CN116854447A - 一种轻质高强度隔热材料的制备方法 - Google Patents

一种轻质高强度隔热材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻质高强度隔热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备无机纤维；将所述无机纤维进行预处理得到初级无机纤维；将陶瓷粉体与第一粘结剂、第二粘结剂用固化剂混合均匀，得到混合粉体；所述第一粘结剂、第二粘结剂用固化剂为固体粉末；配置增强助剂溶液，将初级无机纤维在增强助剂溶液中浸渍后得到二级无机纤维；将二级无机纤维表面浸渍第二粘结剂溶液得到三级无机纤维；将三级无机纤维与混合粉体混合均匀得到成型原料；将所述成型原料通过模具成型得到陶瓷坯体，静置固化，脱模，得到所述轻质高强度隔热材料；实现无需经过烧结制备的隔热材料在使用过程中强度高、重量轻，且避免了掉粉、开裂等问题。

Description

一种轻质高强度隔热材料的制备方法
技术领域
本发明涉及隔热材料制备领域，具体涉及一种轻质高强度隔热材料的制备方法。
背景技术
水泥等工业烧成系统中的保温隔热材料多数为纳米隔热板，纳米隔热板主要是由纳米或微米级的二氧化硅、无机纤维及其他少量添加剂经烧结制成或不经烧结直接模压制成。
不经烧结直接模压制成的隔热材料强度较低，使用过程中掉粉、开裂等现象比较严重，影响隔热效果；而经过烧结制成隔热材料则制备过程复杂，成本高。
因此，如何在省略烧结工艺的同时保证制备得到的隔热材料具备较高的强度，且保证使用过程中不掉粉、不开裂成为本领域亟需解决的技术难题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轻质高强度隔热材料的制备方法，通过制备初级无机纤维、二级无机纤维、三级无机纤维，实现无需经过烧结制备的隔热材料在使用过程中强度高、重量轻，且避免了掉粉、开裂等问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种轻质高强度隔热材料的制备方法，包括以下步骤：制备无机纤维；将所述无机纤维进行预处理得到初级无机纤维；
将陶瓷粉体与第一粘结剂、第二粘结剂用固化剂混合均匀，得到混合粉体；
所述第一粘结剂、第二粘结剂用固化剂为固体粉末；
配置增强助剂溶液，将初级无机纤维在增强助剂溶液中浸渍后得到二级无机纤维；
将二级无机纤维表面浸渍第二粘结剂溶液得到三级无机纤维；
将三级无机纤维与混合粉体混合均匀得到成型原料；
将所述成型原料通过模具成型得到陶瓷坯体，静置固化，脱模，得到所述轻质高强度隔热材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过将所述无机纤维进行预处理得到初级无机纤维以及将初级无机纤维在增强助剂溶液中浸渍后得到二级无机纤维，实现成品隔热材料在使用过程中无机纤维表面的改性剂与增强助剂利用使用过程中的高温发生化学反应从而实现无机纤维之间的衔接点强度进一步增强，从而有利于时间隔热材料在使用过程中强度不断增加；同时通过在无机纤维表面改性的方式以及初级纤维浸渍增强助剂的方式实现改性剂以及增强助剂的增加，避免了隔热材料中改性剂与增强助剂结合不均匀，从而避免了多余的未反应的改性剂以及增强助剂分散在无机纤维之间的问题，从而避免了隔热材料中的孔隙率降低，避免了隔热材料的隔热性能降低；
通过将陶瓷粉体与第一粘结剂有利于成品隔热材料在使用过程中环境温度在100℃内强度进一步明显提高，在使用时不会出现开裂等问题，同时随温度升高有利于进一步产生均匀的孔隙，有利于成品隔热性能提高，重量进一步降低；
