一種多孔保溫板材及其製備方法
2023-05-01 11:39:01
專利名稱：：一種多孔保溫板材及其製備方法
技術領域：
：本發明屬於建築節能新材料
技術領域：
，具體涉及一種多孔保溫板材及其製備方法。
背景技術：
：多年以來，我國建築事業的大發展，極大地改變了人民的生活水平和工作條件，其成就是前無古人的，這已經是共識。然而，如果與黨中央的可持續發展戰略對照，與發達國家抓緊建築節能的經驗相比，就會認識到，追求房屋的數量和面積，不顧能源浪費，不管居住熱舒適條件，不談對大氣環境的汙染，實際上是以犧牲資源和破壞環境，即犧牲長遠的發展為代價，謀求眼前的利益。這種發展，不管建築外表是如何華美精緻，仍然只是依靠大量消耗資源和能源的粗放型的發展，是一種短期行為。我國建築能耗很高，與發達國家相比，有很大的差距，其變現首先是建築保溫狀況的差距。由於建築標準的不同，我國建築保溫狀況要比發達國家差很多。發達國家普遍採用高效絕熱材料複合的牆體和屋面，以及密封性很好的多層窗。以北京傳統的三七牆的建築為代表，與氣候相近的發達國家的建築進行對比，建築保溫隔熱性能很差，外牆、外窗漏風嚴重。就單位能耗而言，外牆為發達國家的45倍，外窗為1.52.2倍。據統計，我國住宅建築採暖能耗為發達國家的3倍左右，由此可以看出，國家一方面能源非常緊張，另一方面採暖用能又十分浪費。在人均可用能源儲量不豐、建築用能巨大、大氣汙染嚴重、居民又對改善冬寒夏熱的環境要求迫切的情況下，建築節能勢在必行。我國對外牆保溫材料的研究開始於20世紀80年代初，經過二十幾年的發展，目前比較常用保溫材料包括EPS板、XPS板、巖棉板、膠粉聚苯顆粒保溫漿料、聚氨酯發泡材料等，這些材料雖然導熱係數低，保溫效果好，但EPS板和XPS板耐久性和防火性能差，強度也不高，巖棉板容易吸水，吸溼後保溫性能差，膠粉聚苯顆粒保溫漿料和聚氨酯發泡材料耐久性差，對施工要求高。因此，在要求牆體材料保溫隔熱的同時，還應兼顧材料的耐久性、吸溼性、防火性能、強度和施工要求。
發明內容本發明的目的在於提供一種多孔保溫板材及其製備方法，該方法製備的多孔保溫板材具有高抗壓與抗折強度、低吸水率、低體積密度和保溫隔熱效果好的特點。為了實現上述目的，本發明所採取的技術方案是一種多孔保溫板材，其特徵在於它由鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分經混合、造粒後煅燒而成，各組分所佔質量百分數分別為鐵尾礦20%60%、頁巖30%70%、發泡組分0.5%5%、助熔組分3%20%、增韌組分3%15%。上述鐵尾礦的粒徑小於75μm(經破碎並篩選後)，化學成分的質量百分數要求為Si02>50%,Al2O3>15%,Fe2O3<15%,MgO<4%,K20+Na20<5%，燒失量<10%。上述頁巖的粒徑小於75μm(經破碎並篩選後)，化學成分的質量百分數要求為SiO210%,Fe2O3<10%,CaO<14%，燒失量<20%。上述發泡組分為碳酸鈣、碳化矽、鐵粉、煤粉、磷酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋁等中的任意二種以上(含任意二種)的混合物，任意二種以上(含任意二種)混合時為任意配比，發泡組分的粒徑小於75μm(經破碎並篩選後)。上述助熔組分為長石、硼砂等中的一種，助熔組分的粒徑小於75μm(經破碎並篩選後)。上述增韌組分為雲母、螢石等中的一種，增韌組分的粒徑小於300μm(經破碎並篩選後)。上述一種多孔保溫板材的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟1)原料選取按各組分所佔質量百分數分別為鐵尾礦20%60%、頁巖30%70%、發泡組分0.5%5%、助熔組分3%20%、增韌組分3%15%，選取鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分，備用；2)混合將鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分混合均勻(攪拌)，得混合粉料；3)造粒按混合粉料重量的10%15%，選取水；混合粉料中加水攪拌均勻，得到溼料；然後將溼料造粒，成球粒徑小於5mm，得到粒料；4)煅燒將粒料置於耐火模具中，放入窯爐中進行分段高溫慢速燒成，最後冷卻脫模，得到高強輕質多孔保溫板材。