CN111609252B - 一种低导热率隔热材料及其制备方法 - Google Patents

一种低导热率隔热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种低导热率隔热材料及其制备方法，包括如下质量份数的原料：气相白炭黑：60‑70份；普通白炭黑：10‑20份；碳化硅：10‑15份；纤维：5‑10份。本申请采用气相白炭黑、普通白炭黑进行结合使用，使得可以发挥出气相白炭黑增稠性好，不易吸湿的特点，同时还能够发挥出普通白炭黑具有多羟基的特性，可以与纤维进行更好的复合，但是其低的含量又能把吸湿的特性抑制住；而碳化硅则是具有抗辐射和耐磨性能，碳化硅本身在隔热材料中作为中间物质，气相白炭黑和普通白炭黑以及纤维充填其中，使得能够在保证低的导热系数的前提之下，具有相对较高的强度。

Description

一种低导热率隔热材料及其制备方法
技术领域
本申请涉及一种低导热率隔热材料及其制备方法。
背景技术
随着工业领域节能降耗发展的必然趋势，在工业窑炉和高温设备上有针对性的采用低导热率耐火制品的趋势越来越明显，传统隔热耐火材料一般有陶瓷纤维板或硅酸钙板，由于其保温性能难以满足对隔热空间和厚度有严格要求的场所的隔热需要，即在保温厚度和保温能力之间无法达到协调，所以超低导热率的纳米级隔热板应运而生。现在的纳米隔热板材料成型工艺多为干法粉料压制成型，但是其制得的产品强度低，厚度偏差大，而且有些还会产生分层脱落的问题，使用中还存在破损率大、运输安装不便等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本申请一方面提出了一种低导热率隔热材料，包括如下质量份数的原料：气相白炭黑：60-70份；普通白炭黑：10-20份；碳化硅：10-15份；纤维：5-10份。本申请采用气相白炭黑、普通白炭黑进行结合使用，使得可以发挥出气相白炭黑增稠性好，不易吸湿的特点，同时还能够发挥出普通白炭黑具有多羟基的特性，可以与纤维进行更好的复合，但是其低的含量又能把吸湿的特性抑制住；而碳化硅则是具有抗辐射和耐磨性能，碳化硅本身在隔热材料中作为中间物质，气相白炭黑和普通白炭黑以及纤维充填其中，使得能够在保证低的导热系数的前提之下，具有相对较高的强度。本申请的普通白炭黑采用沉淀法制得。
优选的，所述气相白炭黑的采用四氯化硅热解气相沉积法生产得到。
优选的，所述热解气相沉积法采用如下方式获得：将四氯化硅先在精馏塔精馏，然后在蒸发器中进行加热蒸发，并以干燥后的空气为载体，送至合成水解炉，四氯化硅在1000-1800℃的高温下气化，并引入氢气和氧气，进行气相水解，生成气相二氧化硅，然后引入聚集器，聚集成较大颗粒，然后经旋风分离器收集，再送入脱酸炉，用含氨空气吹洗至pH值为4-6时，即为气相白炭黑。本申请的气相白炭黑采用经聚集之后的二氧化硅，既能利于收集，也可以得到粒度适于本申请的隔热材料的气相二氧化硅，不至于因为过小而在使用过程中，使得纤维发生团聚分布不均。
优选的，所述纤维为高强超细陶瓷纤维，所述高强超细陶瓷纤维的直径为600-800nm，长度10-30mm。
优选的，所述高强超细陶瓷纤维以正硅酸乙酯和添加硼酸作为稳定剂的次乙酸铝为原料，采用静电纺丝工艺制得。本申请的陶瓷纤维中引入可以与普通白炭黑进行一定程度亲和的正硅酸乙酯和硼酸，使得在与气相白炭黑均衡混合之后的纤维可以起到一定程度上促进普通白炭黑均布的目的，而碳化硅作为反射物质的同时，也是作为摩擦物质在进行二次混合之时进一步的促进均匀混合。
