CN106574095A - 使用膨胀石墨和溶胀性粘土的轻量的吸声耐火隔热材料及制造其的方法 - Google Patents

使用膨胀石墨和溶胀性粘土的轻量的吸声耐火隔热材料及制造其的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轻量的吸声耐火隔热材料和制造其的方法，该隔热材料包含用于提供粘附性的粘合剂、膨胀石墨和溶胀性粘土，其中，溶胀性粘土具有以包含水分子的蜂窝形式且其中粘土的层之间的距离通过加热膨胀20至50倍的层状结构，并且溶胀性粘土具有50μm和200μm之间的粒径，并且其中，该隔热材料相对于100重量份的溶胀性粘土包含10至100重量份的膨胀石墨。由于使用了膨胀石墨和蜂窝结构的溶胀性粘土，所以本发明的隔热材料增强了吸声性能，具有优异的隔热性、耐火性和阻燃性，并可以在没有焙烧过程的情况下制造，从而具有简单的过程并降低生产的单位成本。

Description

使用膨胀石墨和溶胀性粘土的轻量的吸声耐火隔热材料及制 造其的方法
技术领域
本发明涉及使用膨胀石墨和溶胀性粘土制造的轻量的吸声且耐火的隔热板及制造其的方法，并且更具体地涉及使用膨胀石墨和溶胀性粘土制造的轻量的吸声且耐火的隔热板及用于制造其的方法，从而提供了优异的轻量性、吸声性、绝缘性、耐火性和阻燃性，且其是在没有任何烧结的情况下制造的，因此提供了简单的制造过程并降低了生产成本。
背景技术
对于吸声材料和隔热材料的需求急剧增加来改善居住环境。用于建筑隔热材料或吸声材料的发泡聚苯乙烯是轻量的并具有良好的隔热和吸声效果，但是其具有弱的耐久性并易于点燃和闪燃(flash)，使其在着火时生成毒气而不期望地造成人身事故，因此近来使用受限。
进一步地，更多用于建筑隔热材料或吸声材料的玻璃纤维针对类似着火的危险是安全的，但是如果玻璃纤维暴露于空气，其可能磨损以生成对人体有害的针状粉尘。在构造期间，由玻璃纤维生成有害粉尘，也不期望地对工人的健康带来坏的影响，并由于众所周知由玻璃纤维材料的老化生成的粉尘颗粒对人体是有害的，所以玻璃纤维的使用量逐渐减少。
另外，用于建筑隔热材料或吸声材料的废弃木材是环境友好的，但是其不耐火。尤其，废弃木材作为吸声材料或隔热材料具有低性能，并当需要废弃木材，进一步地，有些难以平缓地供给废弃木材。
而且，将类似铝(Al)的金属材料提供为吸声材料或隔热材料，但是它们是不期望地昂贵的，从而增加了制造成本并降低了资源节约效果。
进一步地，将水泥混凝土材料提供为吸声材料或隔热材料，但是由于它们具有高比重，所以产物是重的。
在水泥混凝土吸声材料的情况下，因此，施工能力不良且吸声性能也低。
发明内容
技术问题
因此，针对现有技术中存在的上述问题作出了本发明，并且本发明的一个目的是提供一种使用膨胀石墨和溶胀性粘土制造的轻量的吸声且耐火的隔热板和制造其的方法，从而提供了优异的轻量性、吸声性、绝缘性、耐火性和阻燃性，且其是在没有任何烧结的情况下制造的，从而提供了简单的制造过程并降低了生产成本。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种轻量的吸声且耐火的隔热板(隔热材料)，包含：粘合剂；膨胀石墨；和溶胀性粘土(膨胀性粘土)，其中，溶胀性粘土在层之间的距离可以溶胀多至20至50倍，且是由在层间包含水分子的蜂窝形层状粘土形成的，并具有50至200μm的范围的粒径。
根据本发明，期望地，膨胀石墨以每100重量份的溶胀性粘土为10至100重量份的量存在。
根据本发明，期望地，粘合剂以每100重量份的溶胀性粘土和膨胀石墨为30至200重量份的量存在。
根据本发明，期望地，溶胀性粘土包含选自由膨润土、蛭石、蒙脱石、绿泥石、海泡石、凹凸棒石、皂石、锂蒙脱石、贝得石、埃洛石、锌蒙脱石和绿脱石组成的组中的一种或多种材料。
根据本发明，期望地，粘合剂包含选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和甲基纤维素组成的组中的一种或多种材料。
根据本发明，期望地，吸声且耐火的隔热板进一步包含每100重量份的膨胀石墨和溶胀性粘土为10至200重量份的阻燃组合物，并且该阻燃组合物包含选自由硅溶胶和除去了碱金属碳酸盐的水玻璃组成的组中的一种或多种材料。
根据本发明，期望地，溶胀性粘土是具有布置在层间的水分子和交换性阳离子的层状粘土。
根据本发明，期望地，溶胀性粘土是具有以与有机物质部分交换来形成粘土-有机复合物的方式布置在层间的水分子的层状粘土。
根据本发明，期望地，吸声且耐火的隔热板具有5至50mm的厚度。
根据本发明，期望地，吸声且耐火的隔热板的导热率为0.1至0.3W/mK的范围。
根据本发明，期望地，吸声且耐火的隔热板的表观密度为0.1至0.5g/cm3的范围。
为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种用于制造轻量的吸声且耐火的隔热板的方法，该方法包括以下步骤：通过酸和热处理膨胀石墨以制造膨胀石墨；将粘土粉碎成圆形形状，经由将粘土加热至400至600℃的温度将层之间的距离溶胀多至20至50倍，以及膨胀粘土以制造溶胀性粘土；以及将膨胀石墨与粘合剂和溶胀性粘土混合，其中，溶胀性粘土由在层间包含水分子的蜂窝形层状粘土形成并具有50至200μm的范围的粒径。