上述分段高溫慢速燒成工藝為第一段為室溫400°C，升溫速率為515°C/min；第二段為4001000°C，升溫速率為310°C/min；第三段為1000°C燒成溫度，升溫速率為13°C/min；第四段為燒成溫度900°C，降溫速率為13°C/min；第五段為900°C室溫，隨爐冷卻。所述燒成溫度為1100°C1180°C。上述耐火模具的內壁塗有脫模劑，保證燒成後成品能迅速脫模。可通過發泡組分的種類和添加量、升/降溫制度的變化調控多孔保溫板材氣孔的尺寸和分布。與現有技術相比，本發明具有以下主要的優點1)本發明製備的多孔保溫板材具有高抗壓與抗折強度、低吸水率、低體積密度和保溫隔熱效果好的特點，製備的多孔保溫板材的抗壓強度為715MPa(說明高強)，抗折強度為26MPa(說明高強)，吸水率為2%6%，體積密度為300800kg/m3(說明輕質)，導熱係數為0.100.20W/m.K(說明保溫隔熱效果好)。2)所用主要原料之一尾礦來源廣泛，是我國亟待處理的固體廢棄物之一，符合國家可持續發展的要求。3)製備的多孔保溫板材的抗壓與抗折強度高，吸水率低，不僅易於施工，而且在潮溼的環境中也有良好的保溫效果。具體實施例方式為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。下面實施例中鐵尾礦和頁巖的化學成分分析見表1。表1主要原材料的化學成分分析Wt/%tableseeoriginaldocumentpage5實施例1一種多孔保溫板材的製備方法，它包括如下步驟1)原料選取鐵尾礦經破碎並篩選後的粒徑小於75μπι;頁巖經破碎並篩選後的粒徑小於75μm；發泡組分選用煤粉和磷酸鈣的混合物，各原料所佔發泡組分質量百分數分別為煤粉30%、硫酸鈣70%，發泡組分的粒徑小於75μm(經破碎並篩選後)。助熔組分選用長石，長石(助熔組分)經破碎並篩選後的粒徑小於75μm；增韌組分選用雲母，雲母(增韌組分)經破碎並篩選後的粒徑小於300μm；按各組分所佔質量百分數分別為鐵尾礦20%、頁巖70%、發泡組分0.5%、助熔組分4.5%、增韌組分5%，選取鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分，備用；2)混合將鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分混合均勻(攪拌)，得混合粉料；3)造粒按混合粉料重量的10%，選取水；混合粉料中加水攪拌均勻，得到溼料；然後將溼料造粒，成球粒徑小於5mm，得到粒料；4)煅燒將粒料置於內壁塗有脫模劑的耐火模具中，放入窯爐中進行分段高溫慢速燒成，最後冷卻脫模，得到高強輕質多孔保溫板材。上述分段高溫慢速燒成工藝為第一段為室溫升至400°C，升溫速率為5°C/min；第二段為400升至1000°C，升溫速率為3°C/min；第三段為1000°C升至1150°C(燒成溫度)，升溫速率為rC/min;第四段為1150°C(燒成溫度)降至900°C，降溫速率為1°C/min；第五段為900°C降至室溫，隨爐冷卻。製備的多孔保溫板材的抗壓強度為14.9MPa(說明高強)，抗折強度為5.SMPa(說明高強)，吸水率為5.9%(低吸水率)，體積密度為790kg/m3(低體積密度)，導熱係數為0.196W/m.K(說明保溫隔熱效果好)。實施例2一種多孔保溫板材的製備方法，它包括如下步驟1)原料選取鐵尾礦經破碎並篩選後的粒徑小於75μπι;頁巖經破碎並篩選後的粒徑小於75μm；發泡組分選用碳酸鈣和碳化矽的混合物，各原料所佔發泡組分質量百分數分別為碳酸鈣60%、碳化矽40%，發泡組分的粒徑小於75μπι(經破碎並篩選後)。