| 2015-06-02 | PCI杂志 - 2022年世界杯分组表

玻璃鳞片大约在60年前首次商业化生产，多年来一直用于减少气体和湿气通过镀膜扩散。然而，玻璃鳞片生产的进步已经允许生产更薄和更一致的鳞片，这导致了对使用玻璃鳞片增强剂可以获得的性能的调查工作。

玻璃碎片看起来就像破碎的玻璃碎片。与纤维或颗粒填料相比，薄片的高纵横比赋予了添加它们的材料独特的性能。在选择添加水平和尺寸分布时必须谨慎，以获得所需的结果和特定特性的优化。

最初生产的玻璃薄片的平均厚度约为8微米，但Glassflake有限公司在80年代初开创了一种新的生产工艺，使薄片的生产厚度低得多。它们现在的生产范围从7微米到令人难以置信的100纳米，在油漆工业中使用的大部分鳞片从7微米到3微米。

在感兴趣的领域，添加玻璃鳞片可以显著改善包括:阻燃性，湿气或气体渗透减少，机械增强，粘度和触变变化，耐磨性，尺寸稳定性和抗紫外光。大多数涂层树脂都可以改善性能，但玻璃鳞片主要用于热固性材料，如不饱和聚酯和环氧树脂。有趣的是，聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、纸张和水泥等材料也能从中受益。与往常一样，使用玻璃薄片有好处也有缺点，其中一些以及一些潜在的使用领域在这里介绍。

受玻璃片影响的特性

在配方中加入玻璃鳞片会影响涂料的各种性能。这些包括:

蒸汽和气体渗透/扩散;
抗化学腐蚀;
抗紫外线;
机械性能——抗拉、抗压强度、弯曲模量等;
耐磨性;
收缩-在模具(热塑性塑料)聚合(热固性);
尺寸稳定性，如抗蠕变、翘曲和凹陷;
耐冲击;
介电强度和电阻率;
耐火、排烟、燃烧时抗下垂;
热变形温度;
化学反应。

除用于部件的涂料外，大多数涂料都是以有机树脂为基础的。然而，所有有机涂层都会在某种程度上传递或吸收水汽和气体。防止或抵抗这种腐蚀是延长腐蚀保护的必要条件，正是在这一领域，玻璃薄片最初找到了它们的位置。它们后来被用于改善其他感兴趣的领域。

在防腐涂料中使用板状屏障颜料，如云母和云母氧化铁，以减少水汽传输的好处已经知道了很多年。其他屏障颜料如铝和锌片也被用作阳极和屏障填料的组合，并取得了不同程度的成功。玻璃薄片越来越受欢迎有几个原因。它们具有较大的长宽比，与云母不同，它们完全不受水汽的影响，并且成分一致。其他常用的屏障颜料是不透明的，通常颜色强烈;云母氧化铁尤其使涂层难以着色成浅色，而玻璃鳞片是透明的。此外，由“C”或ECR玻璃制成的玻璃鳞片在大多数环境中具有高度的耐化学性和惰性，具有良好的机械性能，通常被认为是一种简单的粉尘危害或无危险，特别是与小纤维和一些其他颜料相比。

不幸的是，人们很少了解使用不同浓度的鳞片、鳞片长径比、粒径分布以及对粘度和临界颜料体积浓度的不寻常影响的影响。对于玻璃如何在各种树脂基质中结合的理解也相对较差，尽管玻璃鳞片不受湿气和气体扩散的影响，但它并没有在树脂基质中形成连续的屏障。因此，树脂载体起着非常重要的作用，即玻璃鳞片不能使一个很差的树脂膜变成一个很好的涂层，尽管它可以大大改善它。另一方面，即使是优秀的树脂也可以从添加薄片中受益。与添加纤维或其他填料相比，Flake还提供了不同的机械加固和耐火性能。