优选的，气相白炭黑粒径：10-40nm；普通白炭黑粒径：300nm以下；碳化硅：1400-1600目。
另一方面，本申请提出了一种低导热率隔热材料的制备方法，采用干法粉料压制成型工艺，干法粉料压制成型工艺的原料按照如下方式混合得到，首先将气相白炭黑与纤维进行一次混合，然后再加入普通白炭黑以及碳化硅进行二次混合得到干法粉料压制成型工艺的原料。本申请的合成方法是首先将气相白炭黑与纤维进行混合，这是利用气相白炭黑的疏水特性以及其粒度，使得可以实现纤维在气相白炭黑内的均布，然后再将普通白炭黑和碳化硅放入，普通白炭黑以纤维为基点，进行均布，碳化硅则是在进行二次混合之时进一步的促进均匀混合。
优选的，一次混合是在30-35r/s转数下搅拌10-15min，二次混合是在25-30r/s转数下搅拌10-15min。
优选的，将原料放入压机缓冲罐中进行静置5-6小时；
完成静置过程后，将物料充分均匀的布置在压机的模具中，以60-70Mpa的压力进行压制，同时保压20-30s，完成材料中的排气，压制形成隔热材料。
优选的，将隔热材料进行6面机械切割修整得到隔热板，然后在隔热板表面覆铝箔或玻璃纤维布进行真空密封定型；最后将真空定型的隔热板放入封包机内进行封包。
本申请能够带来如下有益效果：
1.本申请采用气相白炭黑、普通白炭黑进行结合使用，使得可以发挥出气相白炭黑增稠性好，不易吸湿的特点，同时还能够发挥出普通白炭黑具有多羟基的特性，可以与纤维进行更好的复合，但是其低的含量又能把吸湿的特性抑制住；而碳化硅则是具有抗辐射和耐磨性能，碳化硅本身在隔热材料中作为中间物质，气相白炭黑和普通白炭黑以及纤维充填其中，使得能够在保证低的导热系数的前提之下，具有相对较高的强度；
2.本申请的气相白炭黑采用经聚集之后的二氧化硅，既能利于收集，也可以得到粒度适于本申请的隔热材料的气相二氧化硅，不至于因为过小而在使用过程中，使得纤维发生团聚分布不均；
3.本申请的陶瓷纤维中引入可以与普通白炭黑进行一定程度亲和的正硅酸乙酯和硼酸，使得在与气相白炭黑均衡混合之后的纤维可以起到一定程度上促进普通白炭黑均布的目的，而碳化硅作为反射物质的同时，也是作为摩擦物质在进行二次混合之时进一步的促进均匀混合；
4.本申请的合成方法是首先将气相白炭黑与纤维进行混合，这是利用气相白炭黑的疏水特性以及其粒度，使得可以实现纤维在气相白炭黑内的均布，然后再将普通白炭黑和碳化硅放入，普通白炭黑以纤维为基点，进行均布，碳化硅则是在进行二次混合之时进一步的促进均匀混合。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本申请进行详细阐述。
对于气相白炭黑，按照如下方式合成：将四氯化硅先在精馏塔精馏，然后在蒸发器中进行加热蒸发，并以干燥后的空气为载体，送至合成水解炉，四氯化硅在1000-1800℃的高温下气化，并引入氢气和氧气，进行气相水解，生成气相二氧化硅，然后引入聚集器，聚集成较大颗粒，然后经旋风分离器收集，再送入脱酸炉，用含氨空气吹洗至pH值为4-6时，即为气相白炭黑。
对于强超细陶瓷纤维，以如下方式合成：以正硅酸乙酯和添加硼酸作为稳定剂的次乙酸铝为原料，采用静电纺丝工艺制得。
对于低导热隔热材料按照如下方式合成：
S1.先将气相白炭黑与高强超细陶瓷纤维进行一次混合，然后再加入普通白炭黑以及碳化硅进行二次混合得到干法粉料压制成型工艺的原料，一次混合是在30-35r/s转数下搅拌10-15min，二次混合是在25-30r/s转数下搅拌10-15min，其中高强超细陶瓷纤维的直径为600-800nm，长度10-30mm；具体组成见表1；
表1：
