La micropolvere di silicio è un tipo di polvere di silice ricavata da quarzo cristallino, silice fusa e altre materie prime. Il processo avviene tramite macinazione, classificazione di precisione, rimozione delle impurità e altri processi. È ampiamente utilizzato in vari campi, tra cui laminati rivestiti in rame, imballaggi in plastica epossidica, materiali isolanti elettrici, gomma, plastica, rivestimenti, adesivi, pietre artificiali, ceramiche a nido d'ape, cosmetici e altro ancora.
1. Laminati rivestiti in rame
Attualmente, la micropolvere di silicio utilizzata nei laminati rivestiti in rame può essere classificata in micropolvere di silicio cristallino, micropolvere di silicio fuso, micropolvere di silicio sferico e micropolvere di silicio composito. Il contenuto di resina nei laminati rivestiti in rame è di circa 50% e il tipico tasso di riempimento della micropolvere di silicio nella resina è di circa 30%. Ciò significa che il rapporto in peso di riempimento della micropolvere di silicio nei laminati rivestiti in rame è di circa 15%.
Come riempitivo inorganico, la micropolvere di silicio migliora la stabilità termica, la rigidità, il coefficiente di dilatazione termica e la conduttività termica dei laminati rivestiti in rame, migliorando l'affidabilità e la dissipazione del calore dei prodotti elettronici. Ha anche buone proprietà dielettriche, che possono migliorare la velocità e la qualità della trasmissione del segnale nei prodotti elettronici. La micropolvere di silicio cristallino, essendo più conveniente, è utilizzata in settori con requisiti di produzione inferiori, come condizionatori d'aria, frigoriferi, lavatrici e computer desktop. I laminati rivestiti in rame per smartphone, tablet, automobili, comunicazioni di rete e apparecchiature industriali utilizzano generalmente micropolvere di silice fusa a causa di requisiti specifici per la costante dielettrica e il coefficiente di dilatazione lineare. Per applicazioni ad alta frequenza e ad alta velocità, come supercomputer e comunicazioni 5G, è richiesta la micropolvere di silicio sferica a bassa dielettrica e bassa perdita come riempitivo funzionale chiave, con basso contenuto di impurità e un elevato tasso di riempimento.
2. Materiale sigillante in plastica epossidica
La micropolvere di silicio è un riempitivo fondamentale nei sigillanti epossidici (EMC), che rappresenta circa 60%–90% della composizione. Il miglioramento delle prestazioni dei sigillanti epossidici dipende dal miglioramento della qualità della micropolvere di silicio, imponendo così requisiti più elevati per le sue dimensioni delle particelle, purezza e sfericità. I sigillanti plastici epossidici di fascia media e bassa utilizzano spesso micropolvere di silicio angolare, mentre i sigillanti di fascia alta utilizzano principalmente micropolvere di silicio sferica. I materiali di tenuta in plastica per dispositivi discreti e piccoli elettrodomestici integrati contengono in genere micropolveri di silicio cristalline e fuse. Il confezionamento ad alta conduttività termica per dispositivi di potenza utilizza principalmente micropolvere di silicio cristallino insieme ad altri materiali ad alta conduttività termica. Per il confezionamento a bassa espansione e bassa deformazione di circuiti integrati su larga scala, si preferisce la micropolvere di silicio sferica. Infine, i dispositivi di memoria confezionati a basso modulo utilizzano comunemente micropolvere di silicio sferica a bassa radiazione come riempitivo.
Si stima che la domanda cinese di polvere di silicio sferica per il confezionamento di semiconduttori nel 2022 sarà 71.000 tonnellatePoiché la quota di imballaggi avanzati continua ad aumentare, si prevede che raggiungerà 93.000 tonnellate nel 2025, con un CAGR di 9,25%. Sulla base del prezzo della polvere di silicio sferica di 15.000 yuan/tonnellata, la dimensione del mercato nel 2025 sarà quasi 1,5 miliardi di yuan.
