錢晨光，譚 琦，李春全，鄭水林，孫志明

(1.中國礦業(yè)大學(北京) 化學與環(huán)境工程學院，北京 100083；2.中國地質(zhì)科學院 鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；3.國家非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006)

無機粉體在高分子材料中的應(yīng)用，不僅可以降低高分子材料的生產(chǎn)成本，還將賦予復(fù)合材料一定的功能性，如強度、剛性、絕緣性、阻燃性、耐腐蝕性等[1-2]。硅微粉作為一種典型的無機填料，具有“三高”(高絕緣性、高熱傳導(dǎo)、高熱穩(wěn)定性)、“三低”(低熱膨脹系數(shù)、低介電常數(shù)、低原料成本)、“兩耐”(耐酸堿性、耐磨性)的優(yōu)良特性，近年來備受關(guān)注[3]。

硅微粉是以天然石英(SiO2)或熔融石英(天然石英經(jīng)高溫熔融、冷卻所產(chǎn)生的非晶態(tài)SiO2)為原料，通過破碎、篩分、研磨、磁選、浮選、酸洗、高純水處理等工序加工處理而得的二氧化硅粉體材料[4]。硅微粉在應(yīng)用的過程中主要作為功能性填料與有機高分子聚合物進行復(fù)合，從而提高復(fù)合材料的整體性能。硅微粉本身屬于極性、親水性的物質(zhì)，與高分子聚合物基質(zhì)的界面屬性不同，相容性較差，在基料中往往難以分散[5]，因此，通常需要對硅微粉進行表面改性，根據(jù)應(yīng)用的需要有目的地改變硅微粉表面的物理化學性質(zhì)，從而改善其與有機高分子材料的相容性，滿足其在高分子材料中的分散性與流動性需求[6]。近年來，國內(nèi)外針對硅微粉改性的研究主要集中在表面改性工藝優(yōu)化、改性劑篩選、改性粉體應(yīng)用等方面，取得了諸多研究進展?；诖耍疚闹邢到y(tǒng)總結(jié)了目前硅微粉表面改性工藝與機理的研究現(xiàn)狀，并介紹了硅微粉在不同填料領(lǐng)域的應(yīng)用進展。

1 硅微粉改性技術(shù)

1.1 硅微粉原料

硅微粉的種類、粒度、比表面積、表面官能團等性質(zhì)直接影響其與表面改性劑的結(jié)合作用。不同種類的硅微粉改性效果也是有一定差異的，其中球形硅微粉具有很好的流動性，在改性的過程中易與改性劑結(jié)合，能夠較好地分散在有機高分子體系中，并且密度、硬度、介電常數(shù)等性能都明顯優(yōu)于角形硅微粉。例如，黃偉壯等[7]研究了不同類型硅微粉對覆銅板耐熱性的影響，通過將無定形硅微粉、類球形結(jié)晶型硅微粉、球形熔融型硅微粉分別作為填料制備覆銅板，測定了覆銅板的耐熱性及界面性能。結(jié)果表明，球形硅微粉能夠更好地與環(huán)氧樹脂相容，所制備的覆銅板耐熱性能較好。通常，硅微粉粒度越小，比表面積越大，表面的活性位點的數(shù)量也就越多，改性劑的使用量也將增大[8-9]。另外，不同粒度的硅微粉在應(yīng)用的過程中，對下游產(chǎn)品的性能也有一定的影響。例如，硅微粉在與樹脂混合的過程中，應(yīng)嚴格控制粒度分布，不宜過大或過小，粒度過大填充應(yīng)用性能較差，而粒度過小將會造成樹脂體系粘度增大，流動性變差。