根据本发明，期望地，膨胀石墨以每100重量份的溶胀性粘土为10至100重量份的量存在，以及粘合剂以每100重量份的溶胀性粘土和膨胀石墨为30至200重量份的量存在。
根据本发明，期望地，粘合剂包含选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和甲基纤维素组成的组中的中一种或多种材料。
根据本发明，期望地，吸声且耐火的隔热板的导热率为0.1至0.3W/mK的范围。
根据本发明，期望地，吸声且耐火的隔热板的表观密度为0.1至0.5g/cm3的范围。
根据本发明，期望地，方法进一步包括混合每100重量份的膨胀石墨和溶胀性粘土为10至200重量份的阻燃组合物的步骤，并且该阻燃组合物包含选自由硅溶胶和除去了碱金属碳酸盐的水玻璃组成的组中的一种或多种材料。
根据本发明，期望地，方法进一步包括混合每100重量份的膨胀石墨和溶胀性粘土为10至100重量份的选自由水和乙醇组成的组中的一种或多种材料的步骤。
根据本发明，期望地，溶胀性粘土是具有布置在层间的水分子和交换性阳离子的层状粘土。
根据本发明，期望地，溶胀性粘土是具有以与有机物质部分交换来形成粘土-有机复合物的方式布置在层间的水分子的层状粘土。
根据本发明，期望地，溶胀性粘土包含选自由膨润土、蛭石、蒙脱石、绿泥石、海泡石、凹凸棒石、皂石、锂蒙脱石、贝得石、埃洛石、锌蒙脱石和绿脱石组成的组中的一种或多种材料。
发明效果
根据本发明的轻量的吸声耐火隔热材料，由于使用膨胀石墨和溶胀性粘土，因此不仅轻量而且吸声性能优异，并且耐火性及阻燃性优异，且在没有任何烧结的情况下制造，从而提供了简单的制造过程并降低了生产成本。
根据本发明制造的轻量的吸声耐火隔热材料，表现出优异的隔音及隔热性质，并且与现有的隔热材料不同，其是不燃的，从而在着火时不生成毒气。
另外，根据本发明制造的轻量的吸声耐火隔热材料，由具有不易被火烧的阻燃性且对人体无害的无机物类原料形成，并且原料低廉，因此制造费用低，从而能够大量生产。
附图说明
图1a至1c是通过扫描电子显微镜SEM拍摄的照片，其示出了根据本发明的第一实施方式的对轻量的吸声且耐火的隔热板进行热处理之前的膨胀石墨。
图2a至2c是通过SEM拍摄的照片，其示出了根据本发明的第一实施方式的对轻量的吸声且耐火的隔热板进行热处理之后的膨胀石墨。
图3是示出了根据本发明的第一实施方式的热处理之后的膨胀石墨的元素的分析结果的表格。
图4a至4e是示出了根据本发明的第一实施方式的轻量的吸声且耐火的隔热板的照片；以及
图5a和5b是示出了根据本发明的第一实施方式的轻量的吸声且耐火的隔热板的吸声测试数据的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地给出根据本发明的轻量的吸声且耐火的隔热板的解释。
然而，本发明的具体示例性的实施方式不是将本发明限制在具体的实施方式内，且应理解本发明覆盖在本发明的想法和技术范围内的所有变体、等价物和替换物。
传统的吸声或隔热板具有至少一个或多个缺陷，如重量重、易着火、严重伤害人体和不良的吸声效果，但是为了解决上述问题，本发明提供了具有优异的轻量、吸声和隔热性质的隔热板。
为了改善隔热板的轻量、隔热和吸声，根据本发明的隔热板的主要材料是膨胀石墨和溶胀性粘土。
根据本发明的一个优选的实施方式，轻量的吸声且耐火的隔热板包含：具有选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和甲基纤维素组成的组中的一种或多种材料的粘合剂；膨胀石墨；和溶胀性粘土，其中，膨胀石墨以每100重量份的溶胀性粘土为10至100重量份的量存在，粘合剂以每100重量份的溶胀性粘土和热处理的膨胀石墨为30至200重量份的量存在，并且吸声且耐火的隔热板具有5至50mm的厚度。溶胀性粘土具有通过在约400℃至600℃的温度下加热粘土从而溶胀层之间的距离的蜂窝形层状结构，并具有50μm至200μm的范围的粒径。
根据本发明，首先用水清洁可膨胀的石墨，然后使其经受硫酸处理，因此进行第一次膨胀，接下来，用纯净水清洁膨胀石墨，然后向石墨施加热，因此进行第二次膨胀，使得初始石墨通过硫酸和热处理膨胀数十至数百倍，这称为膨胀石墨。
在制造石墨的一般方法中，将粉碎来自天然矿的提取石墨并向其供应水。使用类似于硫酸的强酸进行第一次膨胀过程以使石墨成为膨胀的石墨。然后，通过在高温下和碱性状态中烧结膨胀的石墨，清洁烧结的石墨以产生具有99.5％纯度的石墨，以及通过预加热膨胀清洁的石墨进行制造膨胀石墨的第二次膨胀。
膨胀石墨是阻燃材料，并且在这种情况下，膨胀碳层充当绝缘层以防止热量传输。可以将膨胀石墨应用为非卤素类的低烟密度的环境友好阻燃材料。如果膨胀石墨是通过热处理膨胀的，则其在相对于形成层的表面的垂直方向上具有优异的绝缘性质。
有利地，膨胀石墨不具有毒性和卤素，其是轻量的且可溶于水，且不生成有毒气体。
另一方面，溶胀性粘土用于在模制期间向粘土体施加塑性以保持充分的模制强度。添加溶胀性粘土使能够改善塑性并进一步使制造的隔热板轻量。
溶胀性粘土具有含有微小颗粒的层状粘土，其中通过弱的范德瓦尔斯力(van derWaals forces)保持粘土晶体。溶胀性粘土通常良好地将水吸附其上，并当通过蒸发吸附其上的水收缩时形成孔。