3. Materiali di isolamento elettrico
La micropolvere di silicio viene utilizzata come riempitivo isolante in resina epossidica per prodotti di isolamento elettrico, riducendo efficacemente il coefficiente di espansione lineare del materiale indurito e il tasso di restringimento durante il processo di indurimento. Ciò riduce lo stress interno e migliora la resistenza meccanica del materiale isolante, migliorando così le proprietà meccaniche ed elettriche del materiale isolante.
Pertanto, i clienti in questo campo hanno requisiti funzionali specifici per la micropolvere di silicio, come un basso coefficiente di espansione lineare, un elevato isolamento e un'elevata resistenza meccanica, mentre la loro richiesta di proprietà dielettriche e di conduttività termica è relativamente inferiore. Nel campo dei materiali di isolamento elettrico, prodotti in micropolvere di silicio a specifica singola con un vengono solitamente selezionate particelle di dimensioni medie comprese tra 5 micron e 25 micron in base alle caratteristiche dei prodotti di isolamento elettrico e ai requisiti dei loro processi di produzione. Esistono anche standard elevati per la bianchezza del prodotto e la distribuzione delle dimensioni delle particelle.
4. Gomma
La micropolvere di silicio offre vantaggi quali piccole dimensioni delle particelle, ampia area superficiale specifica, buona resistenza al calore e resistenza all'usura, che possono migliorare la resistenza all'usura, la resistenza alla trazione, il modulo e l'elevata resistenza allo strappo dei materiali compositi in gomma. Tuttavia, la superficie della micropolvere di silicio contiene molti gruppi silanolici acidi. Se non modificati, questi gruppi possono causare una dispersione non uniforme della micropolvere di silicio nella gomma e possono reagire con acceleratori alcalini, prolungando il tempo di vulcanizzazione dei materiali compositi in gomma.
Attualmente, la modifica della micropolvere di silicio è applicata principalmente nella ricerca sulla gomma, con la modifica dell'agente di accoppiamento silanico come metodo primarioEsempi includono feniltrimetossisilano, etilenetrimetossisilano, esametildisilazano, 3-mercaptopropiltrietossisilano e (3-amminopropil)trimetossisilano.
5. Plastica
La micropolvere di silicio può essere utilizzata come riempitivo nella produzione di materie plastiche, tra cui polietilene (PE), cloruro di polivinile (PVC), polipropilene (PP), ossido di polifenilene (PPO) e altri materiali. È ampiamente utilizzata in vari campi come edilizia, automotive, comunicazioni elettroniche, materiali isolanti, agricoltura, necessità quotidiane e difesa nazionale e industrie militari.
Il quarzo in polvere viene modificato con KH-550 e il quarzo in polvere modificato viene miscelato uniformemente con PE per preparare un film plastico PE, che può essere utilizzato nel film per serre agricole. I risultati hanno mostrato che quando la frazione di massa di riempimento del quarzo in polvere era 8%–12%, le proprietà meccaniche del film agricolo superavano quelle del film in resina pura e soddisfacevano i requisiti degli standard nazionali. Utilizzo di un agente di accoppiamento silanico per modificare la micropolvere di silicio e miscelazione della micropolvere di silicio modificata con etere di polifenilene per preparare materiale plastico automobilistico in etere di polifenilene. I risultati hanno indicato che il materiale preparato aveva proprietà quali elevata durezza, resistenza all'usura, resistenza alle alte temperature e resistenza alla corrosione, rendendolo adatto per prodotti in plastica per autoveicoli.
6. Colore
La micropolvere di silicio può essere utilizzata come riempitivo nell'industria dei rivestimenti, il che non solo riduce i costi di preparazione dei rivestimenti, ma ne migliora anche le proprietà, come la resistenza alle alte temperature, la resistenza agli acidi e agli alcali, la resistenza all'usura e la resistenza alle intemperie. È ampiamente utilizzata nei materiali da costruzione, nelle automobili, nelle condutture, nell'hardware, negli elettrodomestici e in altri campi.