1.2 改性工藝

硅微粉常用的改性工藝主要包括干法改性[10]、濕法改性[11-12]、復(fù)合改性[13]。干法改性是硅微粉在相對干燥的狀態(tài)下分散于改性設(shè)備中，并配合一定量的表面改性劑在一定溫度下實現(xiàn)的改性。干法改性工藝簡單，生產(chǎn)成本低，是目前國內(nèi)硅微粉表面改性的主要方式，適合于微米級別硅微粉。濕法改性是指在液相條件下對硅微粉表面進行潤濕，降低表面的結(jié)合能，然后加入一定量的表面改性劑和助劑，在一定溫度下攪拌分散，實現(xiàn)硅微粉的表面改性。濕法改性工藝能使硅微粉與改性劑更容易分散并更加充分的結(jié)合，改性更均勻，但后續(xù)需要脫水作業(yè)，工藝流程復(fù)雜且能耗高，更適合粒徑小于5 μm的超細硅微粉改性[14]。此外，濕法改性過程中還應(yīng)考慮改性劑的水溶性，因為只有水溶性較好的改性劑才能更好地分散并與硅微粉表面Si—OH基作用。復(fù)合改性是指結(jié)合干法和濕法2種改性工藝，進一步提高硅微粉的活化程度。例如，曹家凱等[13]通過干法和濕法工藝分兩步進行改性，即首先通過干法改性，采用γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲基硅烷對硅微粉進行初步改性，而后通過濕法改性，采用N-苯基-氨基三甲氧基硅烷進行改性得到活性硅微粉。結(jié)果表明，復(fù)合改性工藝所制得的硅微粉活性高，疏水性好，表面羥基數(shù)量少，能夠更好地分散于樹脂體系。

1.3 表面改性方法及改性劑篩選

硅微粉表面改性常用的方法可分為有機改性、無機改性、機械力化學改性等，其中最常用的改性方法是有機改性。

1.3.1 有機改性

有機改性是利用有機物中的官能團能夠在硅微粉表面進行物理吸附、化學吸附以及化學反應(yīng)來改變硅微粉表面性質(zhì)的方法。目前最常用的有機改性劑是硅烷偶聯(lián)劑，主要包括氨基、環(huán)氧基、乙烯基、硫基等種類[15]，改性效果通常較好，但價格昂貴。部分研究者采用鋁酸酯、鈦酸酯、硬脂酸等價格相對低廉的改性劑對硅微粉進行，但改性效果往往不如硅烷偶聯(lián)劑，因此，結(jié)合經(jīng)濟效益和改性效果，采用2種及以上表面改性劑對硅微粉進行復(fù)合改性，改性效果較使用單一改性劑的往往更為理想[16-17]。表1是對目前硅微粉的有機改性研究現(xiàn)狀總結(jié)。

表1 硅微粉的有機改性研究現(xiàn)狀Tab.1 Research progress on organic modification of silicon micropodwer

硅微粉表面改性劑的篩選需根據(jù)其填充材料基料的性質(zhì)、用途以及改性劑的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、作用機理等多方面因素進行確定，常用的有機改性劑與硅微粉表面的作用機理總結(jié)如下。

1)硅烷偶聯(lián)劑改性機理

硅微粉表面改性最常使用的有機改性劑是硅烷偶聯(lián)劑，它是一種含有2種以上不同化學性質(zhì)的基團低分子有機硅化合物，其分子結(jié)構(gòu)含有與有機聚合物作用的官能團(如氨基、乙烯基、環(huán)氧基等)和能夠水解的與硅微粉表面作用的烷氧基，可將硅微粉與有機高分子聚合物緊密結(jié)合起來。目前，比較成熟的作用機理是化學鍵結(jié)合理論[35]。此理論認為，硅烷偶聯(lián)劑的2種不同性質(zhì)的基團，其中一端的乙烯基、環(huán)氧基、氨基、甲基丙烯酸酯、硫酸基等與有機聚合物的官能團進行反應(yīng)，從而實現(xiàn)硅烷偶聯(lián)劑與有機高分子基料連接；另一端水解后的烷氧基(如甲氧基、乙氧基)與硅微粉表面Si—OH基作用，經(jīng)過水解、縮合、形成氫鍵、形成共價鍵4個過程，分別為：①水解。硅烷偶聯(lián)劑中與Si相連的3個水解基進行水解形成硅醇。②縮合。不同硅醇分子之間進行縮合脫水，形成Si—OH低聚硅氧烷。③形成氫鍵。低聚硅氧烷與硅微粉表面的—OH形成氫鍵。④形成共價鍵。在加熱的過程中，發(fā)生縮合、脫水及化學吸附，從而使得硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉之間形成牢固的Si—O—Si共價鍵，成為連接樹脂或有機聚合物基料與硅微粉之間的紐帶。圖1所示為硅烷偶聯(lián)劑改性硅微粉機理圖。

圖1 硅烷偶聯(lián)劑改性硅微粉機理圖[36]Fig.1 Mechanism diagram of silicon micropowder modified by silane coupling agent[36]