通过陶瓷粉体与第二粘结剂用固化剂混合均匀以及将二级无机纤维表面浸渍第二粘结剂溶液得到三级无机纤维，从而实现陶瓷粉体与无机纤维粘结强度提高，实现得到的隔热材料在常温未使用过程中强度高；且在使用时环境温度在逐渐升到200摄氏度左右时，第二粘结剂溶液有利于进一步提高隔热材料孔隙率且强度增加，随温度升高第二粘结剂溶液中固体物质强度逐渐升高，进一步提高隔热材料强度；
通过上述方案，增强助剂位于无机纤维表面的改性剂与第二粘结剂溶液中固体物质之间，有利于大部分增强助剂即与改性剂结合陶瓷化，又有利于小部分增强助剂与第二粘结剂溶液中部分固体物质结合反应，进一步提高邮寄纤维与陶瓷粉体之间的强度；
从而最终实现得到的成品隔热材料在使用前强度高，且在使用过程中强度随温度逐渐升高，成品隔热材料在不同温度段强度逐渐进增强，避免了成品在使用过程中掉渣、开裂等问题；同时实现成品孔隙率高隔热性能好、重量轻，且在使用过程中孔隙率逐渐升高，隔热性能进一步提高，重量进一步降低。
进一步的，所述第一粘结剂为石蜡粉末；和/或
所述第二粘结剂用固化剂包括氟硅酸钠、磷酸硅、三聚磷酸铝、氧化镁中一种或多种。
采用上一步的有益效果在于，通过第一粘结剂为石蜡粉末，由于为固体粉末或颗粒，有利于与陶瓷粉体混合均匀，且有利于成品隔热材料在使用初级环境温度在100℃以内时，石蜡黏度进一步增加成品强度进一步明显增强，避免了成品出现开裂与掉渣等问题；且随温度进一步升高石蜡气化，孔隙率增加；
通过所述第二粘结剂用固化剂包括氟硅酸钠、磷酸硅、三聚磷酸铝、氧化镁中一种或多种，有利于实现脱模后的成品未经加热在常温条件下隔热材料强度大。
进一步的，所述第二粘结剂溶液包括无机粘结剂溶液、常温固化粘结剂；
所述无机粘结剂溶液与常温固化粘结剂质量比为(1.5～3.5)：1。
和/或
所述无机纤维、第一粘结剂、第二粘结剂溶液、第二粘结剂用固化剂的质量比为1：(0.1～0.75)：(0.25～1.35)：(2.5×10-4～6×10-3)。
采用上一步的有益效果在于，所述第二粘结剂溶液包括无机粘结剂溶液、常温固化粘结剂，即实现陶瓷粉体与无机纤维在常温下通过常温固化粘结剂粘结强度高；同时实现无机纤维与陶瓷粉体在常温下粘结强度高，同时通过无机粘结剂有利于实现在使用过程中温度升高时，强度进一步增强，且孔隙率进一步增加，重量进一步降低；
通过所述物料比例，实现成品在常温未使用是强度高，且在使用过程中强度逐渐增强，孔隙率进一步增加，且不会因孔隙率增加，导致成品开裂或强度降低等问题。
进一步的，所述无机粘结剂溶液包括硅酸盐水溶液和磷酸盐水溶液；
所述硅酸盐水溶液中硅酸盐的质量分数为30～40％，所述磷酸盐水溶液中磷酸盐的质量分数为30～40％；
所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸钙中一种或多种；
所述磷酸盐为磷酸铝和/或磷酸二氢铝。
采用上一步的有益效果在于，通过无机粘结剂包括硅酸盐水溶液和磷酸盐水溶液，即实现常温下无机纤维和陶瓷粉体粘结强度增加，同时实现在使用过程中随温度升高强度进一步增加，且在过程中成品孔隙率逐渐增加。
进一步的，所述常温固化粘结剂包括改性有机硅树脂、固化剂、成膜助剂；
所述改性有机硅树脂包括酚醛、醇酸、聚酯、丙烯酸、环氧、聚氨酯改性有机硅树脂中一种或多种；
所述固化剂包括硅烷偶联剂或聚酰胺或聚氨酯；所述硅烷偶联剂包括丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种；
所述成膜助剂包括二丙二醇、二乙二醇丁醚、丁醚乙二醇丁醚中一种或多种；
所述改性有机硅树脂、固化剂、成膜助剂的质量比为1：(0.3～1)：(0～0.5)。
采用上一步的有益效果在于，即有利于第二粘结剂溶液分散均匀，同时实现陶瓷粉体与无机纤维常温下粘结强度高。
