中文名 | 高分子復(fù)合粘土納米管及其性質(zhì)研究 | 項(xiàng)目類(lèi)別 | 青年科學(xué)基金項(xiàng)目 |
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依托單位 | 云南大學(xué) | 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 | 李翠萍 |
本項(xiàng)目提出以廉價(jià)易得的粘土礦物-埃洛石納米管為模板,通過(guò)埃洛石納米管表面的原位復(fù)合、聚合接枝、高分子化學(xué)改性和功能物質(zhì)復(fù)合等聯(lián)合技術(shù)制備結(jié)構(gòu)、組成可控的復(fù)合功能納米管,并對(duì)其潤(rùn)濕性能和敏感性能進(jìn)行系統(tǒng)研究。在原位復(fù)合方面,通過(guò)調(diào)節(jié)體系pH值,常溫下一步制備了銳鈦礦型、銳鈦礦/金紅石混晶、金紅石型TiO2復(fù)合粘土納米管,避免了高溫煅燒所引起的TiO2晶粒尺寸的改變和粘土納米管結(jié)構(gòu)改變等問(wèn)題。進(jìn)一步研究了光催化性能,結(jié)果表明:可見(jiàn)光下,銳鈦礦粘土納米管、銳鈦礦-金紅石混晶的粘土復(fù)合納米管的光催化性能均優(yōu)于P25和粘土納米管,且銳鈦礦-金紅石混晶的粘土納米管光催化性能較強(qiáng)。將上述常溫液相制備結(jié)晶TiO2/粘土納米管的方法進(jìn)一步延伸至其它結(jié)晶無(wú)機(jī)物及金屬、聚合物復(fù)合粘土納米管的制備中。在聚合物改性粘土納米管的制備、官能團(tuán)轉(zhuǎn)化及凝膠化方面,圍繞ATRP制備了聚合物改性粘土納米管,并對(duì)聚合物改性的粘土納米管進(jìn)一步改性衍生高分子凝膠,以凝膠特性誘導(dǎo)功能物質(zhì)優(yōu)先生長(zhǎng)(如磁性金屬鎳納米顆粒、導(dǎo)電性聚苯胺、無(wú)機(jī)TiO2等),實(shí)現(xiàn)對(duì)其尺寸、組成、晶體結(jié)構(gòu)的調(diào)控。在復(fù)合功能粘土納米管潤(rùn)濕性能研究方面,發(fā)展了簡(jiǎn)單可大規(guī)模生產(chǎn)制備Janus納米管和微膠囊的方法,具有普適性。通過(guò)常規(guī)的硅氧偶聯(lián)劑對(duì)粘土納米管的內(nèi)/外表面同時(shí)改性,再通過(guò)HCl選擇性刻蝕內(nèi)表面的Al2O3,得到內(nèi)/外表面性質(zhì)不同的Janus納米管,Janus納米管的空腔尺寸、形狀和潤(rùn)濕性可通過(guò)刻蝕時(shí)間進(jìn)行調(diào)控,同時(shí)可對(duì)其功能性和形狀進(jìn)行衍生,制備出一系列復(fù)合的Janus納米管和納米片。以不同潤(rùn)濕性的復(fù)合功能粘土納米管作為顆粒乳化劑,制備了Pickering 乳液,再結(jié)合溶膠-凝膠、溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)相分離、界面聚合等手段,得到不同組成及結(jié)構(gòu)的中空、實(shí)心、毛刺狀微膠囊。在復(fù)合功能粘土納米管敏感性能研究方面,利用酸選擇性地去除復(fù)合粘土納米管中的Al2O3,通過(guò)調(diào)節(jié)刻蝕時(shí)間,控制空腔和比表面積的大小。進(jìn)一步利用化學(xué)方法對(duì)刻蝕粘土納米管進(jìn)行化學(xué)改性,如硅烷偶聯(lián)劑改性并進(jìn)行ATRP反應(yīng)引入特定官能團(tuán),賦予敏感特性。利用響應(yīng)型聚合物水凝膠的敏感特性控制聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的膨脹和收縮,實(shí)現(xiàn)了粘土礦物負(fù)載型催化劑催化活性的調(diào)節(jié)和功能物質(zhì)的可控裝載及釋放。
