空心玻璃微珠是一種尺寸微小的空心玻璃球體，屬無(wú)機(jī)非金屬材料。典型粒徑范圍10-180微米，堆積密度0.1-0.25克/立方厘米,具有質(zhì)輕、低導(dǎo)熱、隔音、高分散、電絕緣性和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),是2008年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種用途廣泛、性能優(yōu)異的新型輕質(zhì)材料。

顏色純白，可廣泛用于任何對(duì)外觀顏色有要求的制品中。

比重輕體積大。空心玻璃微珠的密度約是傳統(tǒng)填充料微粒密度的十幾分之一，填充后可大大減輕產(chǎn)品的基重，替代及節(jié)省更多的生產(chǎn)用樹(shù)脂，降低產(chǎn)品成本。

具有有機(jī)改性（親油性）表面。空心玻璃微珠潤(rùn)濕分散容易，可填充于大多數(shù)熱固熱塑性樹(shù)脂中，如聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯等。

高分散、流動(dòng)性好。由于空心玻璃微珠是微小圓球，在液體樹(shù)脂中要比片狀、針狀或不規(guī)則形狀的填料更具有較好的流動(dòng)性，所以充模性能優(yōu)異。更重要的是這種小微珠是各向同性的，因此不會(huì)產(chǎn)生因取向造成不同部位收縮率不一致的弊病，保證了產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定，不會(huì)翹曲。

隔熱、隔音、絕緣、吸水率低。空心玻璃微珠的內(nèi)部是稀薄的氣體，所以它具有隔音、隔熱的特性，是做為各種保溫、隔音產(chǎn)品的極佳填充劑?？招牟Ａ⒅榈母魺崽匦赃€可用于保護(hù)產(chǎn)品經(jīng)受急熱和急冷條件之間交替變化而引起的熱沖擊。較高的比電阻，極低的吸水率使其可廣泛用于加工生產(chǎn)電纜絕緣材料。

吸油率低。球體的微粒決定了其有最小的比表面積及低吸油率，使用過(guò)程中可大大減少樹(shù)脂的用量，即使在高添加量的前提下粘度也不會(huì)增大很多，大大改善了生產(chǎn)操作條件，可使生產(chǎn)效率提高10%～20%。

據(jù)世界專利數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)，近30年來(lái)，國(guó)內(nèi)外涉及空心玻璃微珠的發(fā)明有50多項(xiàng)，其中一半為制備，另一半為應(yīng)用。近十五年來(lái)涉及空心玻璃微珠制備的專利不到1/3，其余2/3為應(yīng)用，可見(jiàn)空心玻璃微珠已進(jìn)入應(yīng)用發(fā)展階段。

一

空心玻璃微珠常見(jiàn)的制備方法

1玻璃粉末法

　　玻璃粉末法是用預(yù)先制備好的含有SO3等氣體玻璃粉末，通過(guò)溫度1100-1500℃的火焰，這時(shí)溶解在玻璃粉末中的SO3等氣體由于溶解度的下降和窯爐環(huán)境氣氛的變化從玻璃內(nèi)部溢出，同時(shí)玻璃粉末在高溫下由于表面張力的原因球形化，將溢出氣體封閉在球形顆粒內(nèi)，形成空心玻璃微珠。

優(yōu)點(diǎn)：可設(shè)計(jì)多種玻璃體系、產(chǎn)品種類多、產(chǎn)品質(zhì)量高，適合高性能空心玻璃微珠；

缺點(diǎn)：空心玻璃微珠產(chǎn)率低，成本高。

2 噴射造粒法

　　噴射造粒法是預(yù)先制成含有輔助專用試劑（硼酸、尿素、五硼酸銨）的硅酸鈉水溶液，然后再通過(guò)噴嘴將該溶液噴射到噴霧干燥器中，料滴經(jīng)過(guò)干燥后得到具有一定粒度組成的粉末顆粒，最后將粉末顆粒加熱發(fā)泡形成空心玻璃微珠。美國(guó)3M公司最早使用這種工藝生產(chǎn)空心玻璃微珠，由于該工藝在產(chǎn)品的化學(xué)穩(wěn)定性和均質(zhì)性等方面存在不足，人們通過(guò)研究在其中加入具有低熔點(diǎn)、高粘度、高表面張力趨向的金屬氧化物，以提高空心玻璃微珠性能。我國(guó)目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的空心玻璃微珠都是以此方法生產(chǎn)的。

