CN101391872A - 一种新的隔热保温复合材料组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型隔热保温复合材料组合物，其特征在于，所述隔热保温复合材料组合物包括以下组分：硅酸铝纤维、玻璃棉、海泡石、水镁石等纤维类材料、分散剂例如快T和/或六偏磷酸钠、膨胀玻化微珠和多种专用添加剂等。所述隔热保温复合材料组合物各组分的含量范围是：按1m3成品计算，纤维类材料90－110kg，分散剂8－12kg，膨胀玻化微珠90－110kg和其它添加剂5－8kg。所述其它添加剂可以是催化剂、胶凝剂、固化剂、速凝剂、增强剂等。本发明还涉及一种制造隔热保温复合材料组合物的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝热材料，特别涉及一种隔热保温复合材料组合物，还涉及一种制备隔热复合材料组合物的方法。
背景技术
绝热材料广泛应用于工业和生活领域里绝热工程中的衬材、围材和隔材，如石油、化工、热电热网、冶金等系统中需要隔热的设备和管道。还可用于建筑物墙体隔热防火层、防火隔断层、轻质活动房墙板、恒温室等。绝热材料品种繁多，但按其构成成分一般可分为无机类与有机类，从其发展状况又可区分为传统型与现代型。传统型产品基本上都是单一的结构，而且都是依靠各种粘合剂定型方可使用，有以岩(矿)棉为代表的纤维类产品，用树脂类使其成板(管)；有以膨胀珍珠岩为代表的颗粒类产品，用水泥等使其成管(板)。这些物理性的结合导致以下弊端：1.一些材料单体的保温性能好，而一旦被加工成型，则降低保温性能，如岩棉自身导热系数(298K)为0.041～0.046W/M*K，但浸胶成型后变成0.16～0.18，提高了4倍以上。膨胀珍珠岩因为表面多孔，在使用到隔热复合材料中时，搅拌时的水分灰带着胶凝材料进入膨胀珍珠岩的空心结构，填充空腔，使材料干燥后容重增加，空腔减少，失去保温效果；尤其在机械搅拌机的搅拌过程中，膨胀珍珠岩颗粒间相互碰撞挤压破碎使结构破坏。因而进一步导致保温效果的损失；此外，由于膨胀珍珠岩颗粒的表面是开放的，使用时能够吸入大量的搅拌用水，会使材料在干燥后失去一定的强度。2.因为与有机材料结合使用，又从不燃变成可燃，而且在温度较高的情况下(200℃以上)使用会很快灰化、解体、破碎，严重影响了使用寿命，一般2～3年就需更换。3.一般均对环境有污染，侵害人体健康。
授权于2006年6月14日，权利人为谢文丁的专利CN1259271C中公开了一种高效节能绝热材料，其包括的组分有：硅酸铝纤维、玻璃棉、快T、海泡石、水镁石、膨胀珍珠岩、漂珠或硅藻土、膨润土以及催化剂和胶粘剂。该材料所具有的优点为隔热性能好、环保、节能、省料、质轻、抗震、吸音、施工简便等。但是，由于其中的粒状材料膨胀珍珠岩在配制和成型工艺中，因搅拌而导致其结构的破坏，还是不可避免地丧失一部分保温性能，因此需要一种新的复合材料，相比较于上述专利已公开的高效节能绝热材料，能够克服所述材料在结构上的破坏，从而具有更好的保温性能。
膨胀玻化微珠是近年来发展起来的、具有较好保温性能的无机轻质颗粒类材料单体，其内部为多孔空腔结构，表面玻化封闭，光泽平滑、理化性能稳定、具有质轻、绝热、防火、耐高低温、抗老化、吸水率小等优异特性，是一种环保型高性能保温隔热材料。因此在实践中存在着这样的需求，即如何利用膨胀玻化微珠代替保温隔热材料中传统的轻质骨料，从而提高保温隔热材料的保温及其它性能。
发明内容