助熔組分選用長石，助熔組分經破碎並篩選後的粒徑小於75ym;增韌組分選用雲母，增韌組分經破碎並篩選後的粒徑小於300ym；按各組分所佔質量百分數分別為鐵尾礦60%、頁巖30%、發泡組分0.5%、助熔組分4.5%、增韌組分5%，選取鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分，備用；2)混合將鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分混合均勻(攪拌)，得混合粉料；3)造粒按混合粉料重量的15%，選取水；混合粉料中加水攪拌均勻，得到溼料；然後將溼料造粒，成球粒徑小於5mm，得到粒料；4)煅燒將粒料置於耐火模具中，放入窯爐中進行分段高溫慢速燒成，最後冷卻脫模，得到高強輕質多孔保溫板材。上述分段高溫慢速燒成工藝為第一段為室溫升至400°C，升溫速率為10°C/min；第二段為400升至1000°C，升溫速率為7°C/min；第三段為1000°C升至1180°C(燒成溫度)，升溫速率為2°C/min;第四段為1180°C(燒成溫度)降至900°C，降溫速率為2。C/min；第五段為900°C降至室溫，隨爐冷卻。製備的多孔保溫板材的抗壓強度為12.7MPa(說明抗壓強度高)，抗折強度為5.2MPa(說明抗折強度高)，吸水率為5.2%(低吸水率)，體積密度為750kg/m3(低體積密度)，導熱係數為0.182W/m.K(說明保溫隔熱效果好)。實施例3一種多孔保溫板材的製備方法，它包括如下步驟1)原料選取鐵尾礦經破碎並篩選後的粒徑小於75iim；頁巖經破碎並篩選後的粒徑小於75um；發泡組分選用碳酸鈣、煤粉和磷酸鈣的混合物，各原料所佔發泡組分質量百分數分別為碳酸鈣40%、煤粉30%、磷酸鈣30%，發泡組分的粒徑小於75ym(經破碎並篩選後)。助熔組分選用長石，助熔組分經破碎並篩選後的粒徑小於75ym;增韌組分選用螢石，增韌組分經破碎並篩選後的粒徑小於300ym;按各組分所佔質量百分數分別為鐵尾礦40%、頁巖30%、發泡組分5%、助熔組分20%、增韌組分5%，選取鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分，備用；2)混合將鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分混合均勻(攪拌)，得混合粉料；3)造粒按混合粉料重量的15%，選取水；混合粉料中加水攪拌均勻，得到溼料；然後將溼料造粒，成球粒徑小於5mm，得到粒料；4)煅燒將粒料置於內壁塗有脫模劑的耐火模具中，放入窯爐中進行分段高溫慢速燒成，最後冷卻脫模，得到高強輕質多孔保溫板材。上述分段高溫慢速燒成工藝為第一段為室溫升至400°C，升溫速率為10°C/min；第二段為400升至1000°C，升溫速率為8°C/min；第三段為1000°C升至1100°C(燒成溫度)，升溫速率為2°C/min;第四段為1100°C(燒成溫度)降至900°C，降溫速率為2。C/min；第五段為900°C降至室溫，隨爐冷卻。製備的多孔保溫板材的抗壓強度為7.4MPa,抗折強度為2.3MPa,吸水率為2.6%(低吸水率)，體積密度為340kg/m3(低體積密度)，導熱係數為0.104ff/m.K(說明保溫隔熱效果好)。實施例4一種多孔保溫板材的製備方法，它包括如下步驟1)原料選取鐵尾礦經破碎並篩選後的粒徑小於75iim；頁巖經破碎並篩選後的粒徑小於75um；發泡組分選用碳酸鈣、碳化矽、煤粉和硫酸鋁的混合物，各原料所佔發泡組分質量百分數分別為碳酸鈣20%、碳化矽30%、煤粉20%、硫酸鋁30%，發泡組分的粒徑小於75iim(經破碎並篩選後)。助熔組分選用硼砂，助熔組分經破碎並篩選後的粒徑小於75ym;增韌組分選用螢石，增韌組分經破碎並篩選後的粒徑小於300ym；按各組分所佔質量百分數分別為鐵尾礦40%、頁巖40%、發泡組分1%、助熔組分4%、增韌組分15%，選取鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分，備用；2)混合將鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分混合均勻(攪拌)，得混合粉料；3)造粒按混合粉料重量的15%，選取水；混合粉料中加水攪拌均勻，得到溼料；然後將溼料造粒，成球粒徑小於5mm，得到粒料；4)煅燒將粒料置於內壁塗有脫模劑的耐火模具中，放入窯爐中進行分段高溫慢速燒成，最後冷卻脫模，得到高強輕質多孔保溫板材。