通过将粘土粉碎成圆形形状，经由将粘土加热至约400℃至600℃的温度将层之间的距离溶胀多至20倍至50倍来膨胀粘土，并且将膨胀的粘土粉碎至50μm至200μm的范围的粒径制造溶胀性粘土。在粉碎、加热、膨胀和粉碎过程之后的溶胀性粘土具有为蜂窝形状的层状结构。在溶胀性粘土通过吸附水膨胀时，提供了其中水分子布置在层间的层状粘土，提供了其中水分子和交换性阳离子(通常地，Na+、Li+等作为碱离子)布置在层间的层状粘土，以及提供了其中布置在层间的水分子与有机物质部分交换以形成粘土-有机复合物的层状粘土。如果溶胀性粘土具有蜂窝形层状结构，则隔热板可以通过形成在相应的层上的蜂窝改善吸声能力。
根据具有布置在层间的水分子和交换性阳离子的溶胀性粘土，基本上，水分子配位交换性阳离子，并且氢键规则地排列在水分子之间以及水分子和底表面的氧之间。另一方面，层间水的量，即水分子数根据周围湿度和布置在层间的交换性阳离子的种类逐步改变，并且因此，层间距离因此改变。根据其固有的阳离子交换性质，具有交换性阳离子的溶胀性粘土具有与在层间具有不同的阳离子的无机集群阳离子或具有阳离子表面电荷的胶体颗粒的表面置换反应，从而形成所谓的交联粘土。交联粘土具有以用作交联键的方式存在于层间的无机氧化物，因此在其中形成稳定的孔。
根据具有以与有机物质部分交换以形成粘土-有机复合物的方式布置在层间的水分子的溶胀性粘土，水分子具有与布置在层间的交换性阳离子和有机阳离子的离子交换反应，或水分子将极性有机分子吸附其上，因此混合层间的有机物质。例如，类似于乙二醇和甘油的中性分子或类似于烷基铵基的有机阳离子混合在层间中。
溶胀性粘土包含选自由膨润土(bentonite)、蛭石(vermiculite)、蒙脱石(montmorillonite)、绿泥石(chlorite)、海泡石(sepiolite)、凹凸棒石(attapulgite)、皂石(saponite)、锂蒙脱石(hectorite)、贝得石(beidellite)、埃洛石(halloysite)、锌蒙脱石(sauconite)和绿脱石(nontronite)组成的组中的一种或多种材料。
在它们中，膨润土具有强结合力、良好的溶胀性质和高阳离子可交换性。
在它们中，蒙脱石通过层间离子的水合反应在水溶液中具有特殊的溶胀性质。蒙脱石具有高的阳离子可交换性，从而使得其通过水溶液中的溶胀容易发生晶格脱落。在具有Na+或Li+作为交换性阳离子的蒙脱石的情况下，在水中测量到40至140A的层间距离，以及因此，粘土在水中将水吸附至层间并因此溶胀。
在它们中，埃洛石在湿润的状态中具有布置在层间的水分子，但是不包含交换性阳离子。如果干燥埃洛石的层间水，则其可以容易地脱水，且层间距离从10降低至7.4-7.5A的范围。
溶胀性粘土用于提供良好的塑性和轻量性，并进一步用作阻水材料(或防水材料)以防止水穿过根据本发明的隔热板。
上述的吸声和耐受的隔热板具有0.1至0.3W/mK的范围的导热率。
上述的吸声且耐火的隔热板具有0.1至0.5g/cm3的范围的表观密度。
导热率是在25℃下测量的值。如果吸声且耐火的隔热板的导热率低于0.1W/mK，则改善了绝缘性质，但是吸声性质降低。相反，如果其导热率高于0.3W/mK，则绝缘性质变差。
进一步地，考虑到最佳的吸声和绝缘性质，根据KS M 6962中规定的方法测量的表观密度在0.1至0.5g/cm3的范围。如果表观密度低于0.1g/cm3，则由于过度轻量可以检查到吸声性质的急剧变差，并且相反，如果表观密度高于0.5g/cm3，则可以检查到吸声性质改善，但是隔热板的重量变重。
根据本发明，进一步地，轻量的吸声且耐火的隔热板包含选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和甲基纤维素组成的组中的一种或多种材料。向膨胀石墨和溶胀性粘土颗粒之间的空间施加粘附力的选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和甲基纤维素组成的组中的一种或多种材料构成粘合剂在模制时保持了隔热板的强度以改善其施工能力，并且增加了隔热板的弹性。具有选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和甲基纤维素组成的组中的一种或多种材料的粘合剂以每100重量份的溶胀性粘土和热处理的膨胀石墨为30至200重量份的量存在。
根据本发明，进一步地，轻量的吸声且耐火的隔热板包含硅溶胶和除去了如Na的碱金属碳酸盐的水玻璃中的任何玻璃组分以改善阻燃性能。存在用于制造除去了如Na的碱金属碳酸盐的水玻璃的多种方法。例如，混合SiO2和Na2CO3并使其彼此熔融，然后骤冷以产生水玻璃。之后，将水玻璃吸附至树脂以除去碱金属碳酸盐(例如Na)。硅溶胶是指胶体状态的颗粒，其中，将水或乙醇作为分散介质添加到水玻璃中以通过将硅酸(SiO2,nH2O)颗粒分散到分散介质中来增加流动性。
如果另外包含增加颗粒的流动性的硅溶胶和除去了碱金属碳酸盐的水玻璃中的任何玻璃组分，则可以改善膨胀石墨的阻燃性，从而提供了用于隔热板的良好的阻燃性能。硅溶胶和除去了碱金属碳酸盐的水玻璃的任何玻璃组分以每100重量份的溶胀性粘土为10至200重量份的量存在。