为解决在实践中出现的以上问题，本发明旨在提供一种新型的隔热保温复合材料组合物及其制备方法，特别是隔热效果好，结构稳定，使用寿命长，并且具有节能、无污染、质轻、防火、经济等多种功能的产品。
本发明涉及到一种隔热保温复合材料组合物，其特征在于所述隔热保温复合材料组合物包括以下组分：纤维类材料、分散剂、玻化微珠、添加剂等。
在一个具体实施方案中，所述隔热保温复合材料组合物各组分的含量范围可以是：，按1m3成品计算，纤维类材料90～110kg，分散剂8～12kg，膨胀玻化微珠90～110kg，添加剂5-8kg。
在一个具体实施方案中，所述添加剂包括：催化剂2-2.5kg，胶凝剂0.8-1.0kg，固化剂1.0kg，速凝剂1.0-1.5kg，增强剂1.0-2.0kg等其他添加剂。
在一个具体实施方案中，所述纤维类材料选自硅酸铝纤维、玻璃棉、海泡石、水镁石之一种或多种。
在一个具体实施方案中，所述分散剂选自快T(快速渗透剂T，即琥珀酸脂磺酸钠)和六偏磷酸钠中至少一种。
在一个具体实施方案中，所述催化剂剂选自发泡剂、改性剂中至少一种。
在一个具体实施方案中，所述膨胀玻化微珠的容重进一步控制在60kg/m3～150kg/m3之间。
在一个具体实施方案中，所述膨胀玻化微珠的粒径进一步控制在0.2mm-2.0mm的范围内。
所述的隔热保温复合材料组合物可以采用下述步骤制备：
1.将硅酸铝纤维、超细玻璃棉、海泡石、水镁石等纤维类材料经分散设备、计量配料设备制作成絮状物，其各种纤维类材料的比例根据不同用途决定：用于高温区的材料，其组分硅酸铝纤维:超细玻璃棉:海泡石:水镁石为3:1:4:2；中温区硅酸铝纤维:超细玻璃棉:海泡石:水镁石为2:1:5:2；低温区硅酸铝纤维:超细玻璃棉:海泡石:水镁石为1.5:2.5:5:1；
2.将制成的絮状物在快T等分散剂的作用下经搅拌设备搅拌成胶凝体；
3.在制成的胶凝体中加入膨胀玻化微珠粒粉料；所述膨胀玻化微珠粒粉料是在膨胀玻化微珠粒料中，添加少许如轻质碳酸钙，轻质碳酸镁等的填充剂；
4.用不同的催化剂在搅拌中合成所述隔热保温复合材料组合物，再经过不同的模具制作成不同的管材或板材；
5.将生成的管材毛坯料、板材毛坯料，通过挤压成型设备挤压成型、经干燥设备进行干燥处理，分别制成管材、板材或异型材。
所述隔热保温复合材料组合物作为工业用防火材料的应用，例如，可以用所述隔热保温复合材料组合物制成软膏状的胶凝围材，广泛用在异型管道、阀门、复杂形体等部位。还可以被制成硬质管材或板材、专用合成材、防火封堵材料，例如，非凝固性防火泥、复合防火绝热板、防火灰泥和防火密封胶，以及被动防火封堵门。这些都是本领域技术人员所能理解的正常范围。
所述隔热保温复合材料组合物作为建筑用防火材料的应用，例如，可以用所述隔热保温复合材料组合物制成水泥型、粉刷型材料，也可以制成复合材料，以及墙体。这些都是本领域技术人员所能理解的正常范围。
本发明还涉及一种制造隔热保温复合材料组合物的方法，其包括下述步骤：
1.将硅酸铝纤维、超细玻璃棉、海泡石、水镁石等纤维类材料经分散设备、计量配料设备制作成絮状物(其各种纤维根据不同用途按不同比例分别配制)；
2.将制成的絮状物在快T等分散剂的作用下经搅拌设备搅拌成胶凝体；
3.在制成的胶凝体中加入膨胀玻化微珠粒粉料；
4.在搅拌中，加入不同的催化剂，合成所述隔热保温复合材料组合物，再经过不同的模具制作成不同的管材或板材；
5.将生成的管材毛坯料、板材毛坯料通过挤压成型设备挤压成型、经干燥设备进行干燥处理，分别制成管材、板材或异型材。