納米管可應(yīng)用在可控釋放、熱/聲絕緣、智能流體、催化分離等眾多領(lǐng)域。針對(duì)目前納米管制備普遍存在的問(wèn)題,本項(xiàng)目提出以廉價(jià)易得的粘土礦物-埃洛石納米管為模板,通過(guò)埃洛石納米管表面的原位復(fù)合、聚合接枝、高分子化學(xué)改性和功能物質(zhì)復(fù)合等聯(lián)合技術(shù)制備結(jié)構(gòu)、組成可控的復(fù)合功能納米管,并對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)研究。主要圍繞聚合接枝改性復(fù)合方法,開(kāi)展兩方面性質(zhì)研究:1)潤(rùn)濕性,以改性粘土納米管作為顆粒乳化劑,制備Pickering 乳液,通過(guò)不同的包覆方法,控制其結(jié)構(gòu)和組成;2)敏感性,對(duì)粘土納米管進(jìn)行選擇性溶解處理,在納米管壁造就納米孔通道,對(duì)孔通道及兩端進(jìn)行敏感性處理,進(jìn)行封裝物質(zhì)、可控裝載及釋放的研究。這些工作尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道,可對(duì)埃洛石納米管的復(fù)合功能化提供一種普適的方法,同時(shí)可以指導(dǎo)開(kāi)發(fā)更多功能的粘土礦物,從而提高我國(guó)豐富的非金屬粘土礦物資源的利用率。
高分子復(fù)合材料是以高分子為主材,陶瓷材料為耐磨相,以北京耐默公司為例型號(hào)主要有:1、KN17高分子聚合物2、KN7051碳化硅高分子材料
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高分子復(fù)合材料是以高分子為主材,陶瓷材料為耐磨相,以北京耐默公司為例型號(hào)主要有:1、KN17高分子聚合物2、KN7051碳化硅高分子材料
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綜述了近年來(lái)各種類(lèi)型的碳納米管(CNTs)/高分子阻燃復(fù)合材料的研究進(jìn)展,重點(diǎn)對(duì)其制備方法、阻燃性能進(jìn)行了分析總結(jié),并闡釋了CNTs與傳統(tǒng)阻燃劑復(fù)配時(shí)對(duì)復(fù)合物的協(xié)同阻燃作用,最后探討了以CNTs作為阻燃添加劑的阻燃機(jī)理,展望了CNTs作為阻燃添加劑的應(yīng)用前景。
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建設(shè)年產(chǎn)500萬(wàn)高分子膜項(xiàng)目,建設(shè)內(nèi)容包括生產(chǎn)車(chē)間、質(zhì)檢車(chē)間、組裝車(chē)間、包裝車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)、輔助生產(chǎn)工程及辦公樓、職工宿合等服務(wù)『生工程,總建筑面積為60000平米。
碳納米管的電學(xué)性能包括導(dǎo)電性能和超導(dǎo)特性?xún)蓚€(gè)部分,其中前一部分研究得最多。理論與實(shí)驗(yàn)均證實(shí)碳納米管的導(dǎo)電性質(zhì)與其微結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。早期的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),一些碳納米管應(yīng)是金屬或窄能隙的半導(dǎo)體。1996年,Langer等人開(kāi)始用兩電極法研究單根多壁碳納米管的輸運(yùn)特性,而Ebbesen等人為了避免樣品的不良電接觸,改用四電極法測(cè)量了單根多壁碳納米管的電學(xué)特性。從單根多壁碳納米管的電阻R來(lái)看,它們的差別確實(shí)很大,有些碳納米管屬于金屬,而另一些屬于半導(dǎo)體。一些研究組的實(shí)驗(yàn)顯示,碳納米管的電學(xué)性能與螺旋度有密切關(guān)聯(lián)。