2)鈦酸酯偶聯(lián)劑改性機理

鈦酸酯偶聯(lián)劑與硅微粉的主要作用機理是鈦酸酯分子結(jié)構(gòu)中親無機基團(RO)m與硅微粉表面的羥基發(fā)生化學作用，在硅微粉表面形成單分子層，同時釋放出異丙醇。Zhang等[18]采用異丙氧基三油酸酯?；佀狨栉⒎圻M行表面改性，發(fā)現(xiàn)鈦酸酯與硅微粉在100 ℃的溫度下發(fā)生脫醇縮合反應(yīng)。其中，鈦酸酯Ti—O鍵斷裂形成—OCH(CH3)2，硅微粉表面的羥基則在Si—O—H鍵斷裂形成游離氫，最后鈦酸酯與硅微粉表面通過Si—O—Ti鍵連接，而—OCH(CH3)2與游離氫結(jié)合形成異丙醇。具體改性機理如圖2所示。

圖2 異丙氧基三油酸酰基鈦酸酯改性硅微粉機理圖[18]Fig.2 Mechanism diagram of silicon micropowder modified by isopropoxytrioleic acid titanate[18]

1.3.2 無機改性

無機改性是指在硅微粉表面包裹或復(fù)合金屬、無機氧化物、氫氧化物等以賦予材料新功能。例如，Oyama等[37]采用沉淀方法在SiO2表面覆蓋Al(OH)3，然后用聚二乙烯基苯包裹改性后的SiO2，可滿足某些特殊方面的應(yīng)用需求。

1.3.3 機械力化學改性

機械力化學改性是指首先利用超細粉碎及其他強烈機械力激活粉體顆粒表面，以增加硅微粉表面的活性點或活性基團，然后結(jié)合改性劑實現(xiàn)對硅微粉的復(fù)合改性。例如，劉會臣等[27]采用改性聚硅氧烷對經(jīng)過鐵錘粗碎、陶瓷輥式破碎機中碎和細碎的天然石英礦在行星研磨罐中進行研磨、改性，得到活性二氧化硅微粉。結(jié)果表明，機械球磨法改性能夠增加硅微粉與聚硅氧烷的接觸機會，從而增強改性效果。鄧軍等[28]采用乙烯基三甲氧基硅烷和六甲基二硅氮烷，在行星攪拌機中對硅微粉進行改性，隨后通過高溫干燥、真空抽水的條件下，獲得表面改性硅微粉。結(jié)果表明，改性后的硅微粉相比于未改性硅微粉分散均勻，團聚現(xiàn)象有所改善。

1.4 改性劑用量

改性劑的用量通常與硅微粉表面活性點(如Si—OH)數(shù)量以及改性劑覆蓋表面的單分子層、雙分子厚度有一定關(guān)系。當改性劑用量過小時，導(dǎo)致硅微粉表面的活化程度不高；當改性劑用量過大時，不僅會造成改性成本的增加，而且會在改性后的硅微粉表面形成多層物理吸附，使得硅微粉與有機聚合物之間的界面形成薄弱層，導(dǎo)致無法發(fā)揮單分子的橋梁作用[25]。例如，黃晨光等[38]在探究硅烷偶聯(lián)劑的用量對硅微粉改性效果的影響實驗中，選用Z-6040環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑作為改性劑，以用量為硅微粉質(zhì)量的0、0.5%、1%、2%、3%的硅烷偶聯(lián)劑進行改性。結(jié)果表明，當硅烷偶聯(lián)劑的添加量為1%時，改性效果較好。

1.5 改性工藝條件

為使得硅微粉具有良好的改性效果，應(yīng)控制改性過程中的溫度、pH、時間、攪拌速度等工藝條件。改性溫度是改性劑與硅微粉發(fā)生縮合、脫水以及形成牢固共價鍵的重要條件，改性溫度不宜過高或過低，過高的溫度使改性劑分解或揮發(fā)，過低的溫度將使改性劑與硅微粉反應(yīng)速率降低，影響改性效果。對于通過溶劑溶解的改性劑，pH將影響水解效果。例如，李曉東等[39]將N-苯基-氨丙基三甲氧基硅烷(Y9669)與異丙醇和水進行水解，得到硅烷偶聯(lián)劑水解液，調(diào)整pH。結(jié)果表明，pH=7.5的硅烷偶聯(lián)劑水解液對硅微粉的改性效果較好。較長的改性時間使改性劑與硅微粉之間作用更加充分和牢固；合適的攪拌速度能夠使改性劑與硅微粉接觸更加充分，提高改性劑在硅微粉中的分散性。

