学术研究----科技服务
玻 璃 微 珠 |
中国科学院上海硅酸盐研究所 马英仁 |
| 直径为微米(num)数量级的玻璃珠，称为玻璃微珠。这是一种重要的硅酸盐材料，它有许多独特的优点，诸如园度、均匀度、透明度、反射特性及化学惰性等，尤其是折射率，为其应用开阔了宽广的前景。随着科技的进步，它的用途日益扩大，品种也不断增加，已广泛用于航空工业、交通、化工、冶金、机械、电影技术和医疗技术，更用于尖端科技和海底石油戡探技术。 |
| 玻璃微珠的制法有数种：其中有把玻璃粉末或粒子通过高温空气使其溶融，利用表面张力形成球状制品；也可用高压空气或高温气体将熔融玻璃体喷雾的方法，或利用离心力使玻璃分散的方法制取球状制品。 |
| 玻璃微珠种类繁多，大致可分两类：一类是利用球状透镜的反射光，能向入射光源方向回射的性质，即利用它的回归反射特性作为道路标志，以确保安全；另一种是利用它的球形、玻璃的硬度和化学稳定性等，广泛用于工业生产中。 |
| 一、高折射率玻璃微珠 |
| 这类微珠主要用作交通管理标识的反光标志板，折射率多为2.2-2.3，玻璃的主要成份是铅、钛、钡、铋、锆等的氧化物，还添加适量的硼、硅等。 |
| 微珠用于反光标志板，其配置如图所示。射入反光标志板的光线在树脂层—微珠—树脂层的界面处，同时有折射和透过，然后被铝膜反射，再通过树脂层—微珠——树脂层，向光源来的方向回射。假定铝反射膜位于焦点位置，则反射光线与入射光线平行回射。此外，当铝膜面和微珠成为同心圆球面时，即使向反光标志板表面成斜角射入的光线，也会平行地回射。由于光线是玻璃微珠内往复传播，所以要尽可能选用光吸收少而透明度高的玻璃。 |
| 折射率在1.9-2.0的微珠较多，玻璃组成与前者近似，但也有不含PbO的或含CaO, MgO的，这类微珠主要用在开放型的反射布和反射带，其中大粒径的作为机场起落跑道和导航跑道的区划线及标记。 |
| 二、中等折射率玻璃微珠 |
| 主要混合于或散布在交通管理用的油漆中使用。与低折射的微珠相比，其回归反射性好，因此用于需高分辨率的高速公路划线和禁止超车的（黄色）区划线，以及学校区的标志（绿色）等，以补偿以往交通管理中用的有色油漆的低反光性。 |
| 三、低折射率玻璃微珠 |
| 这是微珠中生产量最大，使用量最多的一种，大部分的折射率约为1.52，使用的玻璃一般为钠钙玻璃，常用瓶罐玻璃和平板玻璃的熟料为原料。制造流程大致如下： |
 |
| 制造技术的关键是使玻璃碎屑成形为球状的工艺（热处理）。这种成形方法可分为“喷吹法”和“回转炉法”两类。前者适于做1毫米以下的，后者适于做0.2毫米以上的。用量最大的是用作道路交通标线油漆的反光材料。为确保交通安全、提高可见度、使微珠起后向反射作用，要求微珠为无色透明的球状粒子，避免出现椭圆形、锐角、不透明杂质及粒子互相粘着等缺陷。实际交通标线中，随着入射角的变化，后向反射的大小与粒度有关，因此大多采用粒度分布范围较广的（105-840μm、微珠，而149-590μm和88-210μm的微珠使用较少。耐水性和不含有害的铅是基本要求。 |
| 四、玻璃微珠的其他用途 |
| 1、喷丸 |
| 利用它的硬质和球形特点作喷丸抛光用，其特点为：被冲击部的曲线变化平缓，玻璃的化学惰性，不会造成被冲击物的污染及明显的磨损。因此用于清除锈皮，除去金属件上的突起和毛疵并进行无光泽处理，尤其用于不锈钢和铝合金的喷丸强化处理，以增加金属制品的耐久性。玻璃微珠也可用于塑料制品镀金属的前处理以及搪瓷制品上釉的前处理等。 |
| 2、塑料填充剂 |
| 优点是：成形时收缩小，各向同性，容易流动，能达到型模的细部，所以能制得均质的成形件，填充率得到了提高，而粘度上升小，成形速率降低不大，机械磨损又小。基于这些优点，可用于精密度要求高的制品。 |
| 3、着色标志用 |
| 为了提高夜间对狭窄公路和弯曲公路上所划的禁止超车标记的识别性，要使用黄色的玻璃微珠。此外，还有各种颜色的微珠用作室内装饰品、艺术品。 |
| 4、过滤材料 |
| 微珠呈球形、粒度一致，处于一定的堆积状态时，空隙的大小固定，可得到稳定的过滤效率。加之玻璃的化学稳定性和耐热性良好，容易通过洗涤和煅烧而再生，这些优点作为一种定形的过滤材料，在化学工业上得到了广泛的应用。 |