本发明不仅选用了多种环保型无机材料，例如，硅酸铝纤维、海泡石、水镁石，在生产、使用过程中和废弃后，不危害人体健康，也不污染生态环境；而且，与现有技术不同的是，本发明用膨胀玻化微珠代替了膨胀珍珠岩，所选用的膨胀玻化微珠属于粒状材料，其容重轻，可按需要控制成大小不同的粒度，颗粒内部为多孔结构，表面玻化封闭，理化性能稳定，绝热性能优越，克服了膨胀珍珠岩在加工中的结构破坏问题；另外将纤维类材料与粒状材料相结合，可以使两种类型的材料结构互补，增加复合结构的整体性、稳定性和隔热性，大大提高了根据本发明的隔热防火复合材料组合物的整体功能。
本发明的独特之处还在于，在本发明所述的制造方法中，通过加入优选的表面活性剂、泡沫坚膜剂、发泡剂和改性剂，使产品内部发生了理化变化：
1.类真空空穴的产生，较好地发挥了真空隔热作用
纤维状材料、颗粒状材料，它们在结构中虽有空隙、气孔，但都是开孔型，空隙间互通，空气可以在这些不规则的空隙间自由流动，水分也可以经过其毛细管作用对其结构浸润，致使其保温作用大大降低。而通过本发明方法，在保持产品除材料本身的绝热功能外，同时产生大量类真空空穴，这种空穴(气泡)自身密闭、孤立、互不沟通。在本发明的成型过程中，通过搅拌使纤维材料与粒粉类材料在纵横交错中形成网状并将粒粉料填充其中，经过催化剂作用产生的类真空气泡(空穴)再填充其中，使整体结构中的固相与气相紧密、有机地结合在一起呈硬质材料，形成了具有优异保温性能的真空隔热整体结构，从而克服了在现有技术中由于材料的配制和成型工艺所导致的单体优异的保温特性丧失的缺陷。
2.键结合奠定了产品的稳定性，耐久性，可以长时间保持保温效果
隔热保温体系是由导热系数较低的一种或几种材料以不同方式组成。这种材料单体的分子结构以共价键—离子键结合呈四方体或六方密堆为最佳；气态则以同原子共价键在某温度范围内非活性的直线型分子的导热系数为最低；可制作成可塑性隔热保温材料，也可以制作成各种型材，但在没有达到键破坏及重排的温度的情况下，这些材料的复合则是以范德华力、氢键力、偶极力粘结相结合的凝胶体系，故而疏松，强度低，受时间和温度的影响，寿命短暂。本发明的独特之处在于，本发明方法用添加剂，将复合的材料开键呈新的键结合，结构呈层式网状叠力单元及填充，使整个结构中的原子以共价键(离子键)结合增多，形成一种新的亲和力，这种亲和力不受时间与温度的影响，始终保持着其固体强度，而普通保温材料基本上都是以粘合剂构成的物理性结合，当粘合剂失去作用时，其结合即解体。在形成键结合后，各种原子只能进行振动或转动，没有平移，进行热传导的方式只能是原子间的转—振辐射。当转—振吸热平衡后，就形成热垒，分子间虽有能量辐射传递，有缓慢的传热，从热源管体到保温层表面形成温度梯度，只要中心温度不变，这种温度梯度也就较为稳定。
由于在复合材料组合物中以膨胀玻化微珠替代膨胀珍珠岩，以及通过独特工艺在所述复合材料中产生了类真空空穴和键结合，使得本发明的复合材料组合物在保温性能上明显好于现有材料。例如，以膨胀珍珠岩作为基料的复合材料的导热系数为0.0792，膨胀玻化微珠与膨胀珍珠岩同为基料的复合材料的导热系数为0.061，含玻化微珠的干混砂浆的导热系数约为0.060，而以膨胀玻化微珠为基料的本发明复合材料的导热系数只有0.059。这就说明，通过本发明的工艺，使单体例如膨胀玻化微珠避免了因为成型工艺而丧失保温性，使复合材料不仅具备各单体优异的保温性能，而且还具备了形成复合材料本身所带来的优异特性，例如易于成型、结构稳定、耐久性好。
