CN104291800A - 一种多功能蜂窝陶瓷蓄热体及其制备方法 - Google Patents
一种多功能蜂窝陶瓷蓄热体及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种多功能蜂窝陶瓷蓄热体，其特征是该蓄热体包括无机粉料和添加剂，所述添加剂包括有机粘结剂，润滑剂，有机增塑、保湿剂，所述无机粉料包括以下配比的组分：焦宝石20～30%；刚玉3～8%；氧化铝1～5%；高岭土8～12%；长石15～20%；石英10～15%；堇青石10～15%。本发明满足普通规格和薄壁超大规格的蜂窝体生产使用要求，具有良好的成型性能和保形性能。挤制压力比其它泥料体系低，对设备磨损小。具有良好的干燥性能，在空气中放置2小时不开裂。对孔径5×5mm，壁厚1mm的蜂窝陶瓷蓄热体湿坯，侧向抗压能力达0.12MPa。在实际生产中，可生产方孔尺寸8mm，壁厚1mm，截面尺寸为150mm正方形，长度达1000mm的超大规格蜂窝陶瓷蓄热体产品。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝陶瓷蓄热体制造领域，尤其涉及一种薄壁超超大规格多功能蜂窝陶瓷蓄热体及其制备方法。
背景技术
蜂窝陶瓷由于具有比表面积大，热容量大，热胀系数小，耐温性能好，耐腐蚀性强等特点，广泛应用于蓄热体、催化剂及其载体、烟气过滤和水过滤用陶瓷膜载体。特别是在蓄热式燃烧技术领域，蓄热式蜂窝陶瓷由于良好的蓄放热性能、高温性能和抗热冲击性能，在加热炉等工业窑炉上应用广泛。
蜂窝陶瓷蓄热体的换热面积与蜂窝陶瓷孔径和壁厚有直接关系。蜂窝陶瓷蓄热体产品孔径越小、壁厚越薄，表面积越大，换热面积也越大，蓄放热性能越好。而薄壁蜂窝体的生产要求湿坯具有良好的保形性和干燥性能，这就对蜂窝陶瓷性能提出了新的要求。由于蜂窝陶瓷原料大多数不具备粘性，因此选择什么样的组分和各组分如何配比对蜂窝陶瓷蓄热体性能有很大相关性。
发明内容
本发明提供了多功能蜂窝陶瓷蓄热体及其制备方法，对截面最小尺寸超过100*100mm（100cm2），孔距壁厚比大于6，孔径长度比大于120的蜂窝体有很强的实用性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多功能蜂窝陶瓷蓄热体，其特征是该蓄热体包括无机粉料和添加剂，所述添加剂包括有机粘结剂，润滑剂，有机增塑、保湿剂，按无机粉料100重量份计算，其中有机粘结剂为3.5～6.0重量份，有机增塑及保湿剂0.2～3.5重量份，润滑剂为3.5～6重量份；所述无机粉料包括以下配比的组分：焦宝石20～30%；刚玉3～8%；氧化铝1～5%；高岭土8～12%；长石15～20%；石英10～20%；堇青石10～15%。
作为优选，所述有机粘结剂为树脂、纤维素、纤维素衍生物、纤维素钠中的一种或多种混合物。
作为优选，所述有机粘结剂可以为甲基纤维素、羟乙基纤维素、氰乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇（HPMC）、羧甲基纤维素（PVA）、乙基纤维素（CMC）、改性淀粉中的一种或多种组合。
作为优选，所述有机增塑及保湿剂可为聚环氧乙烷。
作为优选，所述有机增塑及保湿剂为聚氧化乙烯PEO、聚乙二醇PEG400、聚乙二醇PEG1500、甘油中的一种或多种组合。
作为优选，所述润滑剂为植物油或多种植物油的混合物。要求在0℃以上为液态，成分均匀，水份含量和固态杂质含量在1%以下，燃烧后灰分占比在0.5%以下。
作为优选，所述润滑剂可以为桐油、菜籽油、豆油、花生油、芝麻油等工业用油中的一种或多种组合。