2 硅微粉應(yīng)用研究現(xiàn)狀

硅微粉可應(yīng)用于覆銅板、橡膠、塑料、涂料、環(huán)氧塑封料、電工絕緣材料、膠黏劑、建筑材料等多個領(lǐng)域，如圖3所示。不同領(lǐng)域?qū)栉⒎鄣馁|(zhì)量要求不同，因此硅微粉在應(yīng)用的過程中，一定要考慮下游行業(yè)的需求。

圖3 硅微粉的應(yīng)用領(lǐng)域Fig.3 Application fields of silicon micropowder

2.1 覆銅板

覆銅板是將玻璃纖維或其他增強材料浸以樹脂基體，添加不同的填料，通過調(diào)膠、浸潤等工藝將一面或雙面覆以銅箔并經(jīng)熱壓而制成的一種電子基礎(chǔ)材料。為降低覆銅板的生產(chǎn)成本，提高其耐熱、導(dǎo)電性以及機械性能，通常需要在制備覆銅板的過程中加入無機填料，如硅微粉、滑石、氫氧化鋁、氫氧化鎂等，其中硅微粉以優(yōu)良的物理、化學性能受到廣泛的青睞[40-41]。

目前，應(yīng)用于覆銅板的硅微粉可分為結(jié)晶硅微粉、熔融硅微粉、球形硅微粉及復(fù)合硅微粉[42]。結(jié)晶硅微粉作為覆銅板的填料，可應(yīng)用于生產(chǎn)要求較低的行業(yè)，價格較低，并且對覆銅板的熱穩(wěn)定性、剛度、熱膨脹系數(shù)等方面的性能有一定的改善，因此在實際應(yīng)用的過程中使用高純度的結(jié)晶硅微粉更為普遍[4]。例如，楊艷等[40]采用環(huán)氧硅烷偶聯(lián)劑對高純度結(jié)晶型二氧化硅進行改性，制備FR4覆銅板。結(jié)果表明，通過加入二氧化硅填料的覆銅板的熱膨脹系數(shù)和孔壁樹脂收縮都有所改善。結(jié)晶硅微粉與熔融、球形硅微粉相比，存在密度較大、熱膨脹系數(shù)較高、硬度大等問題，不利于填料在樹脂中的分散性，并且可能影響覆銅板的應(yīng)用性能。相對而言，熔融硅微粉則具有較低的密度、硬度、介電常數(shù)、熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點，可應(yīng)用于智能手機、平板電腦、網(wǎng)絡(luò)通訊等行業(yè)，其主要缺點是制備過程中熔融溫度較高，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。球形硅微粉具有流動性好，在樹脂中的填充量較大，制備的覆銅板性能更優(yōu)異，主要應(yīng)用于高頻覆銅板的制備。例如，黃偉壯等[7]探究了不同類型硅微粉對覆銅板耐熱性的影響，通過將無定形硅微粉、類球形結(jié)晶型硅微粉、球形熔融型硅微粉分別作為填料制備覆銅板，測定了覆銅板的耐熱及界面性能。結(jié)果表明，球形硅微粉能夠更好地與環(huán)氧樹脂相容，所制備的覆銅板耐熱性能也較好，然而，目前球形硅微粉價格較高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，國內(nèi)自給率偏低，高端產(chǎn)品主要依賴于進口，亟需實現(xiàn)本領(lǐng)域的技術(shù)突破。復(fù)合硅微粉又稱低硬度硅微粉，主要是硅微粉與其他填料的混合物，以此降低硅微粉的硬度，具有易于加工，可減小鉆頭在制孔過程中的磨損，降低鉆孔過程中的粉塵污染等優(yōu)點，但是，復(fù)合硅微粉面臨的主要問題是如何在保證覆銅板性能的情況下，進一步降低材料的生產(chǎn)成本[43]。

2.2 橡膠

橡膠是具有可逆形變的高彈性聚合物材料，可廣泛應(yīng)用于電子、汽車、土木建筑、國防軍工、醫(yī)療衛(wèi)生以及生活用品等多個領(lǐng)域。在橡膠制備過程中，加入一定量的無機填料，不僅可以降低橡膠的生產(chǎn)成本，而且可顯著提高橡膠復(fù)合材料的綜合物理性能與動態(tài)力學性能。目前，炭黑是傳統(tǒng)的橡膠補強填料，可以提高復(fù)合材料耐磨性、強度、剛性等性能。然而，炭黑顏色較深，無法生產(chǎn)半透明或有色產(chǎn)品，因此，研究者們選用硅微粉、粉煤灰、黏土等其他非黑體填料逐漸替代炭黑作為橡膠填料[44-45]。

