二氧化硅在工业上的应用.ppt

硅和二氧化硅 硅的分布与存在 存在 没有游离态 只有化合态分布 自然界中分布广泛 在地壳中居第二位 仅次于氧 是构成矿物和岩石的主要成分 硅单质 硅的物理性质 硅有晶体硅和无定形硅两种 晶体硅是灰黑色 有金属光泽 硬而脆的固体 硅的结构类似于金刚石 熔点和沸点都很高 硬度大 导电性介于导体和绝缘体之间 硅的化学性质 常温下 化学性质不活泼 除氟气 氢氟酸和强碱外 硅不跟其他物质 如氧气 氯气 硫酸 硝酸等 起反应 在加热条件下 能跟一些非金属反应 Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 Si 4HF SiF4 2H2 硅的工业制法 与氯反应 Si 2Cl2 SiCl4 温度为400 500 硅的用途 硅是一种重要的非金属单质 它的用途非常广泛 作为良好的半导体材料 硅可用来制造集成电路 晶体管 硅整流器等半导体器件 还可以制成太阳能电池 可制成有良好导磁性 耐酸性的合金 大规模集成电路 太阳能电池 玛瑙 二氧化硅的物理性质和用途 物理性质 硬度大 熔点高 难溶于水用途 制光导纤维 电子工业重要部件 光学仪器 耐高温化学仪器 利用石英晶体制造石英电子表 石英钟等 石英及制品 石英制品 硅矿山 硅石 水晶及制品 水晶制品 玛瑙 玛瑙 装饰品 石英坩埚 光导纤维 石英手表 光学仪器 精密仪器轴承 耐磨器皿 SiO2 二氧化硅的用途 纳米二氧化硅具有强的电子 电性能 可使材料性能出现大的改观 纳米二氧化硅能较大地提高环氧树脂的拉伸强度 冲击强度 断裂伸长率 热稳定性等性能 保持透明度 纳米二氧化硅的改性 称取4g的纳米SiO2粉体装入烧杯 加入100mL去离子水 同时搅拌 再向烧杯中加入15mLH2O2和15mL无水乙醇溶液 超声分散30min 使用培养皿封口 放入阴凉处静置24h 将上述混合悬浮液加入三颈烧瓶 使用油浴锅加热至60 C 同时进行机械搅拌 搅拌速度为400r min 取120mL乙酸乙酯溶液加入三颈烧瓶 使用0 1mol L氨水把反应环境的pH值调节到8 9 再取0 5mL 甲基丙烯酰氧 丙基三甲氧基硅烷加入三颈烧瓶 反应8h 以改性后的亲油性粉体完全进入有机相为准 待反应结束 静置6h使水相 油相分层 然后用分液漏斗分离有机相 加热有机相至80 进行蒸馏 使乙酸乙酯蒸发 并冷凝回收 粉体在60 干燥12h得到亲油性纳米SiO2粉体 硅烷偶联剂改性二氧化硅 改性二氧化硅增韧环氧树脂 1 耐热性 由于纳米二氧化硅粒子比表面积很大 与环氧基体的界面粘接作用强 吸收大量冲击能 还增加了基体的刚性 因此纳米二氧化硅粒子在一定范围内增强增韧环氧树脂 同时还提高了材料的耐热性 2 增强增韧作用由于纳米二氧化硅粒子的加入 环氧树脂复合材料的冲击强度 拉伸强度 断裂伸长率等性能在一定范围内有较大提高 这说明纳米二氧化硅粒子起到了增强增韧作用 它突出了纳米级二氧化硅优良的填充特性 使材料性能得到了较大的提高 制备方法 在搅拌状态下把经烘干脱水的纳米二氧化硅加入到溶有偶联剂的溶剂中 然后用碾磨 高速剪切 球磨 砂磨 超声波等处理几十分钟 在搅拌状态下 将上述溶液和环氧树脂混合均匀 脱除溶剂 升温至130 使偶联剂与环氧树脂反应1h 冷却后 加入化学计量的固化剂 混合均匀 抽空脱气后浇入涂有脱膜剂并预热好的钢模中 经程序升温固化完全后冷却脱膜 添加量 环氧树脂与纳米二氧化硅质量之比100 5 纳米二氧化硅的分散 由于纳米粒子尺寸小 表面活性高 容易团聚而失去应有的对聚合物增强增韧的作用 因此制备纳米粒子填充复合材料时 纳米粒子应充分分散 碾磨 高速剪切 球磨 砂磨 超声波等处理将有助于纳米粒子在树脂中的分散 由于纳米粒子的表面能高 吸附作用强 容易集聚 难以均匀 稳定地分散 用碾磨 高速剪切 球磨 砂磨 超声波等方法和偶联剂处理的方法促进纳米二氧化硅在环氧树脂中的均匀分散 各种材料配方均以EP100g为标准 基体配方为m EP m 固化剂 m 稀释剂 m 偶联剂 100 42 12 2 将纳米SiO2按不同掺混量和环氧树脂以及稀释剂先在高速研磨机中研磨 研磨料直径为2mm锆珠 30min后 经真空捏合机搅拌10min后倒出A组分 静置3d后和B组分 固化剂和偶联剂 按比例混合 制成各种试件测试其7天的各种性能 随着纳米SiO2掺混量的增大 环氧树脂从牛顿流体向触变性流体转变 当纳米SiO2的掺混量为5 和10 时 结构胶的触变指数为1 8和5 8 纳米SiO2对结构胶有较好的增韧作用 当纳米SiO2的掺混量为5 时 钢 钢剪切强度21 3MPa 提高23 8 当纳米SiO2的掺混量为3 时 结构胶的冲击强度为5 3kJ m2 提高23 5 在低掺混量范围内 纳米SiO2对环氧树脂结构胶的拉伸强度没有明显影响 其掺混量增大结构胶的拉伸强度呈下降趋势 但弹性模量有52 3 的提高 有利于工程应用 SEM实验表明高速研磨