作为优选，所述添加剂还包括作为溶剂的水。
一种多功能蜂窝陶瓷蓄热体制备方法，包括以下步骤：
1.将有机粘结剂，有机增塑、保湿剂粉末与蜂窝陶瓷原料预混、过筛后，在捏合机中边搅拌边加入适量的水，捏合到使粉料中的添加剂润湿吸收水份后，再加入润滑剂，捏合成泥料备用；
2. 将泥料在真空挤制机初练，初练时相对真空度大于或等于-0.08MPa，制成较为密实的泥块；
3.将泥块进入陈腐工序，陈腐时，环境温度为5～30℃，陈腐时间大于或等于24小时，经真空精炼、真空挤制成所需规格的蜂窝体坯料；
4.蜂窝体坯料再送入干燥机内定型、干燥，烧制制得成品。
一种多功能蜂窝陶瓷蓄热体制备方法，包括以下步骤：
1. 将有机粘结剂，有机增塑、保湿剂粉末配制成混合液，将蜂窝陶瓷粉料倒入捏合机中，边搅拌边加入相应量的混合液，再加入适量的水，捏合到使粉料中的添加剂润湿吸收水份后，再加入润滑剂，捏合成泥料备用；
2.将泥料在真空挤制机初练，初练时相对真空度大于或等于-0.08MPa，制成较为密实的泥块；
3.将泥块进入陈腐工序，陈腐时，环境温度为5～30℃，陈腐时间大于或等于24小时，经真空精炼、真空挤制成所需规格的蜂窝体坯料；
4.蜂窝体坯料再送入干燥机内定型、干燥，烧制制得成品。
本发明中，有机粘结剂为易溶于水且溶液具有高粘度，通常为高分子聚合物，其网状结构在蜂窝陶瓷蓄热体成型中起着粘结颗粒粉末、稳固湿坯形状的作用。有机增塑剂常温下为固态，易溶于水，在成型中起着降低成型压力的作用。保湿剂为易溶于水且吸水性强的物质，可防止湿坯在干燥过程中开裂。润滑剂为植物油，降低泥料与其所接触的部件之间的摩擦力，减少模具磨损，同时降低成型压力。
本发明同时提供了上述添加剂的使用方法。即常温下为固态的添加剂，制作时可以在球磨过程中加入，也可以将它们溶解配制成溶液后再使用。采用球磨时加入时，将固体添加剂粉末（有机粘结剂和增塑剂等）与蜂窝陶瓷蓄热体原料通过预混、过筛后，在捏合机中边搅拌边加入适量的水和润滑剂。捏合一定时间后在真空练泥机初练，制成较为密实的泥块后进入陈腐工序。达到陈腐时间后在真空练泥机精炼，经真空挤制机挤制成所需规格的蜂窝体。配制成溶液后再制作时，球磨时仅需加入蜂窝陶瓷蓄热体原料，预混过筛后，在捏合机中边搅拌蜂窝陶瓷粉料边加入相应量的添加剂溶液，再加入适量的水和润滑剂。后续工序与以固态粉末加入的相同。
本发明满足普通规格和薄壁超大规格的蜂窝体生产使用要求，具有良好的成型性能和保形性能。挤制压力比其它泥料体系低，对设备磨损小。具有良好的干燥性能，在空气中放置2小时不开裂。对孔径5×5mm，壁厚1mm的蜂窝陶瓷蓄热体湿坯，侧向抗压能力达0.12MPa。在实际生产中，采用本发明，可生产孔径尺寸8mm，壁厚1mm，截面尺寸大于为100cm2，长度达1000mm以上的超大规格蜂窝陶瓷蓄热体产品。
附图说明
图1是本发明涉及到的蜂窝陶瓷蓄热体产品结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
图1中的矩形体-陶瓷蓄热体1的小孔2（蜂窝孔、圆孔、方孔），其一种参考值为：孔径8mm，壁厚1mm，截面尺寸大于为100cm2，孔径与小孔长度的比值大于120。
实例1：