硅微粉具有粒度小、比表面積大、耐熱與耐磨性能好等優(yōu)點，可提高橡膠復(fù)合材料的耐磨性、拉伸強度與模量、高撕裂等性能，然而，硅微粉表面含有大量的酸性硅醇基團，如不經(jīng)過改性處理，將導(dǎo)致硅微粉在橡膠中分散不均勻，并且酸性基團易與堿性促進劑反應(yīng)，延長橡膠復(fù)合材料的硫化時間。目前，硅微粉改性應(yīng)用于橡膠的研究中，主要以硅烷偶聯(lián)劑改性為主，如苯基三甲氧基硅烷、乙烯三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、3-巰基丙基三乙氧基硅烷、(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷等[5，27-30]。在大量研究中，研究者們傾向于選擇含硫原子的有機硅基團改性劑來改性硅微粉，以更好地與橡膠分子相容，但橡膠分子易與含硫的硅烷偶聯(lián)劑之間反應(yīng)導(dǎo)致“焦燒”現(xiàn)象，不利于橡膠復(fù)合材料的制備。例如，Kim等[5]為進一步提高橡膠復(fù)合材料的性能，采用低聚液體異戊二烯橡膠在溶劑中對用氨基硅烷偶聯(lián)劑預(yù)先改性的二氧化硅進行化學改性，然后將改性二氧化硅與丁基橡膠復(fù)合制備丁基橡膠-二氧化硅復(fù)合材料。結(jié)果表明，丁基橡膠-二氧化硅復(fù)合材料的固化時間和力學性能可以通過橡膠分子對二氧化硅表面進行化學改性來控制。Zheng等[31]為解決橡膠復(fù)合材料在制備過程中，所產(chǎn)生的“分散性”和“焦燒”問題，通過組合酸聚氧乙烯醚(AEO)和3-巰基丙基三乙氧基硅烷(K-MEPTS)對納米二氧化硅進行改性，將改性后的二氧化硅用于填充天然橡膠(NR)，以制備二氧化硅-NR復(fù)合材料。結(jié)果表明，AEO在二氧化硅和橡膠之間形成物理界面，減少二氧化硅在橡膠基體中的聚集，提高了分散性；K-MEPTS則在二氧化硅與橡膠之間形成化學界面，增加了二氧化硅與橡膠之間的相容性。

2.3 塑料

硅微粉作為填料在制作塑料的過程中可用于聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯醚(PPO)等材料中，廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、電子通信、絕緣材料、農(nóng)業(yè)、日常生活用品、國防軍工等多個領(lǐng)域[46]。余志偉等[47]以KH-550對粉石英進行改性，將改性后的粉石英與PE均勻混合制備PE塑料薄膜，可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)大棚薄膜。結(jié)果表明，當粉石英的填充質(zhì)量分數(shù)為8%～12%時，制備的農(nóng)膜力學性能超過純樹脂薄膜，可滿足國家標準要求。李啟發(fā)等[48]以硅鐵冶煉過程中所產(chǎn)生的硅粉塵作為原料，通過提純、篩分、煅燒增白等工藝進行深加工，得到深加工處理后的武鋼(WG)硅微粉，采用鈦酸酯類的NDZ101偶聯(lián)劑對硅微粉進行改性，并將改性硅微粉作為原料與低密度聚乙烯(LDPE)混合制得塑料制品，不僅實現(xiàn)了對硅鐵冶煉過程中所產(chǎn)生的粉塵綜合利用，而且降低了塑料制品的生產(chǎn)成本，提高了塑料制品的機械強度。章云[49]采用硅烷偶聯(lián)劑(K550)對硅微粉進行改性，將改性后的硅微粉與聚苯醚材料混合，制備聚苯醚汽車塑料材料。結(jié)果表明，制備的材料具有硬度大、耐磨、耐高溫、耐腐蝕等性能，能夠應(yīng)用于汽車塑料制品。

