CN115448675B - 一种漂珠耐火隔热复合板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及漂珠耐火隔热复合板技术领域，具体涉及一种漂珠耐火隔热复合板及其制备方法，包括以下重量份原料：漂珠30‑50份，铝酸盐水泥30‑60份，氧化钙10‑20份，还包括：短切铝酸盐纤维1‑3份，发泡剂0.1‑2份；且所述漂珠耐火隔热复合板内具有发泡结构，沿其厚度截面上发泡结构的孔隙率逐渐增大，且发泡结构的孔隙率在30‑60体积%。本发明提供的漂珠耐火隔热复合板，能够使密度按照厚度方向逐渐递增，且形成发泡结构的同时在发泡结构内外形成了水合反应产物，形成了具有发泡结构的特定网络结构的强支撑结构；兼具轻质和高强的性能，且耐火隔热性能满足要求。

Description

一种漂珠耐火隔热复合板及其制备方法
技术领域
本发明涉及漂珠耐火隔热复合板技术领域，具体涉及一种漂珠耐火隔热复合板及其制备方法。
背景技术
漂珠是优良的保温耐火材料，广泛用于轻质浇注料的生产和石油钻井方面。本发明申请人的早期专利CN112645670B公开了一种漂珠耐火隔热板，由以下重量份原料制成：漂珠30-60份，铝酸盐水泥40-70份，氧化钙10-30份，纤维素1-3份；将原料与水按液固质量比1：13混合均匀进行水热合成反应，然后过滤浆料，将浆料铺设于模具内使用压机挤压成型，加热干燥处理，得到漂珠耐火隔热板。本发明漂珠耐火隔热板，重量轻、强度高、耐水性及防火性、隔热性能好。
然而，现有漂珠耐火隔热板密度均匀一致，同质透心，低密度漂珠耐火隔热板耐火隔热性好，但强度低，高密度漂珠耐火隔热板强度高，但生产成本较高，保温隔热性有所下降，在使用过程中会受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的漂珠耐火隔热板的密度和强度、保温隔热性无法兼顾的缺陷，提供一种漂珠耐火隔热复合板及其制备方法，该漂珠耐火隔热复合板兼具轻质和高强的性能，且耐火隔热性能满足要求。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种漂珠耐火隔热复合板，包括以下重量份原料：漂珠30-50份，铝酸盐水泥30-60份，氧化钙10-20份，还包括：短切铝酸盐纤维1-3份，发泡剂0.1-2份；且所述漂珠耐火隔热复合板内具有发泡结构，沿其厚度截面上发泡结构的孔隙率逐渐增大，且发泡结构的孔隙率在30-60体积%。
在一些优选实施方式中，所述漂珠耐火隔热复合板沿其厚度截面方向分为孔隙率逐渐增大的三层结构，第一层结构的孔隙率在30-40体积%，第二层结构的孔隙率在45-50体积%，第三层结构的孔隙率在55-60体积%。
更优选地，第一层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.1-0.3，第二层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.5-0.7，第三层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.8-1。
在另外一些实施方式中，所述漂珠耐火隔热复合板沿其厚度截面方向分为孔隙率逐渐增大的二层结构，第一层结构的孔隙率在30-40体积%，第二层结构的孔隙率在50-60体积%。
更优选地，第一层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.1-0.3，第二层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.7-0.9。
其中优选地，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。
本发明第二方面提供第一方面所述的漂珠耐火隔热复合板的制备方法，包括以下步骤：
（1）根据所需孔隙率的发泡结构，分别制备相应的浆料，浆料包括漂珠、铝酸盐水泥、氧化钙、短切铝酸盐纤维、发泡剂与水；
（2）根据所需漂珠耐火隔热复合板的厚度截面方向上的发泡结构，将步骤（1）得到的不同浆料分别依次铺设于耐热模具内，然后在超声搅拌条件下进行水热合成反应；
（3）然后进行挤压成型、加热干燥处理。
其中优选地，步骤（1）中，所述制备相应的浆料的过程包括：将各原料进行高速搅拌混合，所述高速搅拌混合的条件包括：转速为2500-4000r/min，时间为20-50min。
其中优选地，步骤（2）中，所述超声搅拌条件包括：超声频率为60-80KHz。
其中优选地，步骤（2）中，所述水热合成反应的过程包括：从室温经过两段升温，最终升温到300-500℃；水热合成反应中反应压力为2-7MPa，两段升温的升温速率为1-4℃/分钟。
与现有技术相比，本发明提供的漂珠耐火隔热复合板，通过设置沿其厚度截面上发泡结构的孔隙率逐渐增大，且发泡结构的孔隙率在30-60体积%，且原料添加短切铝酸盐纤维和发泡剂，能够使得漂珠耐火隔热复合板的密度按照厚度方向逐渐递增，且形成发泡结构的同时在发泡结构内外形成了水合反应产物，形成了具有发泡结构的特定网络结构的强支撑结构；既解决了强度问题，又解决了耐火隔热性能不降低的问题。本发明提供的漂珠耐火隔热复合板兼具轻质和高强的性能，且耐火隔热性能满足要求。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种漂珠耐火隔热复合板，包括以下重量份原料：漂珠30-50份，铝酸盐水泥30-60份，氧化钙10-20份，还包括：短切铝酸盐纤维1-3份，发泡剂0.1-2份；且所述漂珠耐火隔热复合板内具有发泡结构，沿其厚度截面上发泡结构的孔隙率逐渐增大，且发泡结构的孔隙率在30-60体积%。
