CN107253863B

CN107253863B - 一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料

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Publication number: CN107253863B
Application number: CN201710616822.6A
Authority: CN
Inventors: 肖家志; 张三华; 梁亚丽
Original assignee: Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co Ltd
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: CN107253863A

Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，主要涉及一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料。提出的一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料，由固态原料和液态原料组成；固态原料的质量百分比总量为100%，具体组成为：氧化硅微粉 1~85%；气相白炭黑 0~80%；耐火纤维 5~25%；发泡剂 2~20%；酸 0.1~10%；液态原料为硅溶胶和水，液态原料占固态原料总量的40~300%；其中硅溶胶为工业级硅溶胶，氧化硅的含量为28~30%。本发明达到了控制材料热导率的目的；延长了设备的使用寿命。

Description

一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，主要涉及一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料。

背景技术

轻质隔热材料由于其气孔率高、体积密度小、具有绝热性能，被普遍应用于各种工业窑炉内部耐火砖与钢壳之间的保温隔热衬体，获得良好的节能效果和高的能源利用率。常用的轻质隔热材料的体积密度为0.5～1.5g/cm³，对于体积密度小于0.5 g/cm³的超轻质隔热材料，适合采用以下几种方法制造：

1）填充物烧失法，将一些可燃物或易挥发物填充于料浆之中，利用高温下烧失掉填充物的方法，使材料具备多孔性。优点是：孔径尺寸和气孔率易控制。缺点是：强度偏低，气孔分布不均，且制作过程中会污染环境。

2）多孔材料法，利用本身中空的材料为骨料，制作轻质隔热材料。优点是：颗粒孔径均匀，大小易于控制。缺点是：高温强度偏低，用在浇注料中材料易于分层，收缩线变化大；用在耐火砖中需要二次烧成，成本高，且不利于搬运。

3）溶胶-凝胶法，把一些活性较高的化学物质均匀的混合到泥浆中，使之在泥浆中形成溶胶，通过缩聚反应，形成网络空间结构，最后干燥即可。优点是：孔径分布均匀，且多为微米以下的气孔，易于控制。缺点是：工艺复杂，成本高，气孔多为显气孔或贯通孔。

4）有机泡沫浸渍法，利用有机泡沫体的三维网状结构作骨架，使料浆均匀地涂覆在三维网状骨架上，干燥后烧成得到的一种网状多孔陶瓷。优点是：稳定性好，易于控制。缺点是：气孔多为贯通孔，使用范围窄，多用于过滤气体和杂质。

5）发泡法，主要分两种形式：①将起泡剂和稳定剂以一定的比例溶入到水中，再通过机械搅拌或吹气的方式得到泡沫，然后加入到泥浆中混合均匀，经成型、养护、干燥、烧成可得到轻质隔热材料。优点是：孔径大小易于控制，且多为闭气孔。缺点是：泡沫的稳定性差，干燥收缩线变化大，不易控制。②将发泡剂与耐火散料混合均匀，加入适量的液相，发泡剂与液相反应释放出气体，经一段时间的养护形成多孔的轻质隔热材料。优点是：孔径分布均匀，且多为闭气孔。缺点是：养护时间长，发泡的速度不易控制，导致材料的体积密度变化大。

6）采用耐火纤维及其制品，优点是：体积密度小，生产工艺简单，纤维的强度高，使用方便。缺点是：材料的成本高，且纤维易析晶，稳定性差。

轻质隔热材料想获得最佳的隔热效果，必须具备低的导率系数。因此要求轻质隔热材料必须具备的特征为：体积密度小，气孔的孔径小，气孔分布均匀且近似球形，最好是封闭气孔，具备较高的强度和使用温度，不开裂，稳定性好，能直接与火焰接触，满足金属、非金属及其制品的高温热处理工艺要求。由于轻质隔热材料属于多孔的材料，混合制作的过程中需要大量的液体参与，特别是对体积密度小的超轻质隔热材料，其干燥过程中极易开裂，所以一般采取超临界干燥工艺，但此工艺过程复杂，生产成本高，不利于大规模的生产和应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料，所述的轻质隔热材料由固态原料和液态原料组成；