使用玻璃片时的重要注意事项

许多不同类型的涂层树脂用于玻璃薄片，包括聚酯，环氧树脂，氯橡胶，醇酸，煤焦油，乙烯基和水基丙烯酸。虽然添加鳞片通常会提高几乎任何涂层膜或膜的防潮性，但可能会有其他好处，如赋予新性能或改进旧性能。玻璃鳞片的添加水平、粒径分布和与载体的附着力是至关重要的。

尽管长径比低至10:1的玻璃薄片会带来好处，但通常长径比越高，屏障呈现的效果越好。然而，这一前提必须在某种程度上得到缓和，因为不对中，大长宽比薄片可以提供一个直接穿过薄膜的路径，而薄膜的厚度小于薄片的公称直径，或者引起裂纹扩展的应力提高。此外，在使用大薄片时，还有一些性能可能会受到不利影响，例如灵活性和拉伸断裂。考虑使用大薄片的实用性也很重要;也就是说，当喷涂涂层时，喷枪尖端的尺寸受到几个因素的限制，薄片必须足够小才能通过喷枪尖端。因此，通常250微米及以下的薄片用于喷涂，超过这个尺寸的薄片(大至1000微米)用于手工喷涂材料。大的薄片也容易产生粗糙的表面。

薄片的大小和厚度只是获得性能所涉及的问题之一。玻璃鳞片的加入量和颗粒分布也很关键。很明显，如果使用薄玻璃片，同样重量的玻璃片要比使用厚玻璃片多。因此，被薄薄片润湿的表面积要大得多。这意味着不可能只是简单地陈述对薄片数量的要求。可以在5µm厚度下添加20%重量的薄片，并且不超过临界颜料体积浓度与树脂比(CPVC)。但如果加入相同数量的2 μ m厚度的薄片，该薄片的表面积至少是较厚薄片的2.5倍，并且可能没有足够的树脂用于润湿，从而超过CPVC水平。在任何情况下，当从厚片变为薄片时，粘度增加可能会很高，以至于在同一水平上添加变得不可能。与任何公式一样，微小的修改可以带来重大的变化。玻璃鳞片尤其如此，有必要进行充分的评价。

从前面的陈述可以明显看出，一旦选择了薄片的厚度，优化颗粒大小和添加水平是很重要的。这一水平将取决于所使用的树脂类型以及与之结合使用的其他颜料或填料。

与基材的粘附性对有机材料的防腐性能起着重要作用。同样重要的是将填料粘结到树脂中以从抗腐蚀角度和机械性能方面获得性能。硅烷已经在玻璃纤维工业中使用多年，以改善粘结和性能。这种性能的改善通常被看作是一些机械性能的增加和水汽传输的减少。在热固性树脂中，只需在添加玻璃片之前或之后将所选硅烷添加到树脂组件中，就可以获得显著的性能改进。然而，对于热塑性材料，这通常是不可能的，玻璃鳞片必须用硅烷预处理。值得注意的是，经过预处理的薄片不仅可以提高热塑性塑料的粘结性能，而且还可以提高热固性塑料的粘结性能，并且比通过树脂间接添加硅烷所能达到的水平更高。

在树脂中加入硅烷的地方，观察到有一个临界水平是正常的，优化峰值往往非常陡峭。对于每种特定的树脂、玻璃厚度、颗粒分布和添加水平都是如此。还应注意的是，其他填料或添加剂，如触变剂，将影响优化水平。当通过预处理玻璃加入硅烷时，所使用的硅烷水平不是那么关键，只要不达到引起团聚的鳞片的饱和。还可以观察到，使用预处理玻璃，可以在不超过CPVC水平的情况下，将更高水平的玻璃鳞片添加到树脂(特别是热固性树脂)中。然而，使用预处理薄片的一个缺点是成本和薄片安全危险分类的变化。