本发明中，短切铝酸盐纤维为市售品，纤维直径：9 - 13μm，再次不再赘述。
上述沿其厚度截面上发泡结构的孔隙率逐渐增大，可以为逐渐的线性的增大，也可以为分阶段的孔隙率呈上升趋势。优选后者。
在一些优选实施方式中，所述漂珠耐火隔热复合板沿其厚度截面方向分为孔隙率逐渐增大的三层结构，第一层结构的孔隙率在30-40体积%，第二层结构的孔隙率在45-50体积%，第三层结构的孔隙率在55-60体积%。该优选方案，更利于在保证漂珠耐火隔热复合板整体轻质的同时，进一步提升其强度和耐火隔热性能。
更优选地，第一层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.1-0.3，第二层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.5-0.7，第三层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.8-1。
在另外一些实施方式中，所述漂珠耐火隔热复合板沿其厚度截面方向分为孔隙率逐渐增大的二层结构，第一层结构的孔隙率在30-40体积%，第二层结构的孔隙率在50-60体积%。更优选地，第一层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.1-0.3，第二层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.7-0.9。
其中优选地，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。
本发明第二方面提供第一方面所述的漂珠耐火隔热复合板的制备方法，包括以下步骤：
（1）根据所需孔隙率的发泡结构，分别制备相应的浆料，浆料包括漂珠、铝酸盐水泥、氧化钙、短切铝酸盐纤维、发泡剂与水；
（2）根据所需漂珠耐火隔热复合板的厚度截面方向上的发泡结构，将步骤（1）得到的不同浆料分别依次铺设于耐热模具内，然后在超声搅拌条件下进行水热合成反应；
（3）然后进行挤压成型、加热干燥处理。
上述制备方法中，先将各不同浆料依次铺设后，再进行水热合成反应，能够利于将相邻不同发泡结构的层之间形成特定的网络交流结构，从而利于漂珠耐火隔热复合板兼具优异的轻质、强度和隔热耐火性能。
其中优选地，步骤（1）中，所述制备相应的浆料的过程包括：将各原料进行高速搅拌混合，所述高速搅拌混合的条件包括：转速为2500-4000r/min，时间为20-50min。
本发明中，浆料中加入的水的量可以根据需求选择。本发明实施例中，浆料中加入的水与该浆料中其他原料的液固质量比为1:13。
其中优选地，步骤（2）中，所述超声搅拌条件包括：超声频率为60-80KHz。
其中优选地，步骤（2）中，所述水热合成反应的过程包括：从室温经过两段升温，最终升温到300-500℃；水热合成反应中反应压力为2-7MPa，两段升温的升温速率为1-4℃/分钟。
进一步优选地，所述两段升温的过程包括：以升温速率为3-4℃/分钟升温至100-130℃保温15-20min，然后以升温速率为1-2℃/分钟升温至300-500℃保温20-40min；升温过程中搅拌速度为80-150rpm。该优选方案下，更利于保持更好的足够的发泡结构，同时在发泡结构内外生成水合反应产物，更利于形成具有发泡结构的特定网络结构的强支撑结构，从而使得漂珠耐火隔热复合板兼具更优的轻质、强度和隔热耐火性能。
步骤（2）中，铺设的各层浆料的厚度，本领域技术人员可以根据实际需求选择。
步骤（3）中，所述挤压成型、加热干燥处理的过程和工艺条件均可以按照现有技术中的相应方法进行，均可以用于本发明，在此不再赘述。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。其中发泡剂为十二烷基硫酸钠。单一浆料中加入的水与该浆料中其他原料的液固质量比为1:13。
实施例1
一种漂珠耐火隔热复合板，其内具有发泡结构，沿其厚度截面上发泡结构的孔隙率逐渐增大，且发泡结构的孔隙率在30-60体积%。漂珠耐火隔热复合板沿其厚度截面方向分为孔隙率逐渐增大的三层结构，第一层结构的孔隙率在35体积%，第二层结构的孔隙率在45体积%，第三层结构的孔隙率在55体积%。
其制备方法包括以下步骤：
（1）根据所需孔隙率的发泡结构，分别制备第一层浆料、第二层浆料、第三层浆料，浆料包括漂珠、铝酸盐水泥、氧化钙、短切铝酸盐纤维、发泡剂与水；第一层浆料中漂珠40份，铝酸盐水泥50份，氧化钙15份，短切铝酸盐纤维1份，且原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.2。第二层浆料中漂珠40份，铝酸盐水泥50份，氧化钙15份，短切铝酸盐纤维1份，且原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.6。第三层浆料中漂珠40份，铝酸盐水泥50份，氧化钙15份，短切铝酸盐纤维1份，且原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.8。