现在，将详细地给出根据本发明的用于制造轻量的吸声且耐火的隔热板的方法的解释。
将膨胀石墨插入到如电炉的熔炉中，然后使其经受热处理。通过化学品(例如硫化合物、氮化合物等)确定膨胀石墨的膨胀起始温度，以及期望地，在500℃至900℃范围内的低温下执行热处理10秒至12小时。在热处理期间，期望地，熔炉的内部压力保持恒定。
期望地在500℃至900℃范围内的温度下执行热处理。如果热处理的温度低于500℃，则膨胀石墨经受不完全的热处理，从而提供了根据本发明的隔热板的不良性能。相反，如果热处理的温度高于900℃，则能量消耗增加而不能提供经济上的节约。
期望地在1至50℃/min的加热速率下执行热处理的温度的升高。如果加热速率太慢，则热处理时间延长而降低其生产力，但是如果加热速率太快，则由于急剧的温度升高而施加热应力。因此，期望地在上述范围内的加热速率下升高热处理的温度。
进一步地，期望执行热处理10秒至12小时。如果热处理时间太长超过12小时，则能量消耗增加而不能提供经济上的节约并难以进一步预期热处理效果。相反，如果热处理时间太短低于10秒，则膨胀石墨由于不完全的热处理而不能充分膨胀。进一步地，期望在氧化气氛(例如空气或氧气氛)下执行热处理。
热处理之后，降低熔炉的温度以从熔炉中卸除热处理的膨胀石墨。通过切断其电力自然冷却熔炉，或设定给定温度下降速率(例如10℃/min)以使熔炉冷却。甚至在熔炉的温度降低期间，期望地，保持熔炉的内部压力恒定。
作为起始材料将具有选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和甲基纤维素组成的组中的一种或多种材料的粘合剂、热处理的膨胀石墨和溶胀性粘土彼此混合，以形成用于吸声且耐火的隔热板的组合物。期望地热处理的膨胀石墨以每100重量份的溶胀性粘土为10至100重量份的量存在。选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和甲基纤维素组成的组中的一种或多种材料以每100重量份的溶胀性粘土和热处理的膨胀石墨为30至200重量份的量存在。
当混合起始材料以形成用于吸声且耐火的隔热板的组合物时，将选自由水和乙醇组成的组中的一种或多种材料进一步添加到混合物中，且选自由水和乙醇组成的组中的一种或多种材料以每100重量份的热处理的膨胀石墨和溶胀性粘土为10至100重量份的量存在。此外，当混合起始材料以形成用于吸声且耐火的隔热板的组合物时，将选自由硅溶胶和除去了碱金属碳酸盐的水玻璃组成的组中的一种或多种材料进一步添加到混合物中，并且它们以每100重量份的热处理的膨胀石墨和溶胀性粘土为10至200重量份的量存在。如果添加选自由硅溶胶和除去了碱金属碳酸盐的水玻璃组成的组中的一种或多种材料，则可以改善膨胀石墨的阻燃性以提供用于隔热板的良好的阻燃性和进一步防止膨胀石墨被氧化以改善耐火性和耐热性。存在用于制造除去了碱金属碳酸盐的水玻璃的多种方法。例如，混合SiO2和Na2CO3并使其彼此熔融，然后骤冷以产生水玻璃。之后，将水玻璃吸附至树脂以除去碱金属碳酸盐(例如Na)。硅溶胶是指由作为分散介质的水分散二氧化硅(SiO2,nH2O)的微小颗粒的胶体。
接下来，模制用于吸声且耐火的隔热板的组合物以形成轻量的吸声且耐火的隔热板。将用于吸声且耐火的隔热板的组合物注射到模具中以形成期望形状的隔热板，该用于吸声且耐火的隔热板的组合物包含选自由聚乙烯醇、聚乙二醇、和甲基纤维素组成的组中的一种或多种材料、膨胀石墨和溶胀性粘土。模制体期望地具有厚度为5至50mm的板形状。可以通过多种方式进行模制。例如，可以将模制体形成为平板形状，并通过在给定的压力(例如1至10吨)下单轴挤压或双轴挤压或通过挤出机进行模制。
之后，干燥模制品。期望地在水的沸点或更低的温度下，例如在40℃至100℃的范围内的温度下进行干燥。如果干燥温度低于40℃，则干燥不充分，并且相反，如果干燥温度高于100℃，则要求的装置的成本和能量消耗成本过度升高从而造成了隔热板的制造成本的增加。在干燥期间，硅溶胶变为硅胶，然后变为二氧化硅。在干燥期间，进一步地，从除去了碱金属碳酸盐的水玻璃中除去水组分，从而保留玻璃组分。
根据本发明的轻量的吸声且耐火的隔热板具有大于0.5的NRC(噪声降低系数，Noise Reduction Coefficient)，因此适用于多种领域，并且因此，与由混凝土材料和玻璃纤维材料制成的现有的吸声隔热板相比，根据本发明的隔热板可以在构造过程中提供更好的便利性。
进一步地，根据本发明的轻量的吸声且耐火的隔热板比现有的吸声隔热板更轻量，从而减少多种类型的结构的负荷。
此外，根据本发明的轻量的吸声且耐火的隔热板具有优异的阻燃性，从而当与由如发泡聚苯乙烯、木材等的易燃材料制成的现有的吸声隔热板相比时，在耐火方面提供更优异的稳定性。
在下文中，将详细地描述本发明的多个优选的实施方式，当然本发明不受优选的实施方式的限制。
<第一实施方式>
在600℃的温度下执行热处理1小时。在50℃/min的加热速率下执行热处理的温度的升高，并在空气气氛下执行热处理。热处理之后，自然地降低熔炉的温度。