碳納米管最令人矚目的熱學(xué)性能是導(dǎo)熱系數(shù)。理論預(yù)測(cè)碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)很可能大于金剛石而成為世界上導(dǎo)熱率高的材料。不過(guò),測(cè)量單根碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)是一件很困難的事情,2014年還沒(méi)有獲得突破。將電弧法制備的單壁碳納米管軋成相對(duì)密度為70%,尺寸為5mm×2mm×2mm的方塊,Hone測(cè)得了室溫下未經(jīng)處理的碳納米管塊材的導(dǎo)熱率為35W/(M·K),該值遠(yuǎn)小于理論預(yù)測(cè)值。顯然,碳納米管塊材中的空隙和碳納米管之間的接觸都將極大地減小碳納米管塊材的導(dǎo)熱率。而且,與石墨相類(lèi)似,碳納米管沿軸方向與垂直于軸向方向的導(dǎo)熱能力應(yīng)有很大的不同。因此,該結(jié)果不能代表碳納米管的實(shí)際熱率。正如單根碳納米管的電導(dǎo)率是碳納米管管體材料的電導(dǎo)率的50-150倍一樣,如果單根碳納米管的電導(dǎo)率也是如此,那么碳納米管的導(dǎo)熱率應(yīng)為1750-5800W/(M·K)。通過(guò)測(cè)量碳納米管塊材的導(dǎo)熱率與溫度的關(guān)系曲線可以推斷,碳納米管的導(dǎo)熱是由聲子決定的,并就此估計(jì)出碳納米管中聲子的平均自由程約為0.5-1.5μm。
利用X射線衍射和透射電子顯微鏡研究納米碳管在5.5Gpa下的熱穩(wěn)定性也取得了重要進(jìn)展。根據(jù)以往的研究,在常壓真空條件下碳納米管的熱穩(wěn)定性非常好,其結(jié)構(gòu)在2800℃以下可能并不發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在5.5Gpa壓力下,雖然碳納米管的微結(jié)構(gòu)在低溫時(shí)沒(méi)有發(fā)生明顯的改變,但在950℃即開(kāi)始發(fā)生變化,轉(zhuǎn)變成類(lèi)巴基蔥和類(lèi)條帶結(jié)構(gòu),而在1150℃時(shí)轉(zhuǎn)變成石墨結(jié)構(gòu),高壓是這種轉(zhuǎn)變的主要原因,高壓可以促使碳納米管結(jié)構(gòu)的破裂,從而降低它的熱穩(wěn)定性。
粘土是陶瓷工業(yè)的主要原料,其性質(zhì)對(duì)陶瓷的生產(chǎn)有很大的影響,因此掌握粘土的性質(zhì),尤其是工藝性質(zhì)是穩(wěn)定陶瓷生產(chǎn)的基本條件。粘土的工藝性質(zhì)主要取決于粘土的礦物組成、化學(xué)組成與顆粒組成,其礦物組成是基本因素。
如膨潤(rùn)土主要是蒙脫石礦物,由于其礦物類(lèi)型及細(xì)顆粒含量較多,表現(xiàn)出粘性強(qiáng),成形水分高,收縮大,燒結(jié)溫度低等特性;蘇州高嶺土由于其含有大量桿狀結(jié)構(gòu)外形的高嶺石,因而可塑性低,干燥氣孔率高,干燥強(qiáng)度低,燒成收縮大,泥漿流動(dòng)時(shí)的含水量多,且呈強(qiáng)烈觸變性等特性。
(1)可塑性
(2) 結(jié)合性
(3)離子交換性
(4) 觸變性
(5)干燥收縮與燒成收縮
(6)燒結(jié)性能
(7)耐火度
(一)可塑性
1、概念:可塑性是指粘土與適量的水結(jié)合后所形成的泥團(tuán),在外力作用下產(chǎn)生變形但不開(kāi)裂。當(dāng)外力去掉后仍保持其形狀不變的能力。
該定義包括兩個(gè)含義:
一是施加的外力必須大于泥團(tuán)的屈服值,當(dāng)外力去掉后泥團(tuán)內(nèi)部的引力和斥力達(dá)到新的平衡以保持其形變;
二是在產(chǎn)生形變量不出現(xiàn)開(kāi)裂。
2、影響粘土可塑性的因素
1)固相的性質(zhì):主要是指固體物料類(lèi)型、顆粒形狀、顆粒大小及粒度分布、顆粒的離子交換能力等。一般說(shuō)來(lái)固體分散相的顆粒愈小,分散度愈高,比表面積愈大,可塑性就愈好;對(duì)于具有層狀結(jié)構(gòu)的粘土礦物呈薄片狀顆粒要比呈桿狀顆粒,或呈棱角狀顆粒的具有更好的可塑性;此外,粘土礦物的離子交換能力較大者,其可塑性也較高。