固态原料的质量百分比总量为100%，具体组成如下：

氧化硅微粉 1~85%；

气相白炭黑 0~80%；

耐火纤维 5~25%；

发泡剂 2~20% ；

酸 0.1 ~10%；

液态原料为硅溶胶和水，所述的液态原料占固态原料总量的40~300%；其中硅溶胶为工业级硅溶胶，氧化硅的含量为28~30%。

所述的气相白炭黑属于亲水型的纳米级二氧化硅，粒度＜100nm。

所述的耐火纤维为石英纤维、硅酸铝纤维、多晶莫来石纤维、多晶氧化铝纤维中的一种。

所述的发泡剂为镁粉、铝粉、硅粉、锌粉中的一种或几种，粒度≤0.088mm。

所述的酸为固体磷酸二氢铝、草酸、柠檬酸中的一种。

本发明提出的一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料，以常温下易氧化生成惰性的氧化膜的金属或非金属单质为发泡剂，可以控制发泡剂发泡的大小和速度，进而影响轻质隔热材料的气孔形貌和体积密度，达到控制材料热导率的目的；不加有机结合剂，以无机结合剂和材料本身的无定形态为材料的结合剂，减少了材料在养护和干燥过程的收缩；在干燥的过程中，随着温度的上升，一部分水分迅速散失，一部分水分会继续与发泡剂反应，生成的气体填补了水分散失后留下的空挡，减小了材料的收缩，有效防止了因塌陷而引起材料的开裂；既可整体浇注又可局部涂抹及修补，适合成型形状复杂的墙体、衬体、热工设备及管道，不仅可以作为保温层，而且可以直接作用于工作衬，延长设备的使用寿命。

具体实施方式

结合具体实施例对本发明加以说明：

本发明以不同体积密度要求的轻质隔热材料为例，对一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料的应用效果加以说明。

实施例1

轻质隔热材料固态原料的组成及质量百分比为氧化硅微粉84%、硅酸铝纤维4%、铝粉3%、固体磷酸二氢铝9%，将按比例称重好的固态原料与硅溶胶50%一起混合搅拌，出现浆体后再搅拌1分钟即可浇注成型。需要在温度15℃和相对湿度40%的条件下养护1天，最后在100℃的温度下干燥即可制作完成体积密度为1.31g/cm³的含氧化硅微粉的轻质隔热材料。性能指标见表1。

实施例2

轻质隔热材料固态原料的组成及质量百分比为氧化硅微粉73%、硅酸铝纤维24.9%、铝粉2%、固体磷酸二氢铝0.1%，将按比例称重好的固态原料与硅溶胶2%和水40%一起混合搅拌，出现浆体后再搅拌3分钟即可浇注成型。需要在温度15℃和相对湿度40%的条件下养护1天，最后在100℃的温度下干燥即可制作完成体积密度为1.17g/cm³的含氧化硅微粉的轻质隔热材料。性能指标见表1。

实施例3

轻质隔热材料固态原料的组成及质量百分比为氧化硅微粉77%、硅酸铝纤维5%、铝粉15%、固体磷酸二氢铝3%，将按比例称重好的固态原料与硅溶胶20%和水25%一起混合搅拌，出现浆体后再搅拌3分钟即可浇注成型。需要在温度15℃和相对湿度40%的条件下养护1天，最后在100℃的温度下干燥即可制作完成体积密度为1.25g/cm³的含氧化硅微粉的轻质隔热材料。性能指标见表1。

实施例4

轻质隔热材料固态原料的组成及质量百分比为氧化硅微粉77%、硅酸铝纤维5%、铝粉15%、固体磷酸二氢铝3%，将按比例称重好的固态原料与硅溶胶20%和水25%一起混合搅拌，出现浆体后再搅拌3分钟即可浇注成型。需要在温度35℃和相对湿度100%的条件下养护1天，最后在100℃的温度下干燥即可制作完成体积密度为1.06g/cm³的含氧化硅微粉的轻质隔热材料。性能指标见表1。

实施例5

轻质隔热材料固态原料的组成及质量百分比为氧化硅微粉68%、气相白炭黑9%、硅酸铝纤维9%、铝粉10%、固体磷酸二氢铝4%，将按比例称重好的固态原料与硅溶胶30%和水30%一起混合搅拌，出现浆体后再搅拌3分钟即可浇注成型。然后在15℃的温度和40%的相对湿度条件下养护1天，最后在100℃的温度下干燥即可制作完成体积密度为1.03g/cm³的含氧化硅微粉的轻质隔热材料。性能指标见表1。

实施例6

轻质隔热材料固态原料的组成及质量百分比为氧化硅微粉10%、气相白炭黑65%、硅酸铝纤维13%、铝粉9%、草酸3%，将按比例称重好的固态原料与水210%一起混合搅拌，出现浆体后再搅拌1分钟即可浇注成型。然后在15℃的温度和40%的相对湿度条件下养护2天，最后在100℃的温度下干燥即可制作完成体积密度为0.44g/cm³的含氧化硅微粉的轻质隔热材料。性能指标见表1。