本发明将粒状材料与纤维材料有机的结合，所产生的绝热材料内部结构呈层式网状叠力单元及填充，使产品具有很强的构架和亲和力，时间越久性能越好；另外，使复合体结构更加完整、严谨、密实，使产品从外观、颜色到外形更趋于美观。而且可以节省用料，其用量仅为现行材料的1/3～2/3，极大地降低了成本。
本发明由于采用了轻质粒状骨料膨胀玻化微珠，因此使本发明复合材料组合物具有质轻、抗震等功能。
本发明采用无机材料为基料，从生产、施工到使用均无“三废”污染，因此本发明复合材料组合物为环保型材料，而且可再生利用。
本发明复合材料组合物防火功能达到A级。
本发明复合材料组合物节能效果显著，工程节能在95％以上，建筑综合节能在50％以上，使夏季居室室内温度自然降低8℃，冬季升高5℃左右；(附实例实测结果)。
本发明施工简单、快捷、规范，根据不同用途有多种品种可供选择，粉料膏体任意可塑，一涂即可，管材、墙板一贴即成。
表1是对本发明复合材料组合物的一种型材的各项技术参数的测试结果以及与国家标准的比较，通过表1可以更清楚地了解到，本发明复合材料组合物带来了突出的技术进步。
表1.工业用浇注料(膏体胶凝料)技术参数依据及测试结果
具体实施方式
以下结合具体实施方案对本发明进行进一步的详细描述。
本发明的复合材料组合物可以分为软膏类、粉状类、硬质管材和板材。本发明的组分和配比包括(按1m3成品计算)：纤维类材料90～110kg，分散剂8～12kg，膨胀玻化微珠90～110kg和其它添加剂5-8kg。其中，所述膨胀玻化微珠的容重控制在60kg/m3～150kg/m3之间，所述膨胀玻化微珠的粒径控制在0.2mm～2.0mm的范围内。纤维类材料可以是硅酸铝纤维、玻璃棉、海泡石、水镁石中的一种或几种。分散剂可以是快T和/或六偏磷酸钠。在所述隔热保温复合材料组合物中可以含有添加剂，其可以包括：催化剂、速凝剂、增强剂等。催化剂可以是发泡剂、改性剂。
本发明复合材料组合物的制作工艺步骤如下：
1.将硅酸铝纤维、超细玻璃棉、海泡石、水镁石等纤维类材料经分散设备、计量配料设备制作成絮状物，其各种纤维的比例根据不同用途决定；用于高温区的材料，其组分硅酸铝纤维:超细玻璃棉:海泡石:水镁石为3:1:4:2；用于中温区的材料，硅酸铝纤维:超细玻璃棉:海泡石:水镁石为2:1:5:2；用于低温区的材料，硅酸铝纤维:超细玻璃棉:海泡石:水镁石为1.5:2.5:5:1；
2.将制成的絮状物在快T等分散剂的作用下经搅拌设备搅拌成胶凝体；
3.在制成的胶凝体中加入膨胀玻化微珠粒粉料；
4.在搅拌中加入不同的专用催化剂，合成所述隔热保温复合材料组合物；
5.将生成的管材毛坯料、板材毛坯料，通过挤压成型设备挤压成型、经干燥设备进行干燥处理，分别制成管材、板材或异型材。
从上述步骤出发，在根据具体的施工现场要求，可以制定出具体的实施措施。
实施例1：制作用于异型管道阀门等处的胶凝状产品。
1.将混合料40kg-50kg，(其组成比例为硅酸铝纤维与海泡石之比为40∶60，该比例视不同用途可变化)与水镁石50kg-60kg混合后；
2.加水300kg-400kg，搅拌成浆后(约1分钟)；
3.加入快T8kg-10kg继续搅拌(约10分钟)；
4.投入2kg发泡剂(10分钟后)投入；
5.玻化微珠90kg-110kg(粒径0.2mm-2.0mm)搅拌20分钟后；
6.投入改性剂1.5kg(15分钟后)；
7.加入胶凝剂0.5kg；再继续搅拌10分钟后成为胶凝状产品。