2)液相的性質(zhì):主要是指液相對(duì)固相的浸潤(rùn)能力和液相的粘度。對(duì)粘土顆粒具有較大浸潤(rùn)能力的液相,其與粘土拌和后就呈較高的可塑性。此類(lèi)液體粘度越大,其可塑性也就越高。
3)固相與液相的相對(duì)數(shù)量
當(dāng)粘土中加入的水量不多時(shí),粘土還難以形成可塑狀態(tài),容易散碎,只有水量加入到一定程度,粘土才形成具有可塑狀態(tài)的泥團(tuán),這時(shí)泥團(tuán)的含水量稱(chēng)為塑限含水量。
若繼續(xù)在泥團(tuán)中加入水分,泥團(tuán)的可塑性會(huì)逐漸增高,直至泥團(tuán)能自行流動(dòng)變形,此時(shí)的含水量稱(chēng)為液限含水量。
但在生產(chǎn)中適合于成形的泥團(tuán),其含水量一般都在塑限含水量與液限含水量之間,此時(shí)泥團(tuán)的含水量稱(chēng)為工作泥團(tuán)的可塑水量。
各種粘土的可塑水量很不一致,可塑性大的粘土所需可塑水量也愈多:
高可塑性粘土 : 可塑水量達(dá)28%~40%
中可塑性粘土: 可塑水量達(dá)20%~28%
低可塑性粘土:可塑水量達(dá)15%~20%
3、粘土可塑性的測(cè)定方法
1)可塑性指數(shù):是指粘土的液限含水率與塑限含水率之差。它表示粘土能形成可塑泥團(tuán)的水分變化范圍。指數(shù)越大則成形水分范圍大,成形時(shí)不易受周?chē)h(huán)境濕度及模具的影響,即成形性能好。
2)可塑性指標(biāo):指在工作水分下,粘土泥團(tuán)受外力作用最初出現(xiàn)裂紋時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的乘積,同時(shí)還應(yīng)測(cè)定泥團(tuán)的相應(yīng)含水率??伤苄灾笜?biāo)也反應(yīng)了粘土泥團(tuán)的成形性能的好壞,但要注意相應(yīng)的含水率。若相應(yīng)含水率大,則工作水分多,干燥過(guò)程易變形、開(kāi)裂。
3)根據(jù)可塑指數(shù)或可塑指標(biāo)分類(lèi):
強(qiáng)可塑性粘土 指數(shù)>15或指標(biāo)>3.6
中可塑性粘土 指數(shù)7~15或指標(biāo)2.5~3.6
弱可塑性粘土 指數(shù)1~7或指標(biāo)<2.5
非可塑性粘土 指數(shù)<1
4、提高坯料可塑性的措施
1)將坯料原礦進(jìn)行淘洗,除去所夾雜的非可塑性物料,或進(jìn)行長(zhǎng)期風(fēng)化。
2)將浸潤(rùn)了的粘土或坯料長(zhǎng)期陳腐。
3)將泥料進(jìn)行真空處理,并多次練泥。
4)摻用少量的強(qiáng)可塑性粘土。
5)添加糊精、膠體SiO2 、羧甲基纖維素等膠體物質(zhì)。
5、降低坯料可塑性的措施
1)加入非可塑性粘土,如石英、瘠性粘土、熟瓷粉等。
2)將部分粘土預(yù)先煅燒。
(二)結(jié)合性
1、概念:指粘土能粘結(jié)一定細(xì)度的瘠性物料,形成可塑泥團(tuán)并有一定干燥強(qiáng)度的性能。
2、結(jié)合力的測(cè)定
在工程上要直接測(cè)定分離粘土質(zhì)點(diǎn)所需的力比較困難,生產(chǎn)上常用測(cè)定由粘土制作的生坯的抗折強(qiáng)度來(lái)間接測(cè)定粘土的結(jié)合力。
在實(shí)驗(yàn)中通常以能夠形成可塑泥團(tuán)時(shí)所加入標(biāo)準(zhǔn)石英砂(顆粒組成為:0.25~0.15mm占70%,0.15~0.09mm占30%)的數(shù)量及干后抗折強(qiáng)度來(lái)反映。
加砂量可達(dá)50%時(shí)為結(jié)合力強(qiáng)的粘土; 加砂量達(dá)25%~50%時(shí)為結(jié)合力中等的粘土; 加砂量在20%以下時(shí)為結(jié)合力弱的粘土。
(三)離子交換性