 

優(yōu)點(diǎn)：空心率高，成本相對(duì)低；

缺點(diǎn)：物理和機(jī)械性能，特別是抗壓強(qiáng)度性能是要遠(yuǎn)低于玻璃粉末法生產(chǎn)的空心玻璃微珠。

3 液滴法

　　液滴法采用與噴射造粒法基本相同的原料，采用原料為水玻璃（m（SiO2）：m（Na2O）=2）500份，加入同量10%五硼酸銨水溶液，混合均勻后噴至噴霧干燥塔中，干燥后制得空心玻璃微珠。

 

4 干燥凝膠法
 

　　將醇鹽配料后加入稀鹽酸中加水分解，凝膠化后在60℃、150℃下兩階段干燥為干燥凝膠，然后用球磨機(jī)粉碎，分級(jí)后得到干燥凝膠粉，投入立式1280℃電爐中發(fā)泡，制得空心玻璃微珠。

　　除以上四種方法，還有一些其他方法，如降解芯軸技術(shù)法等，但是都還處于研究階段，產(chǎn)量低、成本高，所以對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)沒(méi)有多大意義。

二

國(guó)內(nèi)外空心玻璃微珠發(fā)展現(xiàn)狀

　　目前，國(guó)際上技術(shù)領(lǐng)先并能夠大量生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)空心玻璃微珠的著名企業(yè)有：美國(guó)Potters公司、3M公司、Emerson&Cuming公司、比利時(shí)Glaverbel公司、Pittsburgh Corning公司、Philadephia Quartz公司等。國(guó)內(nèi)目前有20多家企業(yè)從事玻璃微珠的生產(chǎn)和應(yīng)用。

凱盛科技集團(tuán)公司

永清縣海宇玻璃微珠有限公司

廊坊錦久辰玻璃微珠有限公司

廊坊義友玻璃制品有限公司     

永清縣百路源玻璃制品有限公司    

廊坊市森諾玻璃微珠有限公司

固安縣恒遠(yuǎn)工貿(mào)有限公司

中科雅麗科技有限公司

永清縣霞光玻璃微珠有限公司

中鋼集團(tuán)馬鞍山礦院新材料科技有限公司

廊坊市澳瀾玻璃微珠有限公司

鄭州圣萊特空心微珠新材料有限公司

艾森國(guó)際控股集團(tuán)有限公司

湖北匯爾杰新材料科技股份有限公司   

北京特保防靜電器材廠

上海匯精亞納米新材料有限公司

北京微納超細(xì)材料有限公司

廣州市海達(dá)超細(xì)材料有限公司

山西海諾科技股份有限公司

秦皇島三聯(lián)瑞森玻璃珠有限公司

　　同國(guó)外空心玻璃微珠相比，我國(guó)產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)已接近或達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，雖然我國(guó)已經(jīng)有一些相關(guān)的研究成果，但產(chǎn)品品種較少，規(guī)格不齊全。我國(guó)對(duì)于一些有特殊性能的空心玻璃微珠的研制技術(shù)有待進(jìn)一步深入研究和開(kāi)發(fā)。

三

空心玻璃微珠的應(yīng)用

　　空心玻璃微珠的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，可以應(yīng)用在以下幾大領(lǐng)域：

1橡膠塑料制品

　　在橡膠制品方面，空心玻璃微珠作為填充劑，其填充量達(dá)40~80%，能將橡膠制品的強(qiáng)度提高，耐磨性增大，主要性能優(yōu)于其它填料。

2復(fù)合泡沫塑料

　　將空心玻璃微珠加入到液體熱固樹(shù)脂中制成復(fù)合泡沫塑料，其密度低、強(qiáng)度高、隔熱效果好，在航海深潛中意義重大！中國(guó)“蛟龍?zhí)?rdquo;創(chuàng)造我國(guó)載人深潛新紀(jì)錄，空心玻璃微珠發(fā)揮了十分重要的作用！

3人造大理石

　　在人造大理石生產(chǎn)中填充適當(dāng)?shù)目招牟Ａ⒅?，可改善人造大理石紋理布局及顏色的連續(xù)性，降低固化時(shí)間，改善沖擊強(qiáng)度，提高抗龜裂能力，降低破損率，同時(shí)改善機(jī)械加工性，減小后處理工具的磨損，且便于搬運(yùn)及安裝。