2.4 涂料

硅微粉作為填料可用于涂料行業(yè)，不僅可以降低制備涂料的成本，而且能夠提高涂料的耐高溫、耐酸堿、耐磨性、耐候性等性能，可廣泛應(yīng)用于建材、汽車、管道、五金、家用電器等領(lǐng)域。在建筑涂料方面，白文奎等[50]將二氧化硅粉作為填料制備涂料，應(yīng)用于建筑外墻漆，具有裝飾效果好、穩(wěn)定性強、造價低等優(yōu)點。袁睿等[51]以超細硅微粉作為苯丙涂料填料制備建筑涂料。結(jié)果表明，當硅微粉添加質(zhì)量分數(shù)達到35%以上時，涂料的耐堿性、耐洗刷次數(shù)、吸水率、反射率等性能都有明顯的改善。在乳膠涂料應(yīng)用方面，選用的顏填料主要為鈦白粉，但鈦白粉價格昂貴且制備工藝復(fù)雜，因此，選用碳酸鈣、無水硫酸鈣、硅微粉等填料和鈦粉粉配合使用已成為乳膠涂料的研究熱點[52]。汪鵬主等[53]采用改性硅微粉代替部分鈦白粉作為填料用于乳膠涂料制備。結(jié)果表明，當復(fù)合粉體中鈦白粉和硅微粉的質(zhì)量比為1∶3時，所制得的乳膠涂料硬度大大提升，抗沖擊強度、柔韌性也有明顯改善。在環(huán)氧地坪涂料方面，硅微粉作為填料能夠提高環(huán)氧地坪涂料的耐磨、耐酸堿、耐高溫、機械強度等性能。胡高平等[54]以不同粒徑的硅微粉作為填料與環(huán)氧樹脂、固化劑等原料進行混合制得耐強酸的環(huán)氧地坪涂料，且應(yīng)用于冰乙酸蒸餾車間，可避免冰乙酸腐蝕地面造成的局部粉化現(xiàn)象。在阻燃絕緣涂料方面，劉綜旺等[55]將活化硅微粉添加到不飽和聚酯樹脂中，制備聚酯絕緣漆。結(jié)果表明，活性硅微粉添加質(zhì)量分數(shù)為35%時，絕緣漆的體積電導(dǎo)率、吸水性、力學強度得到明顯改善。

2.5 環(huán)氧塑封料

環(huán)氧塑封料是由質(zhì)量分數(shù)小于18%的環(huán)氧樹脂為基體樹脂、小于9%的高性能酚醛樹脂為固化劑、70%～90%的無機填料、3%左右的多種助劑混配而成的塑封料，是電子封裝的關(guān)鍵材料，占微電子封裝97%以上的市場，可廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、消費電子、集成電路、航空、軍事等各封裝領(lǐng)域[56]。硅微粉是環(huán)氧塑封料的主要功能性填料，約占所有填料的90%以上。張建英等[26]采用KH-550對硅微粉進行改性，并將改性與未改性的硅微粉分別與鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂為基體樹脂、線型酚醛固化劑、催化劑DMP-30進行混合，制備環(huán)氧樹脂塑封料。結(jié)果表明，當硅微粉填充量為80%時，與未改性硅微粉作為填料制備的塑封料相比，改性硅微粉充當填料制備的塑封料的導(dǎo)熱系數(shù)、介電強度、熔融指數(shù)、體積電阻率明顯提高。

不同行業(yè)對環(huán)氧塑封料的性質(zhì)要求不同，而環(huán)氧塑封料的性質(zhì)主要由硅微粉質(zhì)量決定的[57]。通常，中低端環(huán)氧塑封料多采用角形硅微粉，而高端環(huán)氧塑封料主要以球形硅微粉為主。如分立器件和小型集成電器使用的塑封料主要是以結(jié)晶、熔融型硅微粉為填料；高熱導(dǎo)型封裝功率器件使用的塑封料主要以結(jié)晶硅微粉和其他高導(dǎo)熱材料為填料；對于低膨脹型、低翹曲型封裝大規(guī)模集成電路使用的塑封料主要以球形硅微粉為填料；低模量型封裝存儲器等器件使用的塑封料主要以低射線球形硅微粉為填料。

