中鋼集團(tuán)馬鞍山礦院新材料科技有限公司

高性能空心玻璃微珠(以下簡(jiǎn)稱(chēng)HGS)是一種密閉、中空正球體，壁厚1~3μm，內(nèi)含稀薄的氮?dú)?、二氧化碳等氣體，其主要化學(xué)成分為堿石灰硼硅酸鹽玻璃。HGS作為一種輕質(zhì)微米級(jí)的樹(shù)脂材料填充劑，可有效降低制品密度、提高或改善制品的耐水性、力學(xué)性能、收縮率和流變性能等。

表1 HGS主要性能參數(shù)

3. HGS添加在樹(shù)脂中的優(yōu)點(diǎn)

(1) 減輕制品重量

HGS由于密度小，與等重量的其他無(wú)機(jī)填料相比占據(jù)更多的空間，更多地減少樹(shù)脂用量和VOC指標(biāo)，起到減重和節(jié)約成本的效果，是一種環(huán)保型產(chǎn)品。

（2） 降低制品的收縮和翹曲

HGS具有各向同性，使制品尺寸的穩(wěn)定性增高，能夠減少收縮和翹曲。

(3) 改善制品的力學(xué)性能

若填充比例適當(dāng)，HGS可改善制品的韌性，拉伸和彎曲性能顯著提高，表面硬度增強(qiáng)。

(4) 改善加工性能

HGS是微小的正球體，球型率高，具有滾珠軸承效應(yīng)，能提高流動(dòng)性，降低樹(shù)脂混合物的黏度和內(nèi)應(yīng)力。因此，在加工過(guò)程中復(fù)合材料動(dòng)態(tài)生熱少，能防止?jié)櫥蛔愫途植繜岱纸?，注塑時(shí)更容易擠出，不僅減少制品的缺陷，而且使生產(chǎn)效率提高15%-20%。

圖2.HGS的偏光顯微鏡和SEM照片

4. 產(chǎn)品應(yīng)用

(1) 固體浮力材料

HGS是固體浮力材料中主要的浮力調(diào)節(jié)介質(zhì)。我公司產(chǎn)品外抗壓強(qiáng)度高，廣泛應(yīng)用于深海運(yùn)載和作業(yè)裝備﹑海上石油系統(tǒng)﹑海洋調(diào)查監(jiān)測(cè)系統(tǒng)﹑海洋采礦系統(tǒng)﹑浮標(biāo)系統(tǒng)等海洋領(lǐng)域。

表2.添加HGS的固體浮力材料密度及極限深度

建議使用產(chǎn)品：密度較小的HGS，如H25、H32、H40等。

(2) 工程塑料

HGS作為一種高強(qiáng)度的填料可以有效改進(jìn)產(chǎn)品性能，包括：

u  有效降低部件重量和吸水率

u  制品不易變形，尺寸穩(wěn)定性好

u  與樹(shù)脂融合較好，易于加工

u  降低樹(shù)脂用量，節(jié)約成本

u  制品的力學(xué)性能得到改善

圖3.添加10wt%.H46的PA66粒子

建議使用產(chǎn)品：根據(jù)客戶(hù)對(duì)密度的需求選用。如加工工藝為注塑，需選用抗壓強(qiáng)度較高的玻璃微珠，如H46、H60等。

(3) 汽車(chē)工業(yè)

汽車(chē)輕量化就是在保證汽車(chē)的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車(chē)的整體質(zhì)量，從而提高汽車(chē)的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。實(shí)驗(yàn)證明，若汽車(chē)整車(chē)重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%。

HGS對(duì)汽車(chē)的減重主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

1)車(chē)身部件：包括車(chē)身殼體、車(chē)篷硬頂、天窗、車(chē)門(mén)、散熱器護(hù)柵板、大燈反光板、前后保險(xiǎn)杠等以及車(chē)內(nèi)飾件；

2)結(jié)構(gòu)件：包括前端支架、保險(xiǎn)杠骨架、座椅骨架、地板等；

3)功能件：其主要特點(diǎn)是要求耐高溫、耐油腐蝕，以發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)周邊部件為主。如：發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)罩蓋、進(jìn)氣歧管、油底殼、空濾器蓋、齒輪室蓋、導(dǎo)風(fēng)罩、進(jìn)氣管護(hù)板、風(fēng)扇葉片、風(fēng)扇導(dǎo)風(fēng)圈、加熱器蓋板、水箱部件、出水口外殼、水泵渦輪、發(fā)動(dòng)機(jī)隔音板等；

4)其他相關(guān)部件：如CNG氣瓶、客車(chē)與房車(chē)衛(wèi)生設(shè)施部件、摩托車(chē)部件、高速公路防眩板和防撞立柱、公路隔離墩、商品檢測(cè)車(chē)頂柜等。 

例1. 在模塑料（SMC和BMC）中添加空心玻璃微珠使制品重量降低25%~35%，改善介電性能，提高熱變形溫度。

圖4. 轎車(chē)復(fù)合材料部件示意圖

建議使用產(chǎn)品：低強(qiáng)度的玻璃微珠適合用于發(fā)泡材料、對(duì)加工強(qiáng)度要求不高的成型方式（如擠出成型、模壓成型等）；高強(qiáng)度的玻璃微珠適用于注塑成型的部

件，及其他對(duì)強(qiáng)度要求較高的部件。

(4) 膠黏劑/密封膠

u  降低膠粘劑/密封膠密度；

u  提高粘結(jié)強(qiáng)度；

u  減少溶劑用量，降低VOC含量；

u  有效控制膠層厚度，防止溢膠；

u  減小膠粘劑/密封膠干燥時(shí)的收縮及開(kāi)裂現(xiàn)象；

u  耐光、耐熱，提高膠粘劑抗老化性；

u  賦予膠粘劑/密封膠隔熱、隔音、絕緣、阻燃等性能。

    例2. 在發(fā)動(dòng)機(jī)用硅密封膠中添加了10%HGS，有效提高了發(fā)動(dòng)機(jī)用硅密封膠的初期耐壓性，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)用硅密封膠在具有較好即時(shí)密封的同時(shí)又兼具較高的粘結(jié)強(qiáng)度，較好地滿(mǎn)足了發(fā)動(dòng)機(jī)部件在裝配時(shí)的使用需求。

建議使用產(chǎn)品：H32、H40、H46等。

(5) 用戶(hù)行業(yè)

HGS應(yīng)用范圍非常廣泛，目前在復(fù)合材料領(lǐng)域使用我公司產(chǎn)品的客戶(hù)行業(yè)涉及代木、硅橡膠、玻璃鋼、電纜、鞋底、保溫管材、PVC地板、浮體材料、航空航天用電子材料、輕質(zhì)車(chē)用阻尼板、浮雕家飾、輕質(zhì)粘土、衛(wèi)浴等。