CN105036785A

CN105036785A - 一种高温型不烧纳米微孔绝热材料的组成及其制作方法

Info

Publication number: CN105036785A
Application number: CN201510408589.3A
Authority: CN
Inventors: 吴朝齐; 柯美亚; 王礼玮; 李剑峰; 祝惟人
Original assignee: SHANGHAI PENGPU SPECIAL REFRACTORY MATERIAL FACTORY CO Ltd; SHANGHAI CAREER METALLURGICAL FURNACE CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI PENGPU SPECIAL REFRACTORY MATERIAL FACTORY CO Ltd; SHANGHAI CAREER METALLURGICAL FURNACE CO Ltd
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2015-11-11

Abstract

本发明涉及一种高温型不烧纳米微孔绝热材料的组成及其制作方法，其特征在于所述的微孔绝热材料组成分别为：纳米级二氧化硅、红外遮光剂、无机增强纤维以及耐火微粉组成，它们的质量百分组成为：纳米级二氧化硅10～80wt％，红外遮光剂10～30wt％，无机增强纤维3～10wt％以及耐火微粉5～50wt％。制作方法特征是分散均匀的组成用布料机加到成型模具中，模框、底板和上冲头分别开通贯通孔，在模具底板和上冲头上铺垫筛网和无纺布，然后启动压机，施加压力获得所述的纳米微孔绝热材料。本发明所述的纳米微孔材料可以在1250℃长期使用。

Description

一种高温型不烧纳米微孔绝热材料的组成及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种高温型不烧纳米微孔绝热材料组成及其制作方法。属于不烧绝热材料领域。

背景技术

随着世界范围内的能源紧缺，节能成为人们十分关注的问题。寻求轻质、高效的保温材料已是当务之急.高性能纳米微孔绝热材料是一种基于纳米微孔隔热原理研制的高性能隔热耐火材料，具有非常低的热传导率，即便在高温条件下依然如此，其保温效果是陶瓷纤维，隔热砖等传统耐火材料的3至4倍，阻断热传递的效率甚至优于空气，是节约能源和消耗的极有效途径，

国内虽有相关纳米微孔材料的介绍，但由于纳米微孔材料组成、工艺上的复杂性，特别是成型的困难，因此至今形成产业化的很少，即使有很少产业化的产品，但在产品的线变化率大、使用温度低。使用温度在1000℃以上的纳米微孔绝热材料鲜有报道，本发明欲提供的1250℃高性能纳米微孔绝热材料填补了高温型纳米绝热材料的空白。

USP.6,818,273公开了一种具有微孔结构的保温材料组成物，它包含30～90％微细的金属氧化物粉体，并在表面覆盖了有助于提高热阻的云母层。但该保温材料的使用温度仅为620℃。

USP.6,921,506保温材料组成物包含10-100％二氧化硅微粉；0.5-6％碳粉；0-40％红外遮光剂；0-50％无机轻质填料，如气相二氧化硅，珍珠岩，膨胀粘土，玻璃微珠等。无机轻质填料虽然有助于提高保温材料的气孔率，提高强度和绝热性能，但其中有些原料，如膨胀珍珠岩，玻璃微珠等，将不利于材料的高温稳定性。组成物中还引入了2-10％无机纤维，如E-玻璃，S-玻璃，R-玻璃，ECR-玻璃，C-玻璃，A-玻璃或其它陶瓷纤维，这些玻璃纤维同样不利于保温材料高温性能。

CN102659437A公开的保温材料组成物以废粉料作为红外遮光剂，与纳米二氧化硅、无机增强纤维复合，其导热系数为0.037W/mk(800℃)，但900℃/12小时保温，样品的线收缩达到2％左右。

CN102976710A公开的纳米微孔保温材料以红外遮光剂，与纳米二氧化硅、无机纤维复合而成，经过800℃烧结一小时得到目标物，1000℃/12小时保温，样品的线收缩为0.5％左右。此种通过在800℃下烧结的方法降低纳米绝热材料的线收缩，但会使生产周期增长，也会耗费能源，而且最高使用温度为1000℃。

