一種含氧化矽微粉的輕質隔熱材料的製作方法

2023-10-24 18:43:07 1

本發明屬於耐火材料技術領域，主要涉及一種含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。

背景技術：

輕質隔熱材料由於其氣孔率高、體積密度小、具有絕熱性能，被普遍應用於各種工業窯爐內部耐火磚與鋼殼之間的保溫隔熱襯體，獲得良好的節能效果和高的能源利用率。常用的輕質隔熱材料的體積密度為0.5～1.5g/cm3，對於體積密度小於0.5g/cm3的超輕質隔熱材料，適合採用以下幾種方法製造：

1）填充物燒失法，將一些可燃物或易揮發物填充於料漿之中，利用高溫下燒失掉填充物的方法，使材料具備多孔性。優點是：孔徑尺寸和氣孔率易控制。缺點是：強度偏低，氣孔分布不均，且製作過程中會汙染環境。

2）多孔材料法，利用本身中空的材料為骨料，製作輕質隔熱材料。優點是：顆粒孔徑均勻，大小易於控制。缺點是：高溫強度偏低，用在澆注料中材料易於分層，收縮線變化大；用在耐火磚中需要二次燒成，成本高，且不利於搬運。

3）溶膠-凝膠法，把一些活性較高的化學物質均勻的混合到泥漿中，使之在泥漿中形成溶膠，通過縮聚反應，形成網絡空間結構，最後乾燥即可。優點是：孔徑分布均勻，且多為微米以下的氣孔，易於控制。缺點是：工藝複雜，成本高，氣孔多為顯氣孔或貫通孔。

4）有機泡沫浸漬法，利用有機泡沫體的三維網狀結構作骨架，使料漿均勻地塗覆在三維網狀骨架上，乾燥後燒成得到的一種網狀多孔陶瓷。優點是：穩定性好，易於控制。缺點是：氣孔多為貫通孔，使用範圍窄，多用於過濾氣體和雜質。

5）發泡法，主要分兩種形式：①將起泡劑和穩定劑以一定的比例溶入到水中，再通過機械攪拌或吹氣的方式得到泡沫，然後加入到泥漿中混合均勻，經成型、養護、乾燥、燒成可得到輕質隔熱材料。優點是：孔徑大小易於控制，且多為閉氣孔。缺點是：泡沫的穩定性差，乾燥收縮線變化大，不易控制。②將發泡劑與耐火散料混合均勻，加入適量的液相，發泡劑與液相反應釋放出氣體，經一段時間的養護形成多孔的輕質隔熱材料。優點是：孔徑分布均勻，且多為閉氣孔。缺點是：養護時間長，發泡的速度不易控制，導致材料的體積密度變化大。

6）採用耐火纖維及其製品，優點是：體積密度小，生產工藝簡單，纖維的強度高，使用方便。缺點是：材料的成本高，且纖維易析晶，穩定性差。

輕質隔熱材料想獲得最佳的隔熱效果，必須具備低的導率係數。因此要求輕質隔熱材料必須具備的特徵為：體積密度小，氣孔的孔徑小，氣孔分布均勻且近似球形，最好是封閉氣孔，具備較高的強度和使用溫度，不開裂，穩定性好，能直接與火焰接觸，滿足金屬、非金屬及其製品的高溫熱處理工藝要求。由於輕質隔熱材料屬於多孔的材料，混合製作的過程中需要大量的液體參與，特別是對體積密度小的超輕質隔熱材料，其乾燥過程中極易開裂，所以一般採取超臨界乾燥工藝，但此工藝過程複雜，生產成本高，不利於大規模的生產和應用。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明的目的是提出一種含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。