取粉状焦宝石20%；刚玉8%；氧化铝5%；高岭土12%；长石15%；石英10%；堇青石10%混合为无机粉料，按照无机粉料100重量份计算添加剂添加量，添加剂中，有机粘结剂乙基纤维素CMC占3.5重量份，有机增塑、保湿剂1.2份（聚乙二醇PEG1500占1重量份、甘油占0.2重量份），润滑剂桐油占3.5重量份，水为16重量份。制作时，将CMC、PEG1500与蜂窝陶瓷粉料一同加入球磨机，预混4小时后，过100目筛网，送入捏合机中边搅拌边加入适量的水（分5次加入，呈润湿状态），水加完后继续搅拌5分钟后一次性将桐油加入，20分钟后停止搅拌，捏合成泥料备用；将泥料在真空挤制机初练，初练时相对真空度为-0.09MPa，制成较为密实的泥块；将泥块进入陈腐工序，在20℃下陈腐30小时，经真空精炼、真空挤制成所需规格的蜂窝体坯料。蜂窝体坯料再送入干燥机内定型、干燥，烧制制得成品。
实例2：
取粉状焦宝石30%；刚玉3%；氧化铝1%；高岭土8%；长石20%；石英20%；堇青石15%混合为无机粉料，按照无机粉料100重量份计算添加剂添加量，添加剂中，有机粘结剂羟丙基纤维素PVA占3.5重量份，有机增塑、保湿剂聚乙二醇PEG800占0.5重量份，润滑剂工业菜籽油占3.5重量份，水为17重量份。制作时，将PVA、PEG800与蜂窝陶瓷粉料一同加入球磨机，预混3小时后，过100目筛网，送入捏合机中边搅拌边加入适量的水（分3次加入），水加完后继续搅拌5分钟后分3次将工业菜籽油加入，20分钟后停止搅拌，捏合成泥料备用；将泥料在真空挤制机初练，初练时相对真空度为-0.09MPa，制成较为密实的泥块；将泥块进入陈腐工序，在20℃下陈腐48小时，经真空精炼、真空挤制成所需规格的蜂窝体坯料。蜂窝体坯料再送入干燥机内定型、干燥，烧制制得成品。
实例3：
取粉状焦宝石23%；刚玉4%；氧化铝2%；高岭土9%；长石16%；石英18%；堇青石12%混合为无机粉料，按照无机粉料100重量份计算添加剂添加量，添加剂中，有机粘结剂聚乙烯醇HPMC占3.5重量份，有机增塑、保湿剂聚氧化乙烯PEO占0.5重量份，润滑剂工业菜籽油占3.5重量份，水为17重量份。制作时，将HPMC、PEO与蜂窝陶瓷粉料一同加入球磨机，预混3小时后，过100目筛网，送入捏合机中边搅拌边加入适量的水（分3次加入），水加完后继续搅拌5分钟后一次性将菜籽油加入，20分钟后停止搅拌，捏合成泥料备用；将泥料在真空挤制机初练，初练时相对真空度为-0.09MPa，制成较为密实的泥块；将泥块进入陈腐工序，在20℃下陈腐48小时，经真空精炼、真空挤制成所需规格的蜂窝体坯料。蜂窝体坯料再送入干燥机内定型、干燥，烧制制得成品。
实例4：
取粉状焦宝石25%；刚玉5%；氧化铝4%；高岭土11%；长石18%；石英14%；堇青石14%混合为无机粉料，按照无机粉料100重量份计算添加剂添加量，添加剂中，有机粘结剂羧甲基纤维素PVA占4.0重量份，有机增塑、保湿剂甘油占0.2重量份，润滑剂桐油占3.5重量份，水为17重量份。制作时，将羧甲基纤维素PVA与蜂窝陶瓷粉料一同加入球磨机，预混2小时后，过100目筛网，送入捏合机中，边搅拌边加入甘油，5分钟后分3次加入水。水加完后继续搅拌5分钟后分3次将桐油加入，30分钟后停止搅拌，捏合成泥料备用；将泥料在真空挤制机初练，初练时相对真空度为-0.09MPa，制成较为密实的泥块；将泥块进入陈腐工序，在16℃下陈腐40小时，经真空精炼、真空挤制成所需规格的蜂窝体坯料。蜂窝体坯料再送入干燥机内定型、干燥，烧制制得成品。
实例5：
取粉状焦宝石13%；刚玉5%；氧化铝3%；高岭土10%；长石19%；石英13%；堇青石13%混合为无机粉料，按照无机粉料100重量份计算添加剂添加量，添加剂中，有机粘结剂羟乙基纤维素占5.0重量份，有机增塑、保湿剂甘油占3.0重量份，润滑剂桐油占4.0重量份，水为17重量份。制作时，将羟甲基纤维素与蜂窝陶瓷粉料一同加入球磨机，预混3小时后，过100目筛网，送入捏合机中边搅拌边加入适量的水（分5次加入），水加完后继续搅拌5分钟后分一次性将桐油加入，20分钟后停止搅拌，捏合成泥料备用；将泥料在真空挤制机初练，初练时相对真空度为-0.09MPa，制成较为密实的泥块；将泥块进入陈腐工序，在16℃下陈腐36小时，经真空精炼、真空挤制成所需规格的蜂窝体坯料。蜂窝体坯料再送入干燥机内定型、干燥，烧制制得成品。
