提高中空玻璃微球机械强度的方法及获得的中空玻璃微球技术

本发明专利技术公开了一种提高中空玻璃微球机械强度的方法及获得的中空玻璃微球。所述提高中空玻璃微球机械强度的方法包括：对中空玻璃微球进行酸浸处理；对酸浸后的中空玻璃微球进行热处理。该方法通过对中空玻璃微球进行表面酸浸除碱，再通过热处理，克服中空玻璃微球表面碱性氧化物和缺陷的存在对中空玻璃微球力学性能及表面状态的影响，从而提升了中空玻璃微球机械强度。球机械强度。球机械强度。

【技术实现步骤摘要】
提高中空玻璃微球机械强度的方法及获得的中空玻璃微球


[0001]本专利技术涉及粉体材料
更具体地，涉及一种提高中空玻璃微球机械强度的方法及获得的中空玻璃微球。

技术介绍

[0002]科学技术的飞速发展对高端装备的综合性能提出了更高要求，其中轻量化是重要的考量。面向众多领域的应用，基础材料的轻量化都是装备综合性能提升的重要需求。轻量化通常可通过选用低密度功能材料或引入中空结构实现。从材料的功能性和机械强度角度的考量，低密度材料的选择范围受限；而引入中空结构则具有更大范围的适用性。一般发泡结构可以通过中空的气孔降低密度，但会显著降低材料的强度。为弥补这一不足，通过中空微球引入封闭泡孔是在降低密度的前提下提升强度的有效方法。其原因在于中空微球的球壳可以对泡孔的孔壁进行补强，缓解机械性能的下降。
[0003]中空玻璃微球是一类兼具低密度和高强度的填料，基于中空玻璃微球的复合材料以及高比强度和低成本，是实现功能和结构材料轻量化的重要途径。对于中空玻璃微球复合材料而言，为尽量降低复合材料的密度，需进行中空玻璃微球的大比例填充。由于中空玻璃微球是一类具有微米级粒径和薄球壳结构的粉体，与聚合物基体的力学性质差异很大，其大比例填充会显著影响复合材料的结构强度和稳定性。具体而言，中空玻璃微球会直接形成轻量化复合材料内部的薄弱区，导致复合材料的性能弱化。另一方面，除作为填料外，中空玻璃微球还可作为微纳米功能材料的低密度载体使用，赋予所得复合微球低密度和漂浮性，这同样需要中空玻璃微球具有高的结构强度。因此，无论作为轻质填料还是轻质载体，中空薄壁结构都是其轻量化特性的来源，而这些特性会因中空结构的破坏而丧失。
[0004]为提高中空玻璃微球的强度，通常可通过降低内外径的比例，增加球壳厚度实现，但这会增加中空微球的密度，不利于轻量化。
[0005]因此，找到合适的中空玻璃微球球壳处理方法，在保持密度的前提下优化其力学性能及结构稳定性具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的在于一种提高中空玻璃微球机械强度的方法，该方法通过对中空玻璃微球进行表面酸浸除碱，再通过热处理，克服中空玻璃微球表面碱性氧化物和缺陷的存在对中空玻璃微球力学性能及表面状态的影响，从而提升了中空玻璃微球机械强度。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种通过以上方法得到的中空玻璃微球。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种提高中空玻璃微球机械强度的方法，该方法包括以下步骤：
[0010]对中空玻璃微球进行酸浸处理；
[0011]对酸浸后的中空玻璃微球进行热处理。
[0012]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述对中空玻璃微球进行酸洗的步骤之前还包括：对中空玻璃微球进行浮选；以去除中空玻璃微球中的实心微球和其它杂质。
[0013]在该优选实施方案中，优选地，所述浮选包括以下步骤：
[0014]将中空玻璃微球与溶剂混合搅匀，静置分层后取上层漂浮材料，过滤，烘干后待用。
[0015]优选地，所述中空玻璃微球与溶剂的体积比为1:1～1:10；本领域技术人员理解的，此处的比例满足中空玻璃微球浮选即可，其溶剂所占体积比理论上可以无限高，但需要考虑到溶剂成本及操作便利性等因素；如果溶剂所占体积比过低，则不能达到通过让低密度中空玻璃微球漂浮在溶剂表面、高密度微球和碎片沉在底部而进行浮选的目的，故二者体积比要有所限制，本专利技术中优选中空玻璃微球与溶剂的体积比为1:1～1:10；例如实施例中的1:1。
[0016]优选地，所述溶剂选自乙醇、水或二者的混合液。该溶剂的选择需要满足不与中空玻璃微球表面化学键反应、容易烘干去除即可。
[0017]在本专利技术的一个优选实施方案中，对中空玻璃微球进行酸洗的步骤包括：将中空玻璃微球与酸溶液混合处理，之后过滤、清洗、烘干；筛分除去团聚颗粒。