进一步的，无机纤维进行预处理得到初级无机纤维的具体过程为：
将初级无机纤维在硅溶胶中浸渍、干燥得到所述初级无机纤维，所述初级无机纤维表面附着硅溶胶。
所述无机纤维与无机纤维表面附着硅溶胶的质量比1：(0.02～0.1)。
进一步的，所述配置增强助剂溶液具体过程为：将增强助剂与水或乙醇混合得到所述增强助剂溶液，所述增强助剂为氮化硼和/或碳化硼；
所述无机纤维与增强助剂的质量比为1：(0.05～0.2)。
采用上一步的有益效果在于，通过无机纤维表面浸渍硅溶胶，即实现成品在使用过程中无机纤维表面的硅溶胶与增强助剂反应，即有利于无机纤维本身强度增加，主要是实现硅溶胶与增强助剂反应陶瓷化生成硼硅化合物将无机纤维交叉点强度进一步增加，明显提高成品的强度，同时避免了硅溶胶填充在无机纤维之间的孔隙中导致孔隙率降低的问题。
进一步的，所述无机纤维包括无碱玻璃纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、高硅氧纤维、玄武岩纤维中的一种或多种；
所述无机纤维直径3～9μm，长度1～10mm；
和/或
所述陶瓷粉体包括微硅粉、红外辐射剂；
所述陶瓷粉体为微硅粉，所述微硅粉中SiO2含量≥90％，平均粒径0.1～0.15μm，比表面积15～27m2/g，容重250～300kg/m3；
所述红外辐射剂为碳化硅或二氧化钛。
进一步的，所述无机纤维、微硅粉、红外辐射剂的质量比为(45～94％)：(5～20％)：(1～5％)。
进一步的，所述陶瓷坯体静置固化后再次进行浸渍，浸渍后固化、脱模，得到所述轻质高强度隔热材料；
具体过程：将第二粘结剂溶液与第二粘结剂用固化剂混合后浸渍在陶瓷坯体表面。
采用上一步的有益效果在于，有利于进一步提高成品在常温下未使用时强度。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
根据本实施例提供了一种轻质高强度隔热材料的制备方法，包括以下步骤：制备无机纤维；将所述无机纤维进行预处理得到初级无机纤维；
无机纤维进行预处理得到初级无机纤维的具体过程为：将初级无机纤维在硅溶胶中浸渍、干燥得到所述初级无机纤维，所述初级无机纤维表面附着硅溶胶；所述无机纤维与无机纤维表面附着硅溶胶的质量比1：0.06。
所述无机纤维包括无碱玻璃纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维；所述无机纤维直径6～7μm，长度5～6mm；
配置增强助剂溶液，将初级无机纤维在增强助剂溶液中浸渍后得到二级无机纤维；所述配置增强助剂溶液具体过程为：将增强助剂与乙醇混合得到所述增强助剂溶液，所述增强助剂为氮化硼；所述无机纤维与增强助剂的质量比为0.125：1。
配制第二粘结剂溶液，将二级无机纤维表面浸渍第二粘结剂溶液得到三级无机纤维；所述第二粘结剂溶液包括无机粘结剂溶液、常温固化粘结剂；所述无机粘结剂溶液与常温固化粘结剂质量比为2.5：1；所述无机纤维、第一粘结剂、第二粘结剂溶液、第二粘结剂用固化剂的质量比为1：0.43：0.8：3.2×10-3；
所述无机粘结剂溶液包括硅酸盐水溶液和磷酸盐水溶液；所述硅酸盐水溶液中硅酸盐的质量分数为35％，所述磷酸盐水溶液中磷酸盐的质量分数为35％；
所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾；所述磷酸盐为磷酸铝和磷酸二氢铝；
所述常温固化粘结剂包括改性有机硅树脂、固化剂、成膜助剂；
所述改性有机硅树脂包括酚醛、醇酸、聚酯、丙烯酸改性有机硅树脂；所述固化剂包括硅烷偶联剂；所述硅烷偶联剂为丙基三甲氧基硅烷；所述成膜助剂包括二丙二醇、二乙二醇丁醚；
所述改性有机硅树脂、固化剂、成膜助剂的质量比为1：0.65：0.25。
