玻璃微珠的应用详解

玻璃微珠的应用详解

关键词：玻璃微珠

摘要：介绍了玻璃微珠的类型及其特性，综述了近年来玻璃微珠的应用研究进展，包括在建材、塑料、橡胶、涂料、医药等领域的应用情况。改性后的玻璃微珠可应用于电磁屏蔽和吸波材料的制备，拓宽了其应用范围，并分析了其应用前景。

玻璃微珠是直径在数微米至数毫米粒径范围内的玻璃（或陶瓷）球体，有实心、空心、多孔玻璃微珠之分[1]，具有光学性能好、球形透镜特性、抗冲击性能强、滚动性好、导热系数低、质轻等特点，已广泛用于城市交通标志、汽车牌号、回射幕布、喷吹技术、填充材料、保温材料等领域。玻璃微珠作为新型填料，一种来源于人工合成微珠，另一种可用风选或水选方法从粉煤灰中提取而来。近几年来玻璃微珠的发展非常迅速，本文中从玻璃微珠的类型及其应用研究方面进行了综述.

玻璃微珠的应用

玻璃微珠作为一种填料的独到之处在于它为球形且表面光滑，它们像轴承一样互相之间能够滚动，具有很好的自由流动性。而空心玻璃微珠具有一些不寻常的特性，从不同的角度自然地改善了树脂的性能，在美国已成为比较成熟的工程用材料，在英国也得到了较为广泛的应用。

1玻璃微珠在合成泡沫中的应用

玻璃微珠树脂复合材料通常称作合成泡沫，这种复合材料的主要特点是密度低，是一种机械性能广，集减振、绝缘、防火于一体的多功能合成材料。目前主要应用于飞机、宇宙飞船和船舶的制造领域。在所有这些应用当中，都不希望材料具有吸湿性。在合成泡沫中加入空心微珠不但具有多孔结构，而且由于微珠的闭孔结构，使芯材具有低的吸湿性和高的抗压能力。

微珠的机械性能及其在复合材料中的体积比和空间分布直接影响着合成泡沫材料的性能，因此对其特性的研究是材料工程领域的热点。M.Koopman[4]研究了玻璃微珠的直径与载荷及断裂能量间的关系。Nikhil Gupta [5]研究了空心微珠的内径比对合成泡沫的密度、机械性能的影响。研究结果表明，空心微珠的内径降低，合成泡沫的机械性能和模量都有提高，室温下泡沫的吸水率都低于1%。

2 玻璃微珠在塑料、橡胶中的应用

在塑料工业中，玻璃微珠是近年来发展的一种无机粉末填料，填充能力较高，用它填充的塑料有优异流变加工性能，收缩均匀，抗冲击能力增加等优点。玻璃微珠用于超高分子量聚乙烯材料的填充，既充当了改善加工流动性的固体润滑剂，又可对超高分子量聚乙烯材料的综合力学性能进行改性，以提高其强度和耐磨性等。谢晓芳等［６］研究了超细玻璃微珠填充改性超高分子量聚乙烯塑料的性能。

结果表明：在超高分子量聚乙烯中添加少量经有机长链偶联剂表面处理的超细玻璃微珠，对材料的耐热性能有显著提高，拉伸强度增强，硬度较好。而超高分子量聚乙烯复合材料耐热性的提高对扩大其应用领域有着重要的现实意义。超高分子量聚乙烯－玻璃微珠复合材料适用于矿山、电力、冶金、化工等部门颗粒物料输送管线的材料，同时还用此复合材料试制成疏水、隔热、保温、防水、防火的复合硅酸盐材料。

加有玻璃微珠的尼龙６的拉伸强度、冲击强度、硬度等力学性能得到提高，并可防止由光和热引起的材料老化。随着玻璃微珠含量的增加，材料的马丁耐热温度提高。玻璃微珠橡胶是一种良好的高压、宽频带吸声材料，用它构成的靶体有许多实用优点：易于制零浮力靶体，因而适合制作拖曳靶；良好的柔软性可使靶体易于卷叠和展开等。

3玻璃微珠在液晶显示器(LCD)隔垫材料中的应用

液晶显示器的隔垫材料是当今国内外研究的热点，这也是玻璃微珠较有前途的应用之一[7]。目前，LCD 隔垫材料经常使用的是各种有机粒子，也有采用磨碎光纤的，这些材料均存在着不同程度的缺点。玻璃微珠有足够的抗压、耐热、抗腐蚀以及优良的电绝缘性，且对显示器基体的粘度和流动性以及液晶高分子的扭曲和超扭曲行为影响很小。其次，玻璃微珠的各向同性无择优取向，又与热塑性、热固性高聚物有着良