综上所述，当前能使用温度≥1200℃～1250℃的不烧纳米微孔绝热材料稀有报道，所以本申请拟根据冶金、建材等行业对高效绝热材料的迫切需求，提供了一种使用温度大于1200℃，最高使用可达1250℃的高性能纳米微孔绝热材料的组成及其制造方法，本发明提出的纳米微孔绝热材料组成不仅克服了当前绝热材料的使用温度的限制，而且更是在结构上加以改进，避免产品成型时膨胀造成的弯曲变形和开裂。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高温型不烧纳米微孔绝热材料的组成及其制造方法，克服现有技术中存在的缺陷，为了叙述清楚起见，本发明特作以下定义：所述的高温型不烧纳米微孔绝热材料是指按本发明所述的绝热材料的组成经后机压压制的目标物，满足现有行业的要求。

本发明所述的纳米微孔绝热材料及其制造方法，其特征在于，所述纳米微孔绝热材料由包括下列步骤的制备方法制得：

(1)将包括纳米级二氧化硅、红外遮光剂、增强纤维及耐火微粉物质等原料分别称量；

(2)称量后，在高速搅拌机中高速分散均匀；组成中平均粒径为20～40纳米，增强纤维的直径为7～9微米，长度为5～10mm(根据材料厚度选择)。堆积密度为30～50Kg/m³。

(3)将混合好的组成为用布料机加到成型模具中，模框、底板、上冲头分别开通贯通孔，孔径为0.5～1mm，以5～10mm等距分布(具体孔径和分布根据板材厚度选择)。在模具底板和上冲头上铺垫筛网和无纺布；

(4)启动压机，使用压力为10～25MPa，直到规定位置保压后卸载压力，得到发明所述的纳米微孔绝热材料。如附图1：

其中，以所用原料的总重量为100％计，纳米级二氧化硅占10wt％～80wt％，红外遮光剂占10wt％～30wt％，无机增强纤维占3wt％～10wt％，耐火微粉物质占5wt％～50wt％；

所述红外遮光剂为能吸收或分散红外辐射的物质，所述增强纤维为高性能无机纤维。

所述纳米微孔绝热材料的导热系数为0.025W/mk～0.030W/mk(800℃)，耐压强度为250KPa～400KPa，1150℃/12小时保温，所述纳米微孔绝热材料的线收缩小于2％，可在1250℃下长期使用。

本发明的组成物采用纳米级二氧化硅构成了绝热材料的特有的显微结构，使其具备了纳米尺寸的封闭气孔；采用红外遮光剂减少绝热材料的辐射传热，降低高温下的导热系数；采用高性能增强纤维不仅提高了纳米绝热材料的机械强度，而且减少了纳米绝热材料的高温收缩。并结合使用了耐火微粉物质，使产品不仅具有优良的绝热性能和机械强度，而且可以在1250℃高温下长期使用。采用通孔的方式解决材料在干压成型时排气的问题，使产品更为均匀，避免产品成型时膨胀造成的弯曲变形和开裂。

附图说明

图1为制作微孔绝热材料的模具示意图；

图2为孔径与孔间距示意图。

具体实施方式

在本发明一个优选的技术方案中，所用纳米级二氧化硅占以所用原料的总重量55wt％～75wt％。

在本发明另一个优选的技术方案中，所用红外遮光剂为具有高辐射性能的微粉粉体；

本发明推荐使用的红外遮光剂选自：硅酸锆、氧化锆、碳化硅中的一种、二种或三种。

在本发明又一个优选的技术方案中，本发明采用的耐火物质为高温耐火物微粉；

本发明推荐使用的耐火微粉物质选自：氧化锆、氧化铝、莫来石中的一种、二种或三种。

若微孔绝热材料中缺少了耐火微粉物质，虽然其仍保持着优异的绝热性能，但在800℃～1250℃高温下长期使用，将不可避免地会在拼结处产生缝隙，使绝热层整体的绝热性能降低，所以，添加5wt％～50wt％耐火物微粉物质，有助于提高绝热材料的热稳定性。

在本发明又一个优选技术方案中，所用增强纤维选用高性能无机纤维中一种或几种，如(但不限于)：所用增强纤维选自莫来石纤维、氧化铝纤维或氧化锆纤维中的一种或几种。

在本发明中又一个优选技术方案中，根据纳米微孔绝热材料的厚度选择通孔孔径和通孔间距，以克服粉体压缩比过大因排气而引起的密度不均匀、膨胀和开裂的问题。

在本发明所提供的纳米微孔绝热材料中，不含有无机粘接剂或硬硅酸钙，因为这些添加剂将有损于绝热材料的高温性质。绝热材料的机械强度可以通过组合物中其它组分的调整得以改善，成型时的体积膨胀可通过改善模具排气的方式来解决。不用通过烧结，其性能达到了使用标准。