使用现代生产方法，可以以一致的厚度生产玻璃鳞片，出于不同目的，厚度可以从10微米左右到100纳米不等，几乎可以无限制地分布颗粒尺寸。厚度、颗粒大小、体积浓度等的影响，直到Glassflake的姐妹公司腐蚀涂层公司进行了大量的工作，该公司最初评估了使用不同厚度和直径的薄片以及不同颗粒分布的玻璃鳞片涂层配方。一些结果是令人惊讶的，而另一些结果是在意料之中的，因为测试是在广泛的性能范围内进行的，而不仅仅是扩散和耐腐蚀性，所以发现了一些有趣的参数。特别令人感兴趣的是，当使用玻璃鳞片时，某些材料的耐火性能，包括减少烟雾排放、收缩率、热变形和蠕变。这些结果导致了非涂层应用和工程热塑性塑料的工作。以下部分显示了一些涂层工作的示例。

变化片状浓度

进行了试验，以评估通过改变片状浓度所提供的水汽传输的变化。乙烯基酯树脂被用作载体树脂，与测试材料的唯一区别是玻璃片的添加水平。测试最初在临界区域进行到零，然后使用14%、15%和16%的水平进行主要评估。

从表1的结果可以看出，量与渗透曲线非常陡峭，添加水平每改变1%，渗透率就从10.61改变到3.46。进一步添加玻璃会使渗透速率变得更糟，但只是在进一步添加的情况下(这里没有显示)，随着CPVC水平的接近和超过，表现出渐进式恶化。

阴极解粘测试是一种短时间(28天)，但非常有效的测试，可以评估电阻率、含水率、与基材的粘附性和耐碱性。这四个方面中的任何一个，如果不利，都会影响到最终的结果。在与上述相同的树脂基质中评估玻璃负载的变化，结果如表2所示。

结果，正如预期的那样，显示出与水汽传输测试相似的模式，除了在这种情况下，16%的结果几乎与14%水平的结果一样糟糕。

最近的试验表明，该玻璃鳞片具有良好的抗H₂S和甲烷对乙烯基酯基管道涂层的影响比HDPE好一个量级。

片状长宽比对性能的影响

进行了测试，以评估鳞片厚度为3微米、两种不同长宽比的玻璃片状填充聚酯体系的力学性能(表3)。每种情况下的加载重量为15%。尽管这是意料之中的，但有趣的是，当使用较大的薄片时，收缩率显著降低，抗压强度和拉伸断裂的显著差异。这些效果仅仅是通过改变薄片的纵横比而引起的。

粘合剂级别

为了评价粘结剂的添加量和临界性，采用了不同硅烷粘结剂含量的乙烯基酯玻璃鳞片标准配方。然后进行测试，以评估每个固化样品的性能。

从表4可以看出，0.6%硅烷的添加量显著提高了涂层的性能。然而，一些测试工作表明，在进一步提高硅烷水平之前，添加硅烷的初步结果比不添加硅烷的结果更差。

混合时间的影响

对载体内玻璃鳞片性能影响较大的区域之一是混合时间。混合时间不仅影响涂层的MVT速率，而且对涂层的力学性能也有重要影响。使用不同等级的鳞片(表5)进行了测试以评估参数。使用z型叶片混合器将玻璃鳞片混合到树脂中。然后使用钢压模将混合物模压成斑块，树脂中加入33%重量的玻璃。

直径较小的薄片B/1比其他长径比的薄片需要更长的混合时间。显微镜显示，混合45分钟后，样品中含有分散较差的薄片，但在60分钟后，薄片分布均匀，随后对混合75分钟和90分钟的样品拍摄的显微照片显示，薄片发生了分解。A/1和A/2玻璃鳞片混合60分钟，B/1玻璃鳞片混合75分钟，试件的力学性能最佳。总的来说，试样中薄片的表观体积含量越高，试样提供的力学性能越好，前提是实现了满意的混合(表6)。

A/2具有最好的力学性能，可能是由于该配方添加的玻璃鳞片重量比表面积最大，树脂的增强性更强，从而获得更高的弯曲模量等原因。三种薄片的抗拉强度均低于弯曲强度。A/2的冲击弯曲强度几乎是A/1和B/1值的两倍。这与A/2玻璃的厚度是A/1和B/1的一半有关，也就是说，这个样品中的薄片数量是其他样品的两倍。