将陶瓷粉体与第一粘结剂、第二粘结剂用固化剂混合均匀，得到混合粉体；所述第一粘结剂、第二粘结剂用固化剂为固体粉末；
将三级无机纤维与混合粉体混合均匀得到成型原料；
将所述成型原料通过模具成型得到陶瓷坯体，静置固化，脱模，得到所述轻质高强度隔热材料。
所述第一粘结剂为石蜡粉末；所述陶瓷粉体包括微硅粉、红外辐射剂；所述红外辐射剂为碳化硅；
所述第二粘结剂用固化剂包括氟硅酸钠、磷酸硅、三聚磷酸铝、氧化镁中一种或多种；
所述微硅粉中SiO2含量≥90％，平均粒径0.12μm，比表面积22m2/g，容重280kg/m3；所述无机纤维、微硅粉、红外辐射剂的质量比为75％：12.5％：3％。
实施例二
本实施例与实施例一相同的内容不再赘述；本实施例提供了一种轻质高强度隔热材料的制备方法；
所述无机纤维与无机纤维表面附着硅溶胶的质量比1：0.04。
所述无机纤维包括硅酸铝纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维中的一种或多种；所述无机纤维直径3～4μm，长度2～3mm；
所述增强助剂为氮化硼和碳化硼中的一种或两种；所述无机纤维与增强助剂的质量比为0.08：1。
所述无机粘结剂溶液与常温固化粘结剂质量比为1.8：1；所述无机纤维、第一粘结剂、第二粘结剂溶液、第二粘结剂用固化剂的质量比为1：0.15：0.3：3.5×10-4；
所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钙；所述磷酸盐为磷酸铝
所述改性有机硅树脂包括聚酯、丙烯酸、环氧、聚氨酯改性有机硅树脂；所述固化剂包括硅聚酰胺；所述成膜助剂包括丁醚乙二醇丁醚中；
所述改性有机硅树脂、固化剂、成膜助剂的质量比为1：0.4：0.4。
所述红外辐射剂为碳化硅或二氧化钛；
所述无机纤维、微硅粉、红外辐射剂的质量比为50：8：2。
实施例三
本实施例与实施例一相同的内容不再赘述；本实施例提供了一种轻质高强度隔热材料的制备方法；
所述无机纤维与无机纤维表面附着硅溶胶的质量比1：0.08。
所述无机纤维包括无碱玻璃纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、高硅氧纤维、玄武岩纤维中的一种或多种；所述无机纤维直径7～8μm，长度8～9mm；
所述增强助剂为碳化硼；所述无机纤维与增强助剂的质量比为0.18：1。
所述无机粘结剂溶液与常温固化粘结剂质量比为3.2：1；所述无机纤维、第一粘结剂、第二粘结剂溶液、第二粘结剂用固化剂的质量比为1：0.7：1.3：5×10-3；
所述硅酸盐为硅酸钙；所述磷酸盐为磷酸二氢铝；
所述改性有机硅树脂包括聚酯、丙烯酸、环氧改性有机硅树脂；所述固化剂包括聚氨酯；所述成膜助剂包括二乙二醇丁醚；
所述改性有机硅树脂、固化剂、成膜助剂的质量比为1：0.8：0.3。
所述红外辐射剂为二氧化钛；
所述无机纤维、微硅粉、红外辐射剂的质量比为80：15：3。
所述陶瓷坯体静置固化后再次进行浸渍，浸渍后固化、脱模，得到所述轻质高强度隔热材料；具体过程：将第二粘结剂溶液与第二粘结剂用固化剂混合后浸渍在陶瓷坯体表面。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能。

Claims (10)

1.一种轻质高强度隔热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将无机纤维进行预处理，得到初级无机纤维；
将陶瓷粉体与第一粘结剂、第二粘结剂用固化剂混合均匀，得到混合粉体，其中，所述第一粘结剂、第二粘结剂用固化剂为固体粉末；
配置增强助剂溶液；
将初级无机纤维在增强助剂溶液中浸渍，得到二级无机纤维；