以下通过实施例对本发明作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明的内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

将55wt％的纳米二氧化硅，20wt％硅酸锆，15wt％氧化锆微粉，以及5wt％氧化铝纤维和5wt％氧化锆纤维，在高速搅拌机中均匀混合，模具底板、模框和冲头贯穿小孔直径为1mm，以10mm等距分布(附图2)。启动压机，压力为20～25MPa。干压成型至规定需要高度，得到长宽为90mm，厚度为10mm纳米微孔绝热材料A。

经测定，纳米微孔绝热材料A的体积密度280Kg/m³、400℃和800℃时的导热系数分别为0.023W/mk(400℃)和0.029W/mk(800℃)；耐压强度270KPa，1150℃/12小时保温，纳米微孔绝热材料A的线收缩小于2％。长期使用于≥1200℃以上，最高使用温度为1250℃。

实施例2

将68wt％的纳米二氧化硅，15wt％硅酸锆，10wt％氧化铝微粉，7wt％莫来石纤维，在高速搅拌机中均匀混合，模具底板、模框和冲头贯穿小孔直径为0.8mm，以8mm等距分布(附图2)。启动压机，压力为20～25MPa。干压成型至规定需要高度，得到长、宽各为90mm，厚度为20mm纳米微孔绝热材料B。

纳米微孔绝热材料B的体积密度300Kg/m³、400℃和800℃时的导热系数分别为0.021W/mk(400℃)和0.028W/mk(800℃)；耐压强度320KP_a，1150℃/12小时保温，纳米微孔绝热材料B的线收缩小于2％。所述的绝热材料B可长期使用于1200℃，最高使用温度为1250℃。

Claims

1.一种高温型不烧纳米微孔绝热材料的组成，其特征在于所述的微孔绝热材料组成分别为：纳米级二氧化硅、红外遮光剂、无机增强纤维以及耐火微粉组成，它们的质量百分组成为：

2.按权利要求1所述的组成，其特征在于：

①所述纳米级二氧化硅、红外遮光剂、耐火微粉的平均粒径为20～40纳米堆积密度为30～50kg/m³；

②所述的红外遮光剂为硅酸锆、氧化锆或碳化硅中的一种、二种或三种；

③所述的无机增强纤维为莫来石纤维、氧化铝纤维或氧化锆纤维中的一种、二种或三种；纤维直径为7～9微米，长度为5～10mm；

④所述的耐火微粉为氧化锆、氧化铝或莫来石中的一种、二种或三种。

3.按权利要求1所述的组成，其特征在于纳米级二氧化硅为55～75wt％。

4.按权利要求1所述的组成，其特征在于：

①所述的组成是

纳米二氧化硅55wt％，红外遮光剂20wt％，

无机增强纤维10wt％，耐火微粉15wt％；

②所述的组成是

纳米二氧化硅68wt％，红外遮光剂15wt％，

无机增强纤维7wt％以及耐火微粉10wt％。

5.制作由权利要求1所述的组成构筑成微孔绝热材料的方法，其特征在于制作步骤是：

(1)按权利要求1所述的组成配料，分别称量；

(2)称量后，在高速搅拌机中高速分散均匀；

(3)将步骤2分散均匀的组成用布料机加到成型模具中，模框、底板、上冲头分别开通贯通孔，在模具底板和上冲头上铺垫筛网和无纺布；

(4)启动压机，施加压力直到压制到规定位置保压后卸载压力获得所述的纳米微孔绝热材料。

6.按权利要求5所述的方法，其特征在于：

①步骤(3)所述的贯通孔孔径为0.5～1mm，以5～10mm等距分布；

②步骤(4)所述的压力为10～25MPa；

③步骤(4)所述的规定位置是指绝热材料的厚度，为10～20mm。

7.按权利要求5或6所述的方法，其特征在于制作的纳米微孔绝热材料800℃时的导热系数为0.025W/mk～0.030W/mk，耐压强度为250KPa～400KPa，1150℃/12小时保温，所述纳米微孔绝热材料的线收缩小于2％，可在1250℃下长期使用。