上述分段高溫慢速燒成工藝為第一段為室溫升至400°C，升溫速率為10°C/min；第二段為400升至1000°C，升溫速率為6°C/min；第三段為1000°C升至1130°C(燒成溫度)，升溫速率為;TC/min;第四段為1130°C(燒成溫度)降至900°C，降溫速率為3°C/min；第五段為900°C降至室溫，隨爐冷卻。製備的多孔保溫板材的抗壓強度為9.4MPa,抗折強度為3.9MPa,吸水率為2.2%(低吸水率)，體積密度為460kg/m3(低體積密度)，導熱係數為0.137ff/m.K(說明保溫隔熱效果好)。實施例5:一種多孔保溫板材的製備方法，它包括如下步驟1)原料選取鐵尾礦經破碎並篩選後的粒徑小於75iim；頁巖經破碎並篩選後的粒徑小於75um；發泡組分為碳酸鈣、煤粉、鐵粉、碳化矽、硫酸鈣的混合物，質量百分數分別為30%,20%,10%,20%,20%；發泡組分的粒徑小於75iim(經破碎並篩選後)。助熔組分選用硼砂，助熔組分經破碎並篩選後的粒徑小於75ym;增韌組分選用螢石，增韌組分經破碎並篩選後的粒徑小於300ym；按各組分所佔質量百分數分別為鐵尾礦50%、頁巖30%、發泡組分2%、助熔組分15%、增韌組分3%，選取鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分，備用；2)混合將鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分混合均勻(攪拌)，得混合粉料；3)造粒按混合粉料重量的12%，選取水；混合粉料中加水攪拌均勻，得到溼料；然後將溼料造粒，成球粒徑小於5mm，得到粒料；4)煅燒將粒料置於內壁塗有脫模劑的耐火模具中，放入窯爐中進行分段高溫慢速燒成，最後冷卻脫模，得到高強輕質多孔保溫板材。上述分段高溫慢速燒成工藝為第一段為室溫升至400°C，升溫速率為12°C/min；第二段為400升至1000°C，升溫速率為9°C/min；第三段為1000°C升至1150°C(燒成溫度)，升溫速率為;TC/min;第四段為1150°C(燒成溫度)降至900°C，降溫速率為1°C/min；第五段為900°C降至室溫，隨爐冷卻。製備的多孔保溫板材的抗壓強度為8.6MPa(說明抗壓強度高)，抗折強度為3.5MPa(說明抗折強度高)，吸水率為2.7%(低吸水率)，體積密度為430kg/m3(低體積密度)，導熱係數為0.131W/m.K(說明保溫隔熱效果好)。實施例6一種多孔保溫板材的製備方法，它包括如下步驟1)原料選取鐵尾礦經破碎並篩選後的粒徑小於75iim；頁巖經破碎並篩選後的粒徑小於75um；發泡組分為碳酸鈣、煤粉、鐵粉、碳化矽、硫酸鈣的混合物，質量百分數分別為30%,20%,10%,20%,20%；發泡組分的粒徑小於75iim(經破碎並篩選後)。助熔組分選用長石，助熔組分經破碎並篩選後的粒徑小於75ym;增韌組分選用雲母，增韌組分經破碎並篩選後的粒徑小於300ym;按各組分所佔質量百分數分別為鐵尾礦40%、頁巖45%、發泡組分1%、助熔組分10%、增韌組分4%，選取鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分，備用；2)混合將鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分混合均勻(攪拌)，得混合粉料；3)造粒按混合粉料重量的11%，選取水；混合粉料中加水攪拌均勻，得到溼料；然後將溼料造粒，成球粒徑小於5mm，得到粒料；4)煅燒將粒料置於內壁塗有脫模劑的耐火模具中，放入窯爐中進行分段高溫慢速燒成，最後冷卻脫模，得到高強輕質多孔保溫板材。上述分段高溫慢速燒成工藝為第一段為室溫升至400°C，升溫速率為5°C/min；第二段為400升至1000°C，升溫速率為10°C/min；第三段為1000°C升至1130°C(燒成溫度)，升溫速率為3°C/min;第四段為1130°C(燒成溫度)降至900°C，降溫速率為1°C/min；第五段為900°C降至室溫，隨爐冷卻。製備的多孔保溫板材的抗壓強度為8.OMPa(說明抗壓強度高)，抗折強度為3.2MPa(說明抗折強度高)，吸水率為2.1%(低吸水率)，體積密度為410kg/m3(低體積密度)，導熱係數為0.122W/m.K(說明保溫隔熱效果好)。