实施例6：
取粉状焦宝石20～30%；刚玉3～8%；氧化铝1～5%；高岭土8～12%；长石15～20%；石英10～15%；堇青石10～15%混合为无机粉料，按照无机粉料100重量份计算添加剂添加量，添加剂中，有机粘结剂氰乙基纤维素占5.0重量份，有机增塑、保湿剂聚氧化乙烯PEO占3.0重量份，润滑剂工业菜籽油占6.0重量份，水为17重量份。制作时，将羟甲基纤维素与蜂窝陶瓷粉料一同加入球磨机，预混3小时后，过100目筛网，送入捏合机中边搅拌边加入适量的水（分3次加入），水加完后继续搅拌5分钟后一次性将工业菜籽油加入，20分钟后停止搅拌，捏合成泥料备用；将泥料在真空挤制机初练，初练时相对真空度为-0.08MPa，制成较为密实的泥块；将泥块进入陈腐工序，在16℃下陈腐48小时，经真空精炼、真空挤制成所需规格的蜂窝体坯料。蜂窝体坯料再送入干燥机内定型、干燥，烧制制得成品。
表1：以上所有实施例制作的本发明蜂窝陶瓷的湿坯和干坯与现有技术的性能进行比较（孔8mm，壁厚1mm，截面150mm正方形）：
Claims (7)
1.一种多功能蜂窝陶瓷蓄热体，其特征是该蓄热体包括无机粉料和添加剂，所述添加剂包括有机粘结剂，润滑剂，有机增塑、保湿剂，按无机粉料100重量份计算，其中有机粘结剂为3.5～6.0重量份，有机增塑及保湿剂0.2～3.5重量份，润滑剂为3.5～6重量份；所述无机粉料包括以下配比的组分：为焦宝石20～30%；刚玉3～8%；氧化铝1～5%；高岭土8～12%；长石15～20%；石英10～15%；堇青石10～15%。
2.根据权利要求1所述的多功能蜂窝陶瓷蓄热，所述有机粘结剂为树脂、纤维素、纤维素衍生物、纤维素钠中的一种或多种混合物。
3.根据权利要求1所述的多功能蜂窝陶瓷蓄热，所述有机增塑及保湿剂为聚环氧乙烷。
4.根据权利要求1所述的多功能蜂窝陶瓷蓄热，所述润滑剂为植物油或多种植物油的混合物。
5.要求在0℃以上为液态，成分均匀，水份含量和固态杂质含量在1%以下，燃烧后灰分占比在0.5%以下。
6.一种制作权利要求1所述多功能蜂窝陶瓷蓄热体制备方法，包括以下步骤：
1.将有机粘结剂，有机增塑、保湿剂粉末与蜂窝陶瓷原料预混、过筛后，在捏合机中边搅拌边加入适量的水，捏合成泥料备用；
2.将泥料在真空挤制机初练，初练时相对真空度大于或等于-0.08MPa，制成较为密实的泥块；
3.将泥块进入陈腐工序，陈腐时，环境温度为5～30℃，陈腐时间大于或等于24小时，经真空精炼、真空挤制成所需规格的蜂窝体。
7.一种制作权利要求1所述多功能蜂窝陶瓷蓄热体制备方法，包括以下步骤：
1.将有机粘结剂，有机增塑、保湿剂粉末配制成混合液，将蜂窝陶瓷粉料倒入捏合机中，边搅拌边加入相应量的混合液，再加入适量的水，捏合到使粉料中的添加剂充分润湿吸收水份后，再加入润滑剂，捏合成泥料备用；
将泥料在真空挤制机初练，初练时相对真空度大于或等于-0.08MPa，制成较为密实的泥块；
2.将泥块进入陈腐工序，陈腐时，环境温度为5～30℃，陈腐时间大于或等于24小时，经真空精炼、真空挤制成所需规格的蜂窝体。
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