1、概念:粘土顆粒帶有電荷,其來(lái)源是其表面層的斷鍵和晶格內(nèi)部被取代的離子,因此必須吸附其它異號(hào)離子來(lái)補(bǔ)償其電價(jià),粘土的這種性質(zhì)稱(chēng)為離子交換性。
2、交換容量:表示離子交換的能力,它是100g干粘土所吸附能夠交換的陽(yáng)離子或陰離子的量。單位為微摩爾﹒10/克(mol﹒10/g)。
影響離子交換容量的因素:
1)粘土礦物的種類(lèi)。
2)粘土中有機(jī)物含量和粘土礦物的結(jié)晶程度。
3)吸附的離子種類(lèi)。粘土吸附陽(yáng)離子的能力比陰離子要大。而粘土吸附陽(yáng)離子的種類(lèi)不同,其交換容量也不同。
(四)觸變性
1、概念:粘土泥漿或可塑泥團(tuán)受到振動(dòng)或攪拌時(shí),粘度會(huì)降低而流動(dòng)性增加,靜置后逐漸恢復(fù)原狀。此外,泥料放置一段時(shí)間后,在維持原有水分的情況下也會(huì)出現(xiàn)變稠和固化現(xiàn)象,這種性質(zhì)統(tǒng)稱(chēng)為觸變性。
2、在生產(chǎn)中一般希望泥料有一定觸變性。泥料觸變性過(guò)小時(shí),成形后生坯的強(qiáng)度不夠,影響脫模與修坯的質(zhì)量。觸變性過(guò)大時(shí),在管道輸送過(guò)程中會(huì)帶來(lái)不便,成形后生坯也易變形。因此控制泥料的觸變性,對(duì)滿足生產(chǎn)需要,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)有重要意義。
3、影響粘土的觸變性的因素:粘土的礦物組成、粒度大小與形狀、水分含量、使用電解質(zhì)種類(lèi)與用量、以及泥料(包括泥漿)的溫度等。
礦物顆粒愈細(xì),活性邊表面愈多,愈易呈觸變性;
球狀顆粒不易顯示觸變性;
觸變效應(yīng)與吸附離子及吸附離子的水化密切相關(guān)。粘土吸附的陽(yáng)離子其價(jià)數(shù)愈小或價(jià)數(shù)相同而離子半徑愈小者,其觸變效應(yīng)愈大。
含水量大的泥漿,不易形成觸變結(jié)構(gòu),反之易形成觸變結(jié)構(gòu)而呈觸變現(xiàn)象。
溫度升高,粘土質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動(dòng)劇烈,使粘土顆粒間的聯(lián)系力減弱,不易建立觸變結(jié)構(gòu),從而使觸變現(xiàn)象減弱。
4、粘土泥料的觸變性的測(cè)定
以厚化度(或稠化度)來(lái)表示。厚化度以泥料的粘度變化之比或剪切應(yīng)力變化的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。
1)泥漿的厚化度是泥漿放置30min和30s后其相應(yīng)粘度之比。即
泥漿厚化度=t30min /t30s
式中:t30min 為100ml泥漿放置30min后,由恩式粘度計(jì)中流出的時(shí)間;t30s 為100ml泥漿放置30min后,由恩式粘度計(jì)中流出的時(shí)間。
2)可塑泥團(tuán)的厚化度為放置一定時(shí)間后,球體或圓錐體壓入泥團(tuán)達(dá)一定深度時(shí)剪切強(qiáng)度增加的百分?jǐn)?shù)。
泥團(tuán)厚化度 = (Fn-F0)/ F0×100%
式中: F0 ----泥團(tuán)開(kāi)始承受的負(fù)荷,N;Fn ----經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后, 球體或錐體壓入相同深度時(shí)泥團(tuán)承受的負(fù)荷,N。
(五)干燥收縮和燒成收縮
1、概念:粘土泥料干燥時(shí),因包圍在粘土顆粒間的水分蒸發(fā),顆粒相互靠攏引起體積收縮,稱(chēng)為干燥收縮。
粘土泥料在煅燒時(shí),由于發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化(如脫水作用、分解作用、莫來(lái)石的生成、易熔雜質(zhì)的熔化,以及這些熔化物充滿質(zhì)點(diǎn)間空隙等等),引起粘土再度收縮,稱(chēng)為燒成收縮。