4膠粘劑和密封材料

　　空心玻璃微珠具有不燃性、隔熱性、電絕緣性和化學(xué)惰性，配制成微球膠粘劑或微球密封劑，可用于飛機(jī)艙內(nèi)地板或發(fā)動(dòng)機(jī)艙防火墻的密封，或用作導(dǎo)彈、火箭等宇航系統(tǒng)的絕熱防燒蝕密封。

5乳化炸藥

　　空心玻璃微珠的密度、粒徑、抗壓強(qiáng)度及化學(xué)組成可調(diào)整性，是其它乳化炸藥密度調(diào)節(jié)劑無(wú)法做到的，空心玻璃微珠能有效提高炸藥的可控度和爆轟性能，顯著提高炸藥的儲(chǔ)存期和儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

6涂料

　　高效的填充性，低吸油量，密度低，添加5%（重量百分比）能使成品增多25%~35%涂覆面積百分比，從而降低涂料的單位體積成本。

7其他

　　空心玻璃微珠粉體密度較小，對(duì)其表面進(jìn)行金屬化處理后，可以取代密度較大的金屬粉體用于電磁波吸收或電磁屏蔽材料的制備。

 

四

空心玻璃微珠的最新應(yīng)用進(jìn)展

　　2014年，朗盛推出新尼龍6樹(shù)脂---DurethanBG60 X XF尼龍6材料。該產(chǎn)品添加60%的特殊玻纖和玻璃微珠混合物。其剛度及強(qiáng)度和Durethan DP BKV60 H2.0 EF一樣高。朗盛研發(fā)工程師Theiler說(shuō)："該材料最獨(dú)特的特性是其伸縮具有顯著的多向性，因此幾乎不會(huì)讓零部件出現(xiàn)翹曲。"其主要應(yīng)用機(jī)會(huì)包括平板電腦的薄壁高剛性背殼，但也可用于汽車(chē)內(nèi)飾。采用量產(chǎn)模具的試生產(chǎn)已經(jīng)證實(shí)了該材料具備多種優(yōu)點(diǎn)，而且表面質(zhì)量也有改善。

　　2016年，3M采用玻璃微珠生產(chǎn)農(nóng)用塑膜，玻璃微珠還可增加薄膜的白度，用于替代鈦白粉。這種材料可大面積擴(kuò)大光照，有利于作物的生長(zhǎng)。

　　2016年，華曙高科開(kāi)發(fā)成功可3D打印的玻璃微珠復(fù)合尼龍粉末材料 FS3400GF，該產(chǎn)品最大優(yōu)勢(shì)是采用了球型的玻璃微珠填充尼龍，不但成型加工性能優(yōu)異，而且能幫助客戶降低成本。同時(shí)，耐磨性能好，模量高，相對(duì)純尼龍材料剛性更高，適用于制備功能測(cè)試工件。另外，熱變形溫度較高，制造的產(chǎn)品工件翹曲變形小，具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，工件質(zhì)量穩(wěn)定。

　　2017年，《水性納米中空玻璃微珠保溫隔熱材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》在北京通過(guò)專家評(píng)審。

五

對(duì)于空心玻璃微珠市場(chǎng)的展望

　　空心玻璃微珠國(guó)際市場(chǎng)需求量巨大，國(guó)內(nèi)年需求量在90000t以上，國(guó)內(nèi)年需求量在6000t以上，西歐工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家及太平洋一帶國(guó)家的微珠產(chǎn)品大部分靠進(jìn)口，日本需求量的90%依靠進(jìn)口。

我國(guó)一汽、二汽等六大汽車(chē)制造廠2010年應(yīng)用微珠達(dá)到30萬(wàn)t，國(guó)內(nèi)工程塑料需求微珠數(shù)量巨大。2010年全球玻璃微珠的市場(chǎng)總額為20億美元，根據(jù)預(yù)測(cè)，該市場(chǎng)總額以每年平均增長(zhǎng)率為11.6%的速度遞增，保守估計(jì)，到2020年或?qū)⑼黄?0億美元，由此可見(jiàn)，空心玻璃微珠具有著廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。