制备相应的浆料的过程包括：将各原料进行高速搅拌混合，所述高速搅拌混合的条件包括：转速为3000r/min，时间为30min。
（2）根据所需漂珠耐火隔热复合板的厚度截面方向上的发泡结构，将步骤（1）得到的不同浆料分别依次铺设于耐热模具内，然后在超声频率为60KHz条件下进行水热合成反应；
水热合成反应的过程包括：从室温经过两段升温，水热合成反应中反应压力为3MPa；两段升温的过程包括：以升温速率为4℃/分钟升温至120℃保温20min，然后以升温速率为1℃/分钟升温至400℃保温30min；升温过程中搅拌速度为90rpm。
（3）然后进行挤压成型、加热干燥处理。
实施例2
按照实施例1的方法进行，不同的是，漂珠耐火隔热复合板沿其厚度截面方向分为孔隙率逐渐增大的二层结构，第一层结构的孔隙率在35体积%，第二层结构的孔隙率在55体积%。且对应的，第一层浆料中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.2，第二层浆料中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.8。
实施例3
按照实施例1的方法进行，不同的是，高速搅拌混合的条件包括：转速为800r/min。
实施例4
按照实施例1的方法进行，不同的是，超声频率为30KHz。
对比例1
按照实施例1的方法进行，不同的是，不加入短切铝酸盐纤维和发泡剂，且制备方法中直接将各原料混合制成浆料后，铺设于耐热模具内，然后在超声搅拌条件下进行水热合成反应；然后进行挤压成型、加热干燥处理。
对比例2
按照实施例1的方法进行，不同的是，不加入发泡剂，且制备方法中直接将各原料混合制成浆料后，铺设于耐热模具内，然后在超声搅拌条件下进行水热合成反应；然后进行挤压成型、加热干燥处理。
测试例
1、将上述实施例和对比例的漂珠耐火隔热复合板进行燃烧性能、耐火隔热板性能检测，结果如表1-表2所示。其中，密度的检测依据为GB/T 5486-2008 8，导热系数的检测依据为GB/T 10295-2008，线收缩率的检测依据为GB/T 5486-2008 10。
2、将上述实施例和对比例的漂珠耐火隔热复合板进行抗压强度、抗弯强度进行检测，抗弯强度和抗压强度均是在Instron-5500型万能试验机上测定，分别根据GB/T1965-1996和GB/T1964-80标准进行测试，十字压头的移动速率为0.5mm/min，三点弯曲试样尺寸为3mmx4mmx36mm，跨距为30mm，抗压强度试样尺寸为Φ20mmx 20mm。每个数据取6个试样的平均值。相比于对比例1的抗压强度提升量、抗弯强度提升量结果如表2所示。
其中，抗压强度提升量为（相应实施例的抗压强度-对比例1的抗压强度）/对比例1的抗压强度；抗弯强度提升量为（相应实施例的抗弯强度-对比例1的抗弯强度）/对比例1的抗弯强度。
表1
表2
通过表1-2的结果可以看出，采用本发明的实施例具有明显更好的效果，尤其是强度显著提升。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种漂珠耐火隔热复合板，其特征在于，由以下重量份原料组成：漂珠40份，铝酸盐水泥50份，氧化钙15份，短切铝酸盐纤维1份，短切铝酸盐纤维直径为9 - 13μm，发泡剂十二烷基硫酸钠；且所述漂珠耐火隔热复合板内具有发泡结构，所述漂珠耐火隔热复合板沿其厚度截面方向分为孔隙率逐渐增大的三层结构，第一层结构的孔隙率在35体积%，第二层结构的孔隙率在45体积%，第三层结构的孔隙率在55体积%，第一层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.2，第二层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.6，第三层结构中原料短切铝酸盐纤维、发泡剂的重量比为1:0.8。
2.根据权利要求1所述的漂珠耐火隔热复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据所需孔隙率的发泡结构，分别制备相应的浆料，浆料包括漂珠、铝酸盐水泥、氧化钙、短切铝酸盐纤维、发泡剂与水；
（2）根据所需漂珠耐火隔热复合板的厚度截面方向上的发泡结构，将步骤（1）得到的不同浆料分别依次铺设于耐热模具内，然后在超声搅拌条件下进行水热合成反应；
（3）然后进行挤压成型、加热干燥处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述制备相应的浆料的过程包括：将各原料进行高速搅拌混合，所述高速搅拌混合的条件包括：转速为3000r/min，时间为30min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述超声搅拌条件包括：超声频率为60KHz。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述水热合成反应的过程包括：以升温速率为4℃/分钟升温至120℃保温20min，然后以升温速率为1℃/分钟升温至400℃保温30min；升温过程中搅拌速度为90rpm，水热合成反应中反应压力为3MPa。
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