通过将粘土粉碎至圆形形状，经由将粘土加热至约400℃至600℃的温度将层之间的距离溶胀多至20倍至50倍来膨胀粘土，并且将膨胀的粘土粉碎为50μm至200μm范围内的粒径来制造溶胀性粘土。粉碎、加热、膨胀和粉碎过程之后的溶胀性粘土具有为蜂窝形状的层状结构。
作为起始材料将作为粘合剂的聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、和溶胀性粘土、膨润土彼此混合，以形成用于轻量的吸声且耐火的隔热板的组合物。以9:1的重量比混合膨润土和热处理的膨胀石墨，并混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为30至143重量份的聚乙烯醇。
模制用于吸声且耐火的隔热板的组合物以形成吸声且耐火的隔热板。将用于吸声且耐火的隔热板的包含聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨和膨润土的组合物注射到模具中，然后在约3吨(ton)下使其经受单轴挤压以形成隔热板。将模制的隔热板剪切为4mm、10mm和15mm的厚度。
然后干燥模制的隔热板以形成具有优异的轻量性、耐火性、吸声和隔热性能的吸声且耐火的隔热板。在70℃的温度下进行干燥24小时。
图1a至1c是通过扫描电子显微镜SEM拍摄的照片，其示出了根据本发明的第一实施方式的热处理之前的膨胀石墨，图2a至2c是通过SEM拍摄的照片，其示出了根据本发明的第一实施方式的热处理之后的膨胀石墨。并且图3是示出了根据本发明的第一实施方式的热处理之后的膨胀石墨的元素的分析结果的表格。
参考图1a至3，可以理解膨胀石墨在热处理之后膨胀并包含碳(C)作为主要元素，且氧(O)、硫(S)和铁(Fe)作为其他元素。由于硫元素包含在膨胀石墨中，因此，可以理解硫化合物(例如含硫酸)夹入膨胀石墨的层间。
图4a至4e是示出了根据本发明的第一实施方式的轻量的吸声且耐火的隔热板的照片。图4a示出了包含每100重量份的膨润土(膨润性粘土)和热处理的膨胀石墨为143重量份的聚乙烯醇，同时具有15mm厚度的隔热板，以及图4b示出了包含每100重量份的膨润土(膨润性粘土)和热处理的膨胀石墨为84重量份的聚乙烯醇，同时具有4mm厚度的隔热板。进一步地，图4c示出了包含每100重量份的膨润土(膨润性粘土)和热处理的膨胀石墨为88重量份的聚乙烯醇，同时具有4mm厚度的隔热板。以及图4d示出了包含每100重量份的膨润土(膨润性粘土)和热处理的膨胀石墨为54重量份的聚乙烯醇，同时具有10mm厚度的隔热板。此外，图4e示出了包含每100重量份的膨润土(膨润性粘土)和热处理的膨胀石墨为71重量份的聚乙烯醇，同时具有10mm厚度的隔热板。
参考图4a至4e，如果隔热板具有4mm的厚度，则出现破裂，并且如果隔热板具有大于10mm的厚度，则出现部分破裂。
图5a和5b是示出了根据本发明的吸声且耐火的隔热板在高频下的吸声效果的测试数据的曲线图。可以理解根据本发明的第一实施方式的吸声且耐火的隔热板的吸声效果是显著优异的。
<第二实施方式>
经由如第一实施方式的方法制造膨胀石墨。
经由如第一实施方式的方法制造作为溶胀性粘土的膨润土。
作为起始材料将聚乙烯醇(粘合剂)、热处理的膨胀石墨、和溶胀性粘土、膨润土(溶胀性粘土)彼此混合，以形成用于轻量的吸声且耐火的隔热板的组合物。以8:2和7:3的重量比混合膨润土和热处理的膨胀石墨，并对于膨润土和热处理的膨胀石墨的整体含量100重量份混合为预重量份的聚乙烯醇。
模制用于吸声且耐火的隔热板的组合物以形成吸声且耐火的隔热板。将用于吸声且耐火的隔热板的包含聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨和膨润土的组合物注射到模具中，然后在约3吨(ton)下使其经受单轴挤压以形成隔热板。将模制的隔热板剪切为10mm的厚度。然后干燥模制的隔热板以形成具有优异的轻量性、耐火性、吸声和绝缘性质的吸声且耐火的隔热板。在70℃的温度下进行干燥24小时。根据本发明的第二实施方式的吸声且耐火的隔热板没有任何破裂并进一步具有非常优异的吸声性质。
<第三实施方式>
经由如第一实施方式的方法制造膨胀石墨和作为溶胀性粘土的膨润土。
作为起始材料将聚乙烯醇(粘合剂)、热处理的膨胀石墨、作为溶胀性粘土的膨润土和硅溶胶彼此混合，以形成用于吸声且耐火的隔热板的组合物。以7:3的重量比混合膨润土和热处理的膨胀石墨，并对于膨润土和热处理的膨胀石墨的整体含量100重量份混合为预重量份的聚乙烯醇。进一步地，混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为100重量份的硅溶胶。
模制用于吸声且耐火的隔热板的组合物以形成吸声且耐火的隔热板。将用于吸声且耐火的隔热板的包含聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、膨润土和硅溶胶的组合物注射到模具中，然后在约4.5吨(ton)下使其经受双轴挤压以形成隔热板。将隔热板剪切为10mm的厚度。
然后干燥模制的隔热板以形成轻量的吸声且耐火的隔热板。在70℃的温度下进行干燥24小时。
根据本发明的第三实施方式的吸声且耐火的隔热板没有任何破裂并进一步具有非常优异的吸声性质。
<第四实施方式>
经由如第一实施方式的方法制造膨胀石墨和作为溶胀性粘土的膨润土。