本發明為完成上述目的採用如下技術方案：

一種含氧化矽微粉的輕質隔熱材料，所述的輕質隔熱材料由固態原料和液態原料組成；

固態原料的質量百分比總量為100%，具體組成如下：

氧化矽微粉1~85%；

氣相白炭黑0~80%；

耐火纖維5~25%；

發泡劑2~20%；

酸0.1~10%；

液態原料為矽溶膠和水，所述的液態原料佔固態原料總量的40~300%；其中矽溶膠為工業級矽溶膠，氧化矽的含量為28~30%。

所述的氣相白炭黑屬於親水型的納米級二氧化矽，粒度＜100nm。

所述的耐火纖維為石英纖維、矽酸鋁纖維、多晶莫來石纖維、多晶氧化鋁纖維中的一種。

所述的發泡劑為鎂粉、鋁粉、矽粉、鋅粉中的一種或幾種，粒度≤0.088mm。

所述的酸為固體磷酸二氫鋁、草酸、檸檬酸中的一種。

本發明提出的一種含氧化矽微粉的輕質隔熱材料，以常溫下易氧化生成惰性的氧化膜的金屬或非金屬單質為發泡劑，可以控制發泡劑發泡的大小和速度，進而影響輕質隔熱材料的氣孔形貌和體積密度，達到控制材料熱導率的目的；不加有機結合劑，以無機結合劑和材料本身的無定形態為材料的結合劑，減少了材料在養護和乾燥過程的收縮；在乾燥的過程中，隨著溫度的上升，一部分水分迅速散失，一部分水分會繼續與發泡劑反應，生成的氣體填補了水分散失後留下的空擋，減小了材料的收縮，有效防止了因塌陷而引起材料的開裂；既可整體澆注又可局部塗抹及修補，適合成型形狀複雜的牆體、襯體、熱工設備及管道，不僅可以作為保溫層，而且可以直接作用於工作襯，延長設備的使用壽命。

具體實施方式

結合具體實施例對本發明加以說明：

本發明以不同體積密度要求的輕質隔熱材料為例，對一種含氧化矽微粉的輕質隔熱材料的應用效果加以說明。

實施例1

輕質隔熱材料固態原料的組成及質量百分比為氧化矽微粉84%、矽酸鋁纖維4%、鋁粉3%、固體磷酸二氫鋁9%，將按比例稱重好的固態原料與矽溶膠50%一起混合攪拌，出現漿體後再攪拌1分鐘即可澆注成型。需要在溫度15℃和相對溼度40%的條件下養護1天，最後在100℃的溫度下乾燥即可製作完成體積密度為1.31g/cm3的含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。性能指標見表1。

實施例2

輕質隔熱材料固態原料的組成及質量百分比為氧化矽微粉73%、矽酸鋁纖維24.9%、鋁粉2%、固體磷酸二氫鋁0.1%，將按比例稱重好的固態原料與矽溶膠2%和水40%一起混合攪拌，出現漿體後再攪拌3分鐘即可澆注成型。需要在溫度15℃和相對溼度40%的條件下養護1天，最後在100℃的溫度下乾燥即可製作完成體積密度為1.17g/cm3的含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。性能指標見表1。

實施例3

輕質隔熱材料固態原料的組成及質量百分比為氧化矽微粉77%、矽酸鋁纖維5%、鋁粉15%、固體磷酸二氫鋁3%，將按比例稱重好的固態原料與矽溶膠20%和水25%一起混合攪拌，出現漿體後再攪拌3分鐘即可澆注成型。需要在溫度15℃和相對溼度40%的條件下養護1天，最後在100℃的溫度下乾燥即可製作完成體積密度為1.25g/cm3的含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。性能指標見表1。

實施例4

輕質隔熱材料固態原料的組成及質量百分比為氧化矽微粉77%、矽酸鋁纖維5%、鋁粉15%、固體磷酸二氫鋁3%，將按比例稱重好的固態原料與矽溶膠20%和水25%一起混合攪拌，出現漿體後再攪拌3分鐘即可澆注成型。需要在溫度35℃和相對溼度100%的條件下養護1天，最後在100℃的溫度下乾燥即可製作完成體積密度為1.06g/cm3的含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。性能指標見表1。

實施例5

輕質隔熱材料固態原料的組成及質量百分比為氧化矽微粉68%、氣相白炭黑9%、矽酸鋁纖維9%、鋁粉10%、固體磷酸二氫鋁4%，將按比例稱重好的固態原料與矽溶膠30%和水30%一起混合攪拌，出現漿體後再攪拌3分鐘即可澆注成型。然後在15℃的溫度和40%的相對溼度條件下養護1天，最後在100℃的溫度下乾燥即可製作完成體積密度為1.03g/cm3的含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。性能指標見表1。