Figure BDA0002523933280000041
S2.将原料放入压机缓冲罐中进行静置5-6小时；操作条件见表2；
表2：
Figure BDA0002523933280000051
S3.完成静置过程后，将物料充分均匀的布置在压机的模具中，以60-70Mpa的压力进行压制，同时保压20-30s，完成材料中的排气，压制形成隔热材料；
S4.将隔热材料进行6面机械切割修整得到隔热板，然后在隔热板表面覆铝箔或玻璃纤维布进行真空密封定型；最后将真空定型的隔热板放入封包机内进行封包；
S5.测定抗压强度以及30℃下的导热系数、200℃下的导热系数、400℃下的导热系数以及600℃下的导热系数，见表3。
表3：
Figure BDA0002523933280000052
由此可见，抗压强度只有在气相白炭黑、普通白炭黑粒径、碳化硅、纤维全部存在的前提下，才能具有足够的强度，而当气相白炭黑过细时，虽然抗压强度不受影响，但是其导热系数增加了近50％，至于其他物质对于导热系数的影响，则在缺少白炭黑、普通白炭黑、碳化硅任一个之后，导热系数都会大大增加。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种低导热率隔热材料，其特征在于：包括如下质量份数的原料：气相白炭黑：60-70份；普通白炭黑：10-20份；碳化硅：10-15份；纤维：5-10份；气相白炭黑粒径：10-40nm；所述纤维为高强超细陶瓷纤维，所述高强超细陶瓷纤维的直径为600-800nm，长度10-30mm；所述高强超细陶瓷纤维以正硅酸乙酯和添加硼酸作为稳定剂的次乙酸铝为原料，采用静电纺丝工艺制得。
2.根据权利要求1所述的一种低导热率隔热材料，其特征在于：所述气相白炭黑的采用四氯化硅热解气相沉积法生产得到。
3.根据权利要求2所述的一种低导热率隔热材料，其特征在于：所述热解气相沉积法采用如下方式获得：将四氯化硅先在精馏塔精馏，然后在蒸发器中进行加热蒸发，并以干燥后的空气为载体，送至合成水解炉，四氯化硅在1000-1800℃的高温下气化，并引入氢气和氧气，进行气相水解，生成气相二氧化硅，然后引入聚集器，聚集成较大颗粒，然后经旋风分离器收集，再送入脱酸炉，用含氨空气吹洗至pH值为4-6时，即为气相白炭黑。
4.根据权利要求1所述的一种低导热率隔热材料，其特征在于：普通白炭黑粒径：300nm以下；碳化硅：1400-1600目。
5.根据权利要求1所述的一种低导热率隔热材料，其特征在于：低导热率隔热材料采用干法粉料压制成型工艺，干法粉料压制成型工艺的原料按照如下方式混合得到，首先将气相白炭黑与纤维进行一次混合，然后再加入普通白炭黑以及碳化硅进行二次混合得到干法粉料压制成型工艺的原料。
6.根据权利要求5所述的一种低导热率隔热材料，其特征在于：一次混合是在30-35r/s转数下搅拌10-15min，二次混合是在25-30r/s转数下搅拌10-15min。
7.根据权利要求5所述的一种低导热率隔热材料，其特征在于：将原料放入压机缓冲罐中进行静置5-6小时；
完成静置过程后，将物料充分均匀的布置在压机的模具中，以60-70Mpa的压力进行压制，同时保压20-30s，完成材料中的排气，压制形成隔热材料。
8.根据权利要求7所述的一种低导热率隔热材料，其特征在于：将隔热材料进行6面机械切割修整得到隔热板，然后在隔热板表面覆铝箔或玻璃纤维布进行真空密封定型；最后将真空定型的隔热板放入封包机内进行封包。
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