作为起始材料将聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、作为溶胀性粘土的膨润土和水彼此混合，以形成用于吸声且耐火的隔热板的组合物。以5:5的重量比混合膨润土和热处理的膨胀石墨，并混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为38重量份的聚乙烯醇和为63重量份的聚乙烯醇。进一步地，混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为75重量份的水。
模制用于吸声且耐火的隔热板的组合物以形成吸声且耐火的隔热板。将用于吸声且耐火的隔热板的包含聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、膨润土和水的组合物注射到模具中，然后在约5吨(ton)下使其经受单轴挤压以形成隔热板。将隔热板剪切为10mm的厚度。
然后干燥模制的隔热板以形成轻量的吸声且耐火的隔热板。在70℃的温度下进行干燥24小时。
根据本发明的第四实施方式的吸声且耐火的隔热板具有类似于粘土的彼此粘附的小颗粒，并进一步具有比根据本发明的第一至第三实施方式的吸声且耐火的隔热板更优异的强度和吸声性质。
<第五实施方式>
通过第一实施方式制造膨胀石墨和作为溶胀性粘土的膨润土。
作为起始材料将聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、作为溶胀性粘土的膨润土和乙醇彼此混合，以形成用于吸声且耐火的隔热板的组合物。以5:5的重量比混合膨润土和热处理的膨胀石墨，并混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为38重量份的聚乙烯醇和为63重量份的聚乙烯醇。进一步地，混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为75重量份的乙醇。
模制用于吸声且耐火的隔热板的组合物以形成吸声且耐火的隔热板。将用于吸声且耐火的隔热板的包含聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、膨润土和乙醇的组合物注射到模具中，然后在约5吨(ton)下使其经受单轴挤压以形成隔热板。将隔热板剪切为10mm的厚度。然后干燥模制的隔热板以形成轻量的吸声且耐火的隔热板。在70℃的温度下进行干燥24小时。
根据本发明的第五实施方式的吸声且耐火的隔热板具有优异的模制性质，但是具有低于根据本发明的第四实施方式的强度。
<第六实施方式>
经由如第一实施方式的方法制造膨胀石墨和作为溶胀性粘土的膨润土。
作为起始材料将聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、作为溶胀性粘土的膨润土和硅溶胶彼此混合，以形成用于吸声且耐火的隔热板的组合物。以5:5的重量比混合膨润土和热处理的膨胀石墨，并混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为38重量份的聚乙烯醇。进一步地，混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为75重量份的硅溶胶。
模制用于吸声且耐火的隔热板的组合物以形成吸声且耐火的隔热板。将用于吸声且耐火的隔热板的包含聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、膨润土和硅溶胶的组合物注射到模具中，然后在约5吨(ton)下使其经受单轴挤压以形成隔热板。将隔热板剪切为10mm的厚度。
然后干燥模制的隔热板以形成轻量的吸声且耐火的隔热板。在70℃的温度下进行干燥24小时。
根据本发明的第六实施方式的吸声且耐火的隔热板具有比根据本发明的第五实施方式的那些更差的模制性质，但是具有高于根据本发明的第五实施方式的那些的强度。
<第七实施方式>
经由如第一实施方式的方法制造膨胀石墨和作为溶胀性粘土的膨润土。
作为起始材料将聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、作为溶胀性粘土的膨润土、水、乙醇和硅溶胶彼此混合，以形成用于吸声且耐火的隔热板的组合物。
以5:5的重量比混合膨润土和热处理的膨胀石墨，并混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为63重量份的聚乙烯醇。进一步地，混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为38重量份的水，混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为50重量份的乙醇，以及混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为75重量份的硅溶胶。