這兩種收縮構(gòu)成粘土泥料的總收縮。
2、收縮測(cè)定是以直線長(zhǎng)度或體積大小的變化來(lái)表示。為了方便起見(jiàn),可將體積收縮近似等于直線收縮的3倍,但有6%~9%的誤差。
(六)燒結(jié)溫度與燒結(jié)范圍
1、概念:
粘土在煅燒過(guò)程中,溫度超過(guò)900℃以上時(shí),低熔物開(kāi)始出現(xiàn),低熔物液相填充在未熔顆粒之間的空隙中,并由其表面張力的作用,將未熔顆粒進(jìn)一步靠近,使體積急劇收縮,氣孔率下降,密度提高。這種體積開(kāi)始劇烈變化的溫度稱(chēng)為開(kāi)始燒結(jié)溫度(T1)。
隨著溫度的繼續(xù)升高,粘土的氣孔率不斷降低,收縮不斷增大,當(dāng)其密度達(dá)到最大狀態(tài)時(shí)(一般以吸水率等于或小于5%為標(biāo)志),稱(chēng)為完全燒結(jié),相應(yīng)于此時(shí)的溫度叫燒結(jié)溫度(T2)。
從完全燒結(jié)開(kāi)始,溫度繼續(xù)上升,會(huì)出現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定階段,體積密度和收縮等不發(fā)生顯著變化。持續(xù)一段時(shí)間后,由于粘土中的液相不斷增多,以致于不能維持粘土原有的形狀而變形,同時(shí)也會(huì)發(fā)生一系列高溫化學(xué)反應(yīng),使粘土試樣的氣孔率反而增大,出現(xiàn)膨脹。出現(xiàn)這種情況的最低溫度稱(chēng)為軟化溫度( T3 )。
通常把燒結(jié)溫度到軟化溫度之間粘土試樣處于相對(duì)穩(wěn)定階段的溫度范圍稱(chēng)為燒結(jié)范圍( T2 ~T3)。
燒結(jié)范圍的大小取決于粘土中熔劑礦物的種類(lèi)和數(shù)量。優(yōu)質(zhì)高嶺土可達(dá)200℃,伊利石類(lèi)粘土僅為50~80℃。陶瓷生產(chǎn)中通常要求粘土具有100~150℃以上或更寬的燒結(jié)范圍。
燒成溫度范圍取決于液相量的生成速度和液相粘度隨溫度變化的幅度。若粘土中含有的熔劑雜質(zhì)數(shù)量多,液相量增加速率大,而液相粘度隨溫度的升高下降的幅度大,其燒結(jié)溫度范圍較窄。純耐火粘土的燒結(jié)溫度范圍為250℃,低鈣泥灰?guī)r僅20~30℃。
燒結(jié)范圍愈寬,陶瓷制品的燒成操作愈容易掌握,也愈容易得到煅燒均勻的制品。
粘土的燒結(jié)溫度和燒結(jié)溫度范圍通常采用實(shí)驗(yàn)方法確定,也可用粘土化學(xué)成分進(jìn)行估算。
2、生產(chǎn)中常用吸水率來(lái)反映原料的燒結(jié)程度。一般要求粘土原料燒后的吸水率<5%。
(七)耐火度
1、概念:耐火度是指材料在高溫作用下達(dá)到特定軟化程度時(shí)的溫度。它反映了材料抵抗高溫作用的性能。
2、粘土的耐火度主要取決于其化學(xué)組成。
Al2O3含量高其耐火度就高,堿類(lèi)氧化物能降低粘土的耐火度。通??筛鶕?jù)粘土原料中的Al2O3/SiO2比值來(lái)判斷耐火度,比值愈大,耐火度愈高,燒結(jié)范圍愈寬。
3、耐火度的測(cè)定——三角錐法:是將一定細(xì)度的原料制成一截頭三角錐(高30mm,下底邊長(zhǎng)8mm,上頂邊長(zhǎng)2mm),在高溫電爐中以一定的升溫速度加熱,當(dāng)錐內(nèi)復(fù)相體系因重力作用而變形以致頂端軟化彎倒至錐底平面時(shí)的溫度,即是試樣的耐火度 。
碳納米管性質(zhì)
由于碳納米管中碳原子采取SP2雜化,相比SP3雜化,SP2雜化中S軌道成分比較大,使碳納米管具有高模量和高強(qiáng)度。