将二级无机纤维表面浸渍第二粘结剂溶液，得到三级无机纤维；
将三级无机纤维与混合粉体混合均匀得到成型原料；
将所述成型原料通过模具成型得到陶瓷坯体，静置固化，脱模，得到所述轻质高强度隔热材料。
2.根据权利要求1所述的轻质高强度隔热材料的制备方法，其特征在于，所述第一粘结剂为石蜡粉末；
和/或
所述第二粘结剂用固化剂包括氟硅酸钠、磷酸硅、三聚磷酸铝、氧化镁中一种或多种。
3.根据权利要求1所述的轻质高强度隔热材料的制备方法，其特征在于，所述第二粘结剂溶液包括无机粘结剂溶液和常温固化粘结剂，所述无机粘结剂溶液与常温固化粘结剂质量比为(1.5～3.5)：1；
和/或
所述无机纤维、第一粘结剂、第二粘结剂溶液、第二粘结剂用固化剂的质量比为1：(0.1～0.75)：(0.25～1.35)：(2.5×10-4～6×10-3)。
4.根据权利要求3所述的轻质高强度隔热材料的制备方法，其特征在于，所述无机粘结剂溶液包括硅酸盐水溶液和磷酸盐水溶液；
所述硅酸盐水溶液中硅酸盐的质量分数为30～40％，所述磷酸盐水溶液中磷酸盐的质量分数为30ˉ40％；
所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸钙中一种或多种；
所述磷酸盐为磷酸铝和/或磷酸二氢铝。
5.根据权利要求3所述的轻质高强度隔热材料的制备方法，其特征在于，所述常温固化粘结剂包括改性有机硅树脂、固化剂、成膜助剂；
所述改性有机硅树脂包括酚醛、醇酸、聚酯、丙烯酸、环氧、聚氨酯改性有机硅树脂中一种或多种；
所述固化剂包括硅烷偶联剂或聚酰胺或聚氨酯；所述硅烷偶联剂包括丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种；
所述成膜助剂包括二丙二醇、二乙二醇丁醚、丁醚乙二醇丁醚中一种或多种；
所述改性有机硅树脂、固化剂、成膜助剂的质量比为1：(0.3～1)：(0～0.5)。
6.根据权利要求1所述的轻质高强度隔热材料的制备方法，其特征在于，无机纤维进行预处理得到初级无机纤维的具体过程为：
将初级无机纤维在硅溶胶中浸渍、干燥，得到所述初级无机纤维；
所述无机纤维与无机纤维表面附着的硅溶胶的质量比1：(0.02～0.1)。
7.根据权利要求1所述的轻质高强度隔热材料的制备方法，其特征在于，配置所述增强助剂溶液的具体过程为：将增强助剂与水或乙醇混合，得到所述增强助剂溶液，所述增强助剂为氮化硼和/或碳化硼；
所述无机纤维与增强助剂的质量比为1：(0.05～0.2)。
8.根据权利要求1所述的轻质高强度隔热材料的制备方法，其特征在于，所述无机纤维包括无碱玻璃纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、高硅氧纤维、玄武岩纤维中的一种或多种；
所述无机纤维直径3～9μm，长度1～10mm；
和/或
所述陶瓷粉体包括微硅粉、红外辐射剂；
所述微硅粉中SiO2含量≥90％，平均粒径0.1～0.15μm，比表面积15～27m2/g，容重250～300kg/m3；
所述红外辐射剂为碳化硅或二氧化钛。
9.根据权利要求8所述的轻质高强度隔热材料的制备方法，其特征在于，所述无机纤维、微硅粉、红外辐射剂的质量比为(45～94％)：(5～20％)：(1～5％)。
10.根据权利要求1所述的轻质高强度隔热材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷坯体静置固化后再次进行浸渍，浸渍后固化、脱模，得到所述轻质高强度隔热材料；
具体过程：将第二粘结剂溶液与第二粘结剂用固化剂混合后浸渍在陶瓷坯体表面。
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