模制用于吸声且耐火的隔热板的组合物以形成吸声且耐火的隔热板。将用于吸声且耐火的隔热板的包含聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、膨润土、水、乙醇和硅溶胶的组合物注射到模具中，然后在约5吨(ton)下使其经受单轴挤压以形成隔热板。将隔热板剪切为10mm的厚度。
然后干燥模制的隔热板以形成轻量的吸声且耐火的隔热板。在70℃的温度下进行干燥24小时。
根据本发明的第七实施方式的吸声且耐火的隔热板具有优异的模制性质，并具有高于根据本发明的第五实施方式的强度。
<第八实施方式>
经由如第一实施方式的方法制造膨胀石墨和作为溶胀性粘土的膨润土。
作为起始材料将聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、作为溶胀性粘土的膨润土、水和硅溶胶彼此混合，以形成用于吸声且耐火的隔热板的组合物。以5:5的重量比混合膨润土和热处理的膨胀石墨，并混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为50重量份的聚乙烯醇。进一步地，混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为30重量份的水，以及混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为30重量份的硅溶胶。
模制用于吸声且耐火的隔热板的组合物以形成吸声且耐火的隔热板。将用于吸声且耐火的隔热板的包含聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、膨润土、水和硅溶胶的组合物注射到模具中，然后在约6吨(ton)下使其经受单轴挤压以形成隔热板。将隔热板剪切为10mm的厚度。
然后干燥模制的隔热板以形成轻量的吸声且耐火的隔热板。在70℃的温度下进行干燥24小时。
根据本发明的第八实施方式的吸声且耐火的隔热板具有优异的模制性质。
<第九实施方式>
经由如第一实施方式的方法制造膨胀石墨和作为溶胀性粘土的膨润土。
作为起始材料将聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、作为溶胀性粘土的膨润土、水和硅溶胶彼此混合，以形成用于吸声且耐火的隔热板的组合物。以5:5的重量比混合膨润土和热处理的膨胀石墨，并混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为50重量份的聚乙烯醇。进一步地，混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为10重量份的水，以及混合每100重量份的膨润土和热处理的膨胀石墨为30重量份的硅溶胶。
模制用于吸声且耐火的隔热板的组合物以形成吸声且耐火的隔热板。将用于吸声且耐火的隔热板的包含聚乙烯醇、热处理的膨胀石墨、膨润土、水和硅溶胶的组合物注射到模具中，然后在约6吨(ton)下使其经受单轴挤压以形成隔热板。将隔热板剪切为10mm的厚度。
然后干燥模制的隔热板以形成轻量的吸声且耐火的隔热板。在70℃的温度下进行干燥24小时。
根据本发明的第九实施方式的吸声且耐火的隔热板具有优异的模制性质。
<测试实施例>
通过以下所描述的方法测量根据本发明的第一至第九实施方式的轻量的吸声且耐火的隔热板的导热率和表观密度，且测量结果列于表1中。
通过热流计(HFM436Lambda,Netzsch)使用热流动方法(ASTM C 518)测量导热率。
通过K S M 6962标准测量表观密度。
表1
[表1]
导热率(W/mK) 表观密度(g/cm3)
第一实施方式 0.12 0.15
第二实施方式 0.2 0.4
第三实施方式 0.18 0.33
第四实施方式 0.1 0.27
第五实施方式 0.28 0.21
第六实施方式 0.3 0.15
第七实施方式 0.17 0.48
第八实施方式 0.24 0.35
第九实施方式 0.22 0.5
从表1得出，根据本发明的第一至第九实施方式的轻量的吸声且耐火的隔热板的导热率在0.1至0.3W/mK的范围内，以及其表观密度在0.1至0.5g/cm3的范围内，从而使得它们具有作为隔热板的适当的物理性质。
进一步地，在800至5000Hz的高频范围内测量根据本发明的第一实施方式的轻量的吸声且耐火的隔热板的吸声系数之后，发现吸声系数在0.22至0.46的范围内，从而使得根据本发明的隔热板提供了优异的吸声性质(参见图5a)。
比较除了使用一般的石墨和溶胀性粘土外以同本发明的第一实施方式相同的条件制造的隔热板(13A)与除了使用膨胀石墨和一般的粘土外以同本发明的第一实施方式相同的条件制造的隔热板(13B)以测量它们的吸声系数，从而发现根据本发明的第一实施方式的轻量的吸声且耐火的隔热板具有最优异的吸声性质(图5b)。
根据第二至第九实施方式制造的轻量的吸声且耐火隔热板具有吸声性质(0.25～0.43)，这几乎与相同条件下的第一实施方式的图5a类似。
将蛭石代替膨润土用作溶胀性粘土，以与第一至第九实施方式相同的条件制造的轻量的吸声且耐火的隔热板具有表1所示的范围内的导热率和表观密度，且具有吸声性质(0.26～0.40)，这与相同条件下的第一实施方式的图5a几乎类似。