[0018]在该优选实施方案中，优选地，所述酸溶液中的酸选自有机或无机酸；更优选无机酸。
[0019]优选地，所述酸包括醋酸、盐酸、硫酸和硝酸中的一种或两种以上的组合。
[0020]优选地，所述酸溶液的浓度为：0.01mol/L～2mol/L；更优选0.1mol/L～1mol/L。
[0021]优选地，所述混合处理通过混合搅拌实现；此外还可以通过其他常规混合方式实现，例如混合后超声振动等。
[0022]优选地，所述混合处理的时间为1min～240min；更优选5min～60min。
[0023]优选地，每升酸溶液处理中空玻璃微球的体积10cm3～1000cm3；更优选50cm3～500cm3。
[0024]优选地，所述清洗的溶剂为乙醇。
[0025]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述对酸洗后的中空玻璃微球进行热处理的步骤包括：将酸化后的中空玻璃微球进行高温加热处理，之后筛分除去团聚颗粒。
[0026]在该优选实施方案中，优选地，所述高温加热处理的温度为360～650℃；更优选400-650℃。
[0027]优选地，所述高温加热处理的时间为1h～48h；更优选6h～24h。
[0028]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述酸洗和/或热处理之后的中空玻璃微球保存在干燥环境中待用。所述干燥环境可通过干燥箱等提供。
[0029]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述提高中空玻璃微球机械强度的方法包括以下步骤：
[0030]对中空玻璃微球进行浮选：将中空玻璃微球与溶剂混合搅匀，静置分层后取上层漂浮材料，过滤，烘干后待用；
[0031]对浮选后的中空玻璃微球进行酸洗：将中空玻璃微球与酸溶液混合处理，之后过滤烘干；筛分除去团聚颗粒；
[0032]对酸洗后的中空玻璃微球进行热处理：将酸化后的中空玻璃微球进行高温加热处
理，之后筛分除去团聚颗粒。
[0033]第二方面，本专利技术提供一种通过以上方法处理得到的中空玻璃微球。
[0034]本专利技术的有益效果如下：
[0035]本专利技术对中空玻璃微球进行表面酸浸除碱，将中空玻璃微球表面的Na2O等碱性组分析出；再经过高温处理时，微球球壳表面的Si-OH键变为Si-O-Si，O-Si-O键的增加优化了中空微球表面结构，减少了球壳的表面缺陷，改善了中空玻璃微球的机械强度。
[0036]此外，利用本专利技术的表面处理方法时，可直接通过对酸洗时间、酸浓度、加热温度及时间的控制调整球壳组成和表面状态。更为重要的是，本专利技术提供的方法适用于所有不同型号的含碱金属和/或碱土金属的中空玻璃微球，得到不同性能的改进型中空玻璃微球。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高中空玻璃微球机械强度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：对中空玻璃微球进行酸浸处理；对酸浸后的中空玻璃微球进行热处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对中空玻璃微球进行酸浸处理的步骤之前还包括：对中空玻璃微球进行浮选；优选地，所述浮选包括以下步骤：将中空玻璃微球与溶剂混合搅匀，静置分层后取上层漂浮材料，过滤，烘干后待用；优选地，所述中空玻璃微球与溶剂的体积比为1:1～1:10。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述溶剂选自乙醇、水或二者的混合液。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对中空玻璃微球进行酸浸处理的步骤包括：将中空玻璃微球与酸溶液混合处理，之后过滤烘干；筛分除去团聚颗粒。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述酸溶液中的酸选自有机或无机酸；优选地，所述酸包括醋酸、盐酸、硫酸和硝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：安振国，袁静，张敬杰，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：