好的相容性，可采用多种工艺压模成型，是一种理想的材料。

4玻璃微珠在炸药中的应用

目前，我国乳化炸药比较常用的密度调节剂为化学发泡剂和膨胀珍珠岩，前者的缺点是炸药密度不易控制，储存期短，且有后效；后者的缺点是炸药易受其粒度、强度和耐油性能的限制，爆炸性能低、储存期短。空心玻璃微珠在乳化炸药中的引入，克服了上述缺点，大大提高了炸药的爆轰性能并显著提高了储存稳定性[8]。其主要特点就是利用了空心玻璃微珠的敏化作用。空心玻璃微珠具有低密度、低导热、低吸油率、粒度及化学组成可控等优越性能，因而非常适合作为乳化炸药敏化剂。它具有用量少而能明显改善爆轰性能、提高储存稳定性的特点。

5在水泥制品中的应用

在钻探和浇铸水泥制品时，都需要低密度、低粘度、低渗透性及结合力强的水泥。最常见的制得轻质注浆水泥的方法是提高水的含量或者是加入吸水性强的物质如硅藻土、珍珠岩等。然而，含水量的增加将降低其强度，并且凝固后的水泥渗透性高。空心微珠的密度低且不易吸水，将其单独或者和膨胀添加剂一起加入水泥中，可降低注浆水泥的密度。

F.Blanco[9]等研究了加有空心微珠的轻质水泥的特点和性能。用腔内全部填有水泥浆的空心微珠制成的轻质水泥σｃ２８值在２７～33MPa之间，优于由膨胀珍珠岩制成的轻质水泥（σｃ２８＝1～5.5 MPa）；由膨润土制成的轻质水泥σｃ２８值在１７～40MPa之间。由腔内填有水泥浆的空心微珠制成的水泥制品，隔热性能随微珠粒度的减小而提高。当微珠的腔内没有水泥浆时，样品的隔热性能得到最大改善，但此时样品的机械性能有所降低。由空心微珠制成的轻质水泥的吸音性能与由膨润土制成的轻质水泥的吸音性能类似。Vikrant Tiwari[10]等研究了粉煤灰空心玻璃微珠对材料吸声性能的影响，在水泥中加入体积为40%的空心微珠时吸声性能达最大值。

6在涂料中的应用

王金台[11]等将玻璃微珠应用于涂料中，制得的太阳热反射隔热涂料具有太阳热高反射和高辐射性能，提高了涂料的隔热性能。另外，涂料干燥后，中空微珠紧密排列起来，形成一个完整的空心隔离层，它不仅具有良好的隔热效果，还具有优异的隔音效果。葛凯勇等[12]以空心微珠为芯材用化学镀工艺进行了镀铜、镀镍、镀银等微珠表面金属化处理，得到表面金属包覆完整的导电粉体，该粉体作为电磁防护涂料的导电填料具有密度小，导电性能良好的优点。涂料中加入镀镍微珠后具有吸波性能。司志明[13]将透明度良好、高折射率（折射率1.9）的玻璃微珠用于制作路标涂料，由于涂料中含有一定数量的高折射率玻璃微珠，夜间灯光照在上面，其反光度高，且定向反射性能优良，提高了夜间行车的安全性.

7在医学领域中的应用

肝癌是一种恶性肿瘤，采用化学疗法和放射疗法治疗效果都不满意。最近，人们对动脉放射疗法的研究进行了更多的关注，香港的一份报告指出用90－Ｙ微珠进行的内部放射疗法治疗效果明显，并且对未切除的致癌肝细胞有高的包容量。Norio Araki M D[14]的研究表明，玻璃微珠可用作栓塞材料有效地应用在动脉放射疗法中。另外吴旻等[15]报道，对空心玻璃微球进行偶联处理，在空心微球表面进行化学镀镍改性后，用在医学免疫检测技术上前景看好。

8改性玻璃微珠在电磁屏蔽、微波吸收等方面的应用

目前，能使微波雷达、红外雷达或其它电磁波雷达以及声波探测系统屏蔽的吸波材料得到了军事领域的普遍关注。近红外反射材料可应用于航空、航天、建筑材料、车辆、兵器等领域。空心微珠粉体密度较小，对其表面进行金属化处理后，可以取代密度较大的金属粉体用于电磁波吸收（RAM）或电磁屏蔽（EMI）材料的制备。近年来国内外对玻璃及陶瓷空心微珠的化学镀膜研究发现可以改变其光电性能和热动力性能。尤其镀镍钴后可以改进对电磁波的吸收和近红外反射，已应用到军用防伪涂层中，作为民用技术只是强化隔热涂料的性能。曾爱香等[16]研究了采用硝酸银活化法在空心微珠表面包覆Ni－Co－Ｐ，可用于电磁屏蔽和微波吸收，民用方面可制成防电磁辐射材料，军用方面可制成吸波隐形材料。凌国平[17]等采用化学镀的方法，在空心玻璃微珠表面镀覆具有磁性的金属Co层制备低密度的磁粉，化学镀Co层具有优异的软磁和硬磁性能。Sung－Soo Kim[18]研究了在空心陶瓷微珠表面镀Co－Fe金属层对磁和微波吸收的性能。