将选自蒙脱石、绿泥石、海泡石、凹凸棒石、皂石、锂蒙脱石、贝得石、3/4≤埃洛石、锌蒙脱石和绿脱石中的任一种代替膨润土用作溶胀性粘土，以与第一至第九实施方式相同的条件制造的轻量的吸声且耐火的隔热板具有如表1所示的范围内的导热率和表观密度，并具有吸声性质(0.26～0.40)，这与相同条件下的第一实施方式的图5a几乎类似。
虽然已经参考特定的说明性实施方式描述了本发明，但是其不受实施方式而是受所附权利要求的限制。应理解本领域技术人员在没有背离本发明的范围和精神的情况下可以改变或修改实施方式。

Claims (21)

1.一种轻量的吸声且耐火的隔热板，包含：
粘合剂；
膨胀石墨；和
溶胀性粘土，
其中，所述溶胀性粘土由在层间包含水分子的蜂窝形层状粘土形成并具有50至200μm范围内的粒径，并且其中，粘土层之间的距离溶胀多至20倍至50倍。
2.根据权利要求1所述的轻量的吸声且耐火的隔热板，其中，所述膨胀石墨以每100重量份的所述溶胀性粘土为10至100重量份的量存在。
3.根据权利要求1所述的轻量的吸声且耐火的隔热板，其中，所述粘合剂以每100重量份的所述溶胀性粘土和所述膨胀石墨为30至200重量份的量存在。
4.根据权利要求1所述的轻量的吸声且耐火的隔热板，其中，所述溶胀性粘土包含选自由膨润土、蛭石、蒙脱石、绿泥石、海泡石、凹凸棒石、皂石、锂蒙脱石、贝得石、埃洛石、锌蒙脱石和绿脱石组成的组中的一种或多种材料。
5.根据权利要求1所述的轻量的吸声且耐火的隔热板，其中，所述粘合剂包含选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和甲基纤维素组成的组中的一种或多种材料。
6.根据权利要求1所述的轻量的吸声且耐火的隔热板，进一步包含每100重量份的所述膨胀石墨和所述溶胀性粘土为10至200重量份的阻燃组合物，所述阻燃组合物包含选自由硅溶胶和除去了碱金属碳酸盐的水玻璃组成的组中的一种或多种材料。
7.根据权利要求1所述的轻量的吸声且耐火的隔热板，其中，所述溶胀性粘土是具有布置在层间的水分子和交换性阳离子的层状粘土。
8.根据权利要求1所述的轻量的吸声且耐火的隔热板，其中，所述溶胀性粘土是具有以与有机物质部分交换来形成粘土-有机复合物的方式布置在层间的水分子的层状粘土。
9.根据权利要求1所述的轻量的吸声且耐火的隔热板，其中，所述轻量的吸声且耐火的隔热板具有5至50mm的厚度。
10.根据权利要求1所述的轻量的吸声且耐火的隔热板，其中，所述轻量的吸声且耐火的隔热板的导热率在0.1至0.3W/mK的范围内。
11.根据权利要求1所述的轻量的吸声且耐火的隔热板，其中，所述轻量的吸声且耐火的隔热板的表观密度在0.1至0.5g/cm3的范围内。
12.一种用于制造轻量的吸声且耐火的隔热板的方法，所述方法包括以下步骤：
在通过酸第一次膨胀石墨之后，通过经由热处理的第二次膨胀制造膨胀石墨；
通过将粘土粉碎成圆形形状，在400至600℃的温度下加热所述粘土，将粘土层之间的距离膨胀多至20倍至50倍，以及粉碎膨胀的粘土以具有50至200μm的范围的粒径来制造溶胀性粘土，以及
将所述膨胀石墨与粘合剂和所述溶胀性粘土混合，
其中，所述溶胀性粘土由在层间包含水分子的蜂窝形层状粘土形成。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述膨胀石墨以每100重量份的所述溶胀性粘土为10至100重量份的量存在，以及所述粘合剂以每100重量份的所述溶胀性粘土和所述膨胀石墨为30至200重量份的量存在。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述粘合剂包含选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和甲基纤维素组成的组中的一种或多种材料。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述吸声且耐火的隔热板的导热率在0.1至0.3W/mK的范围内。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述吸声且耐火的隔热板的表观密度在0.1至0.5g/cm3的范围内。
17.根据权利要求12所述的方法，进一步包括混合每100重量份的所述膨胀石墨和所述溶胀性粘土为10至200重量份的阻燃组合物的步骤，所述阻燃组合物包含选自由硅溶胶和除去了碱金属碳酸盐的水玻璃组成的组中的一种或多种材料。
18.根据权利要求12所述的方法，进一步包括混合每100重量份的所述膨胀石墨和所述溶胀性粘土为10至100重量份的选自由水和乙醇组成的组中的一种或多种材料的步骤。
19.根据权利要求12所述的方法，其中，所述溶胀性粘土是具有布置在层间的水分子和交换性阳离子的层状粘土。
20.根据权利要求12所述的方法，其中，所述溶胀性粘土是具有以与有机物质部分交换来形成粘土-有机复合物的方式布置在层间的水分子的层状粘土。
21.根据权利要求12所述的方法，其中，所述溶胀性粘土包含选自由膨润土、蛭石、蒙脱石、绿泥石、海泡石、凹凸棒石、皂石、锂蒙脱石、贝得石、埃洛石、锌蒙脱石和绿脱石组成的组中的一种或多种材料。
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