實施例6

輕質隔熱材料固態原料的組成及質量百分比為氧化矽微粉10%、氣相白炭黑65%、矽酸鋁纖維13%、鋁粉9%、草酸3%，將按比例稱重好的固態原料與水210%一起混合攪拌，出現漿體後再攪拌1分鐘即可澆注成型。然後在15℃的溫度和40%的相對溼度條件下養護2天，最後在100℃的溫度下乾燥即可製作完成體積密度為0.44g/cm3的含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。性能指標見表1。

實施例7

輕質隔熱材料固態原料的組成及質量百分比為氧化矽微粉5%、氣相白炭黑70%、矽酸鋁纖維15%、鋁粉4%、鎂粉1%、鋅粉2%、草酸3%，將按比例稱重好的固態原料與水240%一起混合攪拌，出現漿體後再攪拌0.5分鐘即可澆注成型。然後在15℃的溫度和40%的相對溼度條件下養護2天，最後在100℃的溫度下乾燥即可製作完成體積密度為0.31g/cm3的含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。性能指標見表1。

實施例8

輕質隔熱材料固態原料的組成及質量百分比為氧化矽微粉5%、氣相白炭黑70%、矽酸鋁纖維15%、鋁粉4%、鎂粉3%、草酸3%，將按比例稱重好的固態原料與矽溶膠30%和水240%一起混合攪拌，出現漿體後再攪拌0.5分鐘即可澆注成型。然後在35℃的溫度和100%的相對溼度條件下養護1天，最後在100℃的溫度下乾燥即可製作完成體積密度為0.20g/cm3的含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。性能指標見表1。

實施例9

輕質隔熱材料固態原料的組成及質量百分比為氧化矽微粉1%、氣相白炭黑79%、矽酸鋁纖維8%、鎂粉2%、草酸10%，將按比例稱重好的固態原料與水300%一起混合攪拌，出現漿體後再攪拌0.5分鐘即可澆注成型。需要在溫度35℃和相對溼度100%的條件下養護2天，最後在100℃的溫度下乾燥即可製作完成體積密度為0.21g/cm3的含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。性能指標見表1。

實施例10

輕質隔熱材料固態原料的組成及質量百分比為氧化矽微粉25%、氣相白炭黑50%、矽酸鋁纖維14.7%、矽粉10%、檸檬酸0.3%，將按比例稱重好的固態原料與矽溶膠50%和水130%一起混合攪拌，出現漿體後再攪拌3分鐘即可塗抹成型。然後在15℃的溫度和40%的相對溼度條件下養護1天，最後在100℃的溫度下乾燥即可製作完成體積密度為0.72g/cm3的含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。性能指標見表1。

實施例11

輕質隔熱材料固態原料的組成及質量百分比為氧化矽微粉5%、氣相白炭黑70%、矽酸鋁纖維19%、矽粉5%、檸檬酸1%，將按比例稱重好的固態原料與矽溶膠20%和水240%一起混合攪拌，出現漿體後再攪拌1分鐘即可塗抹成型。然後在35℃的溫度和100%的相對溼度條件下養護1天，最後在100℃的溫度下乾燥即可製作完成體積密度為0.42g/cm3的含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。性能指標見表1。

實施例12

輕質隔熱材料固態原料的組成及質量百分比為氧化矽微粉4%、氣相白炭黑70%、矽酸鋁纖維5.9%、矽粉20%、檸檬酸0.1%，將按比例稱重好的固態原料與矽溶膠20%和水220%一起混合攪拌，出現漿體後再攪拌1分鐘即可塗抹成型。然後在35℃的溫度和100%的相對溼度條件下養護1天，最後在100℃的溫度下乾燥即可製作完成體積密度為0.49g/cm3的含氧化矽微粉的輕質隔熱材料。性能指標見表1。

表1

註：*表示為熱面溫度，/代表沒有檢測。