2.6 電工絕緣材料

電工絕緣材料是使電器元件之間以及元件和地面之間絕緣的一種復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于電力輸送、軌道交通、航空航天、風能、核能以及其他電機領(lǐng)域。不同行業(yè)在使用絕緣材料的過程中，對其耐熱性、絕緣性以及抗腐蝕性等特性都有一定的要求，硅微粉作為填料制備絕緣材料可使其機械性能和電學性能得到有效改善。例如，Abdel-Gawad等[19]為提高地下電纜的絕緣性和機械性能，選用成本低、介電性能和加工性能優(yōu)異的PVC作為基料，將經(jīng)氨基硅烷偶聯(lián)劑改性的納米SiO2作為填料，制備PVC-SiO2納米復(fù)合材料。結(jié)果表明，與未功能化的PVC相比，功能化納米粒子結(jié)合到聚合物絕緣材料中，其介電常數(shù)和機械性能得到有效改善。趙青洋等[58]以LDPE作為基料、將KH-550改性的硅微粉作為填料，制備高絕緣性LDPE復(fù)合材料。結(jié)果表明，以改性硅微粉作為導(dǎo)熱填料制備的復(fù)合材料，其絕緣性、電氣強度、拉伸強度、導(dǎo)熱系數(shù)、體積電導(dǎo)率等性能有明顯的改善。

2.7 其他應(yīng)用

膠黏劑能將2種或2種以上同質(zhì)或異質(zhì)材料結(jié)合在一起，在人們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮著重要的作用，廣泛應(yīng)用于制鞋與皮革、家具、建筑材料、家用電器、木材加工、生物醫(yī)療等多個領(lǐng)域。為克服傳統(tǒng)膠黏劑強度低、耐熱性能及貯存穩(wěn)定性差等問題，通常將硅微粉作為填料用于膠黏劑的制備，不僅可以降低膠黏劑的生產(chǎn)成本，而且能夠提高膠黏劑的熱穩(wěn)定性、機械強度等性能[59]。硅微粉作為填料應(yīng)用于人造石英板，不僅可以降低不飽和樹脂消耗量，而且對人造石英板的耐磨、耐酸堿、機械強度等性能有一定的改善。例如，劉會臣等[23]提出將硅烷偶聯(lián)劑改性后的硅微粉應(yīng)用于人造石英板中，可減少不飽和樹脂的用量，對降低人造石英板的加工成本具有一定的意義。

3 總結(jié)與展望

硅微粉作為高分子材料的填料不僅可以降低復(fù)合材料的生產(chǎn)成本，而且賦予材料更優(yōu)異的性能，如提高耐磨、耐酸堿、耐高溫、絕緣性、機械強度和低膨脹率等，具有較為廣闊的發(fā)展前景。表面改性是硅微粉在高分子材料中應(yīng)用的關(guān)鍵加工技術(shù)之一，近年來取得了諸多研究進展，但我國在硅微粉高端產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

1)硅微粉原料質(zhì)量、改性工藝、表面改性方法及改性劑、改性劑用量、改性工藝條件(改性溫度、時間、pH及攪拌速度)等因素均影響硅微粉表面改性效果，其中表面改性方法及改性劑是影響改性效果的主要因素。目前，硅微粉表面改性方法主要為有機改性、無機改性和機械力化學改性，單一的改性效果不佳時可考慮將有機改性與其他改性方法結(jié)合進行復(fù)合改性。

2)改性劑的種類將直接影響硅微粉的改性效果。改性劑通常在選擇的過程中，應(yīng)根據(jù)改性劑的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、改性機理以及填充材料基料的性質(zhì)進行確定，目前硅微粉表面改性最常使用的改性劑為硅烷偶聯(lián)劑，但硅烷偶聯(lián)劑價格相對較高，且單一改性劑的改性效果往往不理想，因此，如何進一步發(fā)揮多種改性劑的協(xié)同作用，并結(jié)合下游基料的性質(zhì)選擇或開發(fā)新型專用改性劑，并深入研究改性劑的改性機理，將是未來硅微粉表面改性領(lǐng)域的主要研究方向。

3)硅微粉不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ滟|(zhì)量要求存在差異，因此在選擇硅微粉應(yīng)用時，應(yīng)結(jié)合下游行業(yè)的需求，綜合成本、效能、性能等多方面因素進行考慮，選擇合適的硅微粉類型及改性工藝與配方。隨著我國經(jīng)濟社會的不斷提高，硅微粉的應(yīng)用研究將主要集中在以球形硅微粉為原料生產(chǎn)的高端覆銅板、高端涂料、高性能膠黏劑、絕緣材料等高技術(shù)領(lǐng)域，精細化和功能專業(yè)化將是未來硅微粉應(yīng)用的主流方向。