In rivestimenti architettonici, Bai Wenkui et al. hanno utilizzato polvere di silice come riempitivo per preparare pitture per pareti esterne, che hanno dimostrato buoni effetti decorativi, forte stabilità e basso costo. Yuan Rui et al. hanno utilizzato polvere di silice ultrafine come riempitivo in rivestimenti fenilpropanoidi. I risultati hanno mostrato che quando la frazione di massa di micropolvere di silicio ha raggiunto 35% o più, la resistenza agli alcali, la lavabilità, l'assorbimento d'acqua e la riflettività del rivestimento sono stati notevolmente migliorati.
Per rivestimenti in lattice, il biossido di titanio è comunemente usato come pigmento e riempitivo principale, ma è costoso e il suo processo di preparazione è complesso. Pertanto, l'uso di riempitivi come carbonato di calcio, solfato di calcio anidro e micropolvere di silicio in combinazione con biossido di titanio è diventato un obiettivo di ricerca. Wang Pengzhu e colleghi hanno utilizzato micropolvere di silice modificata come riempitivo per sostituire parzialmente il biossido di titanio nei rivestimenti in lattice. I loro risultati hanno mostrato che quando il rapporto di massa tra biossido di titanio e micropolvere di silicio era 1:3, la durezza, la resistenza all'impatto e la flessibilità del rivestimento in lattice erano notevolmente migliorate.
In rivestimenti epossidici per pavimenti, la micropolvere di silicio come riempitivo aumenta la resistenza all'usura, la resistenza agli acidi e agli alcali, la resistenza alle alte temperature e la resistenza meccanica. Hu Gaoping et al. hanno miscelato micropolvere di silicio di diverse dimensioni delle particelle con resina epossidica, agenti di indurimento e altre materie prime per preparare rivestimenti per pavimenti epossidici resistenti agli acidi. Questi rivestimenti sono stati utilizzati nei laboratori di distillazione dell'acido acetico per prevenire la polverizzazione locale causata dalla corrosione dell'acido acetico.
Nei rivestimenti isolanti ignifughi, Liu Tongwang et al. hanno aggiunto micropolvere di silice attivata alla resina poliestere insatura per preparare vernice isolante in poliestere. I risultati hanno mostrato che quando la frazione di massa di micropolvere di silice attivata era 35%, la conduttività del volume, l'assorbimento d'acqua e la resistenza meccanica della vernice isolante erano significativamente migliorati.
7. Adesivi
La micropolvere di silicio, come riempitivo funzionale inorganico, riduce efficacemente il coefficiente di espansione lineare e il tasso di restringimento della resina adesiva indurita. Migliora la resistenza meccanica, la resistenza al calore, la resistenza alla permeabilità e le prestazioni di dissipazione del calore degli adesivi, migliorando così l'efficacia di legame e sigillatura.
La distribuzione delle dimensioni delle particelle di polvere di silice influirà sulla viscosità e sulla sedimentazione dell'adesivo, influenzando così la lavorabilità dell'adesivo e il coefficiente di espansione lineare dopo l'indurimento. Pertanto, il campo degli adesivi presta attenzione alla funzione della polvere di silice nel ridurre il coefficiente di espansione lineare e migliorare la resistenza meccanica. Ha requisiti elevati per l'aspetto e la distribuzione delle dimensioni delle particelle di polvere di silice e di solito utilizza prodotti di diverse dimensioni delle particelle con una dimensione media delle particelle di 0,1 micron-30 micron per l'uso di composti.
La polvere di silice viene modificata e poi applicata al silicone vinilico. Con l'estensione del tempo di conservazione, la viscosità del silicone vinilico è stabile, il prodotto ha una buona stabilità e un'elevata resistenza e può essere utilizzato in silicone termoconduttivo, guarnizioni termoconduttive, materiali per impronte dentali e altri campi.