实施例7

轻质隔热材料固态原料的组成及质量百分比为氧化硅微粉5%、气相白炭黑70%、硅酸铝纤维15%、铝粉4%、镁粉1%、锌粉2%、草酸3%，将按比例称重好的固态原料与水240%一起混合搅拌，出现浆体后再搅拌0.5分钟即可浇注成型。然后在15℃的温度和40%的相对湿度条件下养护2天，最后在100℃的温度下干燥即可制作完成体积密度为0.31g/cm³的含氧化硅微粉的轻质隔热材料。性能指标见表1。

实施例8

轻质隔热材料固态原料的组成及质量百分比为氧化硅微粉5%、气相白炭黑70%、硅酸铝纤维15%、铝粉4%、镁粉3%、草酸3%，将按比例称重好的固态原料与硅溶胶30%和水240%一起混合搅拌，出现浆体后再搅拌0.5分钟即可浇注成型。然后在35℃的温度和100%的相对湿度条件下养护1天，最后在100℃的温度下干燥即可制作完成体积密度为0.20g/cm³的含氧化硅微粉的轻质隔热材料。性能指标见表1。

实施例9

轻质隔热材料固态原料的组成及质量百分比为氧化硅微粉1%、气相白炭黑79%、硅酸铝纤维8%、镁粉2%、草酸10%，将按比例称重好的固态原料与水300%一起混合搅拌，出现浆体后再搅拌0.5分钟即可浇注成型。需要在温度35℃和相对湿度100%的条件下养护2天，最后在100℃的温度下干燥即可制作完成体积密度为0.21g/cm³的含氧化硅微粉的轻质隔热材料。性能指标见表1。

实施例10

轻质隔热材料固态原料的组成及质量百分比为氧化硅微粉25%、气相白炭黑50%、硅酸铝纤维14.7%、硅粉10%、柠檬酸0.3%，将按比例称重好的固态原料与硅溶胶50%和水130%一起混合搅拌，出现浆体后再搅拌3分钟即可涂抹成型。然后在15℃的温度和40%的相对湿度条件下养护1天，最后在100℃的温度下干燥即可制作完成体积密度为0.72g/cm³的含氧化硅微粉的轻质隔热材料。性能指标见表1。

实施例11

轻质隔热材料固态原料的组成及质量百分比为氧化硅微粉5%、气相白炭黑70%、硅酸铝纤维19%、硅粉5%、柠檬酸1%，将按比例称重好的固态原料与硅溶胶20%和水240%一起混合搅拌，出现浆体后再搅拌1分钟即可涂抹成型。然后在35℃的温度和100%的相对湿度条件下养护1天，最后在100℃的温度下干燥即可制作完成体积密度为0.42g/cm³的含氧化硅微粉的轻质隔热材料。性能指标见表1。

实施例12

轻质隔热材料固态原料的组成及质量百分比为氧化硅微粉4%、气相白炭黑70%、硅酸铝纤维5.9%、硅粉20%、柠檬酸0.1%，将按比例称重好的固态原料与硅溶胶20%和水220%一起混合搅拌，出现浆体后再搅拌1分钟即可涂抹成型。然后在35℃的温度和100%的相对湿度条件下养护1天，最后在100℃的温度下干燥即可制作完成体积密度为0.49g/cm³的含氧化硅微粉的轻质隔热材料。性能指标见表1。

表1

注：*表示为热面温度，/代表没有检测。

Claims

1.一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料，其特征在于：所述的轻质隔热材料由固态原料和液态原料组成；

固态原料的质量百分比总量为100%，具体组成如下：

氧化硅微粉 1~85%；

气相白炭黑 0~80%；

耐火纤维 5~25%；

发泡剂 2~20% ；

固体磷酸二氢铝、草酸、柠檬酸中的一种 0.1 ~10%；

2.根据权利要求1所述的一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料，其特征在于：所述的气相白炭黑属于亲水型的纳米级二氧化硅，粒度＜100nm。

3.根据权利要求1所述的一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料，其特征在于：所述的耐火纤维为石英纤维、硅酸铝纤维、多晶莫来石纤维、多晶氧化铝纤维中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种含氧化硅微粉的轻质隔热材料，其特征是：所述的发泡剂为镁粉、铝粉、硅粉中的一种或几种，粒度≤0.088mm。