灰石为许多摩擦材料厂广泛采用。

    针状硅灰石除了增强作用外,还兼具增摩作用,对摩擦材料的常温摩擦系数和高温摩擦系数均有提高的作用,且此种增摩作用,随其用量比例加而提高。

由此可见,硅灰石具有较强的增摩作用,但实际使用中对于针状硅灰石在摩擦材料中的用量很少有超过15-20%的,原因是硅灰石的莫氏硬度为4-5,质地较硬,能产生较高的摩擦系数,用量高时会导至噪音的产生和加大,这一点是要注意避免的。    

 

    3,水镁石

 

    4,纤维石

试验温度

性能

纤维名称

100℃

150℃

200

250

300℃

dj/Cm2

洛氏硬度

新康5-60

石棉

μ

0.307

0.399

0.372

0.390

0.402

0.28

93.8

ν

0.165

0.514

0.263

0.180

0.624

硅灰石

μ

0.567

0.636

0.668

0.668

 

0.26

95

ν

0.299

0.373

0.206

0.223

 

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