碳納米管具有良好的力學(xué)性能,CNTs抗拉強(qiáng)度達(dá)到50~200GPa,是鋼的100倍,密度卻只有鋼的1/6,至少比常規(guī)石墨纖維高一個(gè)數(shù)量級(jí);它的彈性模量可達(dá)1TPa,與金剛石的彈性模量相當(dāng),約為鋼的5倍。對(duì)于具有理想結(jié)構(gòu)的單層壁的碳納米管,其抗拉強(qiáng)度約800GPa。碳納米管的結(jié)構(gòu)雖然與高分子材料的結(jié)構(gòu)相似,但其結(jié)構(gòu)卻比高分子材料穩(wěn)定得多。碳納米管是目前可制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料。若將以其他工程材料為基體與碳納米管制成復(fù)合材料, 可使復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的強(qiáng)度、彈性、抗疲勞性及各向同性,給復(fù)合材料的性能帶來(lái)極大的改善。
碳納米管的硬度與金剛石相當(dāng),卻擁有良好的柔韌性,可以拉伸。在工業(yè)上常用的增強(qiáng)型纖維中,決定強(qiáng)度的一個(gè)關(guān)鍵因素是長(zhǎng)徑比,即長(zhǎng)度和直徑之比。材料工程師希望得到的長(zhǎng)徑比至少是20:1,而碳納米管的長(zhǎng)徑比一般在1000:1以上,是理想的高強(qiáng)度纖維材料。2000年10月,美國(guó)賓州州立大學(xué)的研究人員稱(chēng),碳納米管的強(qiáng)度比同體積鋼的強(qiáng)度高100倍,重量卻只有后者的1/6到1/7。碳納米管因而被稱(chēng)“超級(jí)纖維”。
莫斯科大學(xué)的研究人員曾將碳納米管置于1011 MPa的水壓下(相當(dāng)于水下10000米深的壓強(qiáng)),由于巨大的壓力,碳納米管被壓扁。撤去壓力后,碳納米管像彈簧一樣立即恢復(fù)了形狀,表現(xiàn)出良好的韌性。這啟示人們可以利用碳納米管制造輕薄的彈簧,用在汽車(chē)、火車(chē)上作為減震裝置,能夠大大減輕重量。
此外,碳納米管的熔點(diǎn)是已知材料中最高的。
碳納米管上碳原子的P電子形成大范圍的離域π鍵,由于共軛效應(yīng)顯著,碳納米管具有一些特殊的電學(xué)性質(zhì)。
碳納米管具有良好的導(dǎo)電性能,由于碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片層結(jié)構(gòu)相同,所以具有很好的電學(xué)性能。理論預(yù)測(cè)其導(dǎo)電性能取決于其管徑和管壁的螺旋角。當(dāng)CNTs的管徑大于6nm時(shí),導(dǎo)電性能下降;當(dāng)管徑小于6nm時(shí),CNTs可以被看成具有良好導(dǎo)電性能的一維量子導(dǎo)線。有報(bào)道說(shuō)Huang通過(guò)計(jì)算認(rèn)為直徑為0.7nm的碳納米管具有超導(dǎo)性,盡管其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度只有1.5×10-4K,但是預(yù)示著碳納米管在超導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
常用矢量Ch表示碳納米管上原子排列的方向,其中Ch=na1 ma2,記為(n,m)。a1和a2分別表示兩個(gè)基矢。(n,m)與碳納米管的導(dǎo)電性能密切相關(guān)。對(duì)于一個(gè)給定(n,m)的納米管,如果有2n m=3q(q為整數(shù)),則這個(gè)方向上表現(xiàn)出金屬性,是良好的導(dǎo)體,否則表現(xiàn)為半導(dǎo)體。對(duì)于n=m的方向,碳納米管表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性,電導(dǎo)率通??蛇_(dá)銅的1萬(wàn)倍。
碳納米管具有良好的傳熱性能,CNTs具有非常大的長(zhǎng)徑比,因而其沿著長(zhǎng)度方向的熱交換性能很高,相對(duì)的其垂直方向的熱交換性能較低,通過(guò)合適的取向,碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導(dǎo)材料。另外,碳納米管有著較高的熱導(dǎo)率,只要在復(fù)合材料中摻雜微量的碳納米管 ,該復(fù)合材料的熱導(dǎo)率將會(huì)可能得到很大的改善。
碳納米管還具有光學(xué)等其他良好的性能。