本發明的鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分各原料的上限、下限及區間值都能實現本發明，以及發泡組分、助熔組分和增韌組分各具體原料都能實現本發明，在此就不一一舉例。權利要求一種多孔保溫板材，其特徵在於它由鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分經混合、造粒後煅燒而成，各組分所佔質量百分數分別為鐵尾礦20％～60％、頁巖30％～70％、發泡組分0.5％～5％、助熔組分3％～20％、增韌組分3％～15％。2.根據權利要求1所述的一種多孔保溫板材，其特徵在於所述鐵尾礦的粒徑小於75μm，化學成分的質量百分數要求為Si02>50%，Al203>15%，Fe203<15%，MgO<4%，K2CHNa2O<5%，燒失量<10%。3.根據權利要求1所述的一種多孔保溫板材，其特徵在於所述頁巖的粒徑小於75μm,化學成分的質量百分數要求為Si0210%,Fe2O3<10%,CaO<14%，燒失量<20%。4.根據權利要求1所述的一種多孔保溫板材，其特徵在於所述發泡組分為碳酸鈣、碳化矽、鐵粉、煤粉、磷酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋁等中的任意二種以上的混合物，任意二種以上混合時為任意配比，發泡組分的粒徑小於75μm。5.根據權利要求1所述的一種多孔保溫板材，其特徵在於所述助熔組分為長石、硼砂中的一種，助熔組分的粒徑小於75μm。6.根據權利要求1所述的一種多孔保溫板材，其特徵在於所述增韌組分為雲母、螢石中的一種，增韌組分的粒徑小於300μm。7.如權利要求1所述的一種多孔保溫板材的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟1)原料選取按各組分所佔質量百分數分別為鐵尾礦20%60%、頁巖30%70%、發泡組分0.5%5%、助熔組分3%20%、增韌組分3%15%，選取鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分，備用；2)混合將鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分混合均勻，得混合粉料；3)造粒按混合粉料重量的10%15%，選取水；混合粉料中加水攪拌均勻，得到溼料；然後將溼料造粒，成球粒徑小於5mm，得到粒料；4)煅燒將粒料置於耐火模具中，放入窯爐中進行分段高溫慢速燒成，最後冷卻脫模，得到高強輕質多孔保溫板材。8.根據權利要求7所述的一種多孔保溫板材的製備方法，其特徵在於所述分段高溫慢速燒成工藝為第一段為室溫400°C，升溫速率為515°C/min；第二段為4001000°C，升溫速率為310°C/min；第三段為1000°C燒成溫度，升溫速率為13°C/min;第四段為燒成溫度900°C，降溫速率為13°C/min;第五段為900°C室溫，隨爐冷卻。9.根據權利要求7所述的一種多孔保溫板材的製備方法，其特徵在於所述燒成溫度為1100°C11800CO10.根據權利要求7所述的一種多孔保溫板材的製備方法，其特徵在於所述耐火模具的內壁塗有脫模劑。全文摘要本發明涉及一種多孔保溫板材及其製備方法。一種多孔保溫板材，其特徵在於它由鐵尾礦、頁巖、發泡組分、助熔組分和增韌組分經混合、造粒後煅燒而成，各組分所佔質量百分數分別為鐵尾礦20％～60％、頁巖30％～70％、發泡組分0.5％～5％、助熔組分3％～20％、增韌組分3％～15％。本發明所製備的保溫板材具有高抗壓與抗折強度、低吸水率、低體積密度和優異的保溫隔熱效果，同時大量利用工業尾礦，符合我國可持續發展和建築節能的要求。文檔編號C04B38/02GK101805166SQ20101010233公開日2010年8月18日申請日期2010年1月28日優先權日2010年1月28日發明者劉媛媛,呂陽,李壽德,李相國,肖慧,袁龍,蹇守衛,馬保國申請人:武漢理工大學;西安牆體材料研究設計院