实施例2：制作管板型材。
1-7步骤同实施例1；
8.在胶凝体中加入增强剂1kg-2kg，搅拌5-10分钟；
9.再加入速凝胶剂0.5kg-0.8kg使其迅速成团块状，挤入模具中成型；
10.进入烘干设备中干燥成管板型材。
实施例3
干粉料：为运输方便，到施工现场后再二次制作。
1.混合料40kg-50kg，水镁石50kg-60kg搅拌混合；
2.加入玻化微珠100kg-110kg，继续混合搅拌10-15分钟；
3.加入六偏磷酸钠5kg-8kg，搅拌5-10分钟；
4.加发泡剂0.5kg和改性剂1kg(均为粉状)，搅拌10-15分钟后；
5.装袋；
6.随带速凝剂一份(粉状或液体状)；
7.运至施工现场加入300kg-450kg搅拌成胶凝状，如用于涂抹即可直接使用；
8.如再成型(作板或管)，则按实施例2中的8、9、10步骤进行。
尽管上文结合具体的实施方式对本发明进行更为详细的说明，但是详细的说明内容并不能限制本发明所附权利要求书要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种隔热保温复合材料组合物，其特征在于，所述复合材料组合物包括以下组分：纤维类材料、分散剂、膨胀玻化微珠、其他添加剂。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述隔热保温复合材料组合物各组分的含量范围是：按1m3成品计算，纤维类材料90-110kg，分散剂8-12kg，膨胀玻化微珠90-110kg和其他添加剂5-8kg。
3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述其它添加剂包括：催化剂2.0-2.5kg，胶凝剂0.8-1.0kg，固化剂1.0kg，速凝剂1.0-1.5kg，增强剂1.0-2.0kg。
4.根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，所述纤维类材料选自硅酸铝纤维、玻璃棉、海泡石、水镁石之一种或多种。
5.根据权利要求4所述的组合物，其特征在于，所述分散剂选自快T和六偏磷酸钠中至少一种。
6.根据权利要求5所述的组合物，其特征在于，所述催化剂选自发泡剂、改性剂中至少一种。
7.根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的组合物，其特征在于，所述膨胀玻化微珠的容重控制在60kg/m3-150kg/m3之间。
8.根据权利要求7所述的组合物，其特征在于，所述膨胀玻化微珠的粒径控制在0.2mm-2.0mm的范围内。
9.一种制造隔热保温复合材料组合物的方法，其包括下述步骤：
将纤维类材料硅酸铝纤维、超细玻璃棉、海泡石、水镁石预先制作成絮状物；将制成的絮状物在分散剂的作用下搅拌成胶凝体；在制成的胶凝体中加入膨胀玻化微珠粒粉料；
加入催化剂和其它添加剂，并搅拌，合成所述隔热保温复合材料组合物毛坯料；
将生成的管材毛坯料、板材毛坯料挤压成型、干燥处理，分别制成管材、板材或异型材。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述分散剂为快T和六偏磷酸钠中的至少一种；所述膨胀玻化微珠的容重控制在60kg/m3-150kg/m3之间，粒径控制在0.2mm-2.0mm的范围内。
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