8. Pietra di quarzo artificiale
La micropolvere di silicio utilizzata come riempitivo in pannelli di quarzo artificiale può ridurre il consumo di resina insatura e migliorare la resistenza all'usura, la resistenza agli acidi e agli alcali e la resistenza meccanica. Il rapporto di riempimento della micropolvere di silicio nel marmo artificiale è generalmente di circa 30%. Ad esempio, Liu Huichen et al. hanno proposto di utilizzare la micropolvere di silicio modificata con un agente di accoppiamento silanico in pannelli di quarzo artificiale. Questo approccio può ridurre l'utilizzo di resina insatura e abbassare i costi di lavorazione dei pannelli di quarzo artificiale.
9. Ceramica a nido d'ape per uso automobilistico
Il filtro antiparticolato diesel (DPF), realizzato con supporti ceramici a nido d'ape per la purificazione dei gas di scarico delle automobili e materiale di cordierite per la purificazione dei gas di scarico dei motori diesel, prevede la miscelazione, l'estrusione, l'essiccazione e la sinterizzazione di materiali quali micropolvere di allumina e silice. Il componente principale della micropolvere di silicio fuso è SiO2, che ha una struttura amorfa, particelle ultrafini e un'ampia area superficiale specifica. Agisce come mineralizzante per reazioni allo stato solido e sinterizzazione di materiali silicati. La micropolvere di silicio aumenta la resistenza dei supporti ceramici a nido d'ape, riduce il coefficiente di dilatazione termica della cordierite e ne migliora la durata. La micropolvere di silicio sferica può aumentare la velocità di formatura e la stabilità dei prodotti ceramici a nido d'ape, con un rapporto di peso di circa 13% nel supporto ceramico a nido d'ape.
10. Cosmetici
La micropolvere di silice sferica è utilizzata in cosmetici come rossetto, cipria e fondotinta grazie alla sua buona fluidità e alla sua ampia superficie specifica. Le sue caratteristiche includono:
- Maggiore fluidità e stabilità di conservazione nei prodotti in polvere, prevenendo la formazione di grumi.
- Le dimensioni medie delle particelle sono più piccole, il che garantisce una buona scorrevolezza e fluidità.
- Maggiore superficie specifica per un migliore assorbimento di sudore, fragranze e sostanze nutritive, rendendo le formulazioni più economiche.
- Forma sferica che offre una buona affinità con la pelle e una buona sensazione tattile.
Inoltre, la micro polvere di silice sferica è facile da mescolare con altri componenti cosmetici, è atossica, inodore e naturalmente bianca. Le sue caratteristiche degne di nota includono una forte capacità di riflettere i raggi ultravioletti, una buona stabilità e nessuna decomposizione o scolorimento quando esposta alle radiazioni UV. Inoltre, non reagisce con altri componenti nella formula, il che la rende un'eccellente scelta per gli ingredienti cosmetici della protezione solare.
I requisiti di specifica per la micropolvere di silice sferica utilizzata nei cosmetici generalmente includono:
- Contenuto di silicio pari a 99,9%
- Dimensioni delle particelle controllabili da 0,2 a 2 micron
- Sfericità superiore a 95%
Bassa radiazione (contenuto di uranio < 0,5 ppb)
Conclusione
Diversi campi di applicazione hanno requisiti di qualità variabili per la micropolvere di silicio. Pertanto, quando si seleziona la micropolvere di silicio per una particolare applicazione, è essenziale considerare le esigenze delle industrie a valle, nonché fattori quali costo, efficienza e prestazioni. La scelta del tipo appropriato di micropolvere di silicio, insieme al processo di modifica e alla formula corretti, è fondamentale.
Con il continuo progresso dell'economia e della società cinese, la ricerca sull'applicazione della micropolvere di silicio si concentrerà sempre di più su campi ad alta tecnologia come laminati rivestiti in rame di alta qualità, rivestimenti di alta qualità, adesivi ad alte prestazioni e materiali isolanti realizzati con micropolvere di silicio sferica. Si prevede che la raffinatezza e la specializzazione funzionale saranno le principali tendenze nella futura applicazione della micropolvere di silicio.
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