陶瓷纖維紙具有良好的性能,不僅可用作爐襯的內(nèi)壁 保溫隔熱材料和高溫器具的密封材料,冰箱的保溫材 料,建材的隔熱、隔音、防火材料,冶金、化工、石油的保 溫保暖材料等,也可用作航空、航天的保溫、隔熱材料, 其前景十分廣闊[1,2]。
由于無機(jī)纖維自身無結(jié)合性,所以常常需要使用 黏合劑。所用有機(jī)黏合劑有丙烯酸系樹脂、聚氨酯類 乳液、聚醋酸乙烯酯類、丙烯腈與丙烯酸丁酯的聚合 物、聚乙烯醇等,但這些有機(jī)系材料在高溫下使用時(shí), 會(huì)發(fā)生惡臭和產(chǎn)生有害氣體、降低紙的質(zhì)量等,所以也 多使用膠體硅、硅酸鈉、磷酸鋁等無機(jī)黏合劑[3]。
為了分析不同種類無機(jī)膠黏劑對(duì)陶瓷纖維紙?zhí)匦缘挠绊?實(shí)驗(yàn)中選用氧化鋁、硅酸鈉和硫酸鋁-氨水三種無機(jī)膠黏劑,并對(duì)它們進(jìn)行了兩兩組合實(shí)驗(yàn):液體氧化鋁與硅酸鈉,膠體氧化鋁與水玻璃,以及膠體氧化鋁與硫酸鋁-氨水。使用不同種類膠黏劑以及不同膠黏劑的組合抄造陶瓷纖維紙,通過測(cè)定陶瓷纖維紙的物理性能和燒失量,來探討各種膠黏劑體系的不同效果。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 原料
硅酸鋁纖維:三門峽市天寶特種耐火纖維有限公司;膠體氧化鋁:浙江省中明化工科技有限公司;Al2 (SO4)3:AR,天津市永大化學(xué)試劑開發(fā)中心;NH4OH 溶液:AR,天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠。
1.2 實(shí)驗(yàn)步驟
利用濕法工藝抄造陶瓷纖維紙的主要工藝過程包 括打漿、離心除渣、疏解分散、抄片、干燥和測(cè)定紙張的 相關(guān)性能。首先采用標(biāo)準(zhǔn)纖維解離器直接將纖維打散,然后進(jìn)行重力沉降除渣,最后加入膠黏劑,使用紙 頁抄片器進(jìn)行抄片;使用噴霧器進(jìn)行表面施膠,或采用 一定濃度的氧化鋁溶膠進(jìn)行浸漬處理;利用烘缸進(jìn)行干燥,干燥后的陶瓷纖維紙用于各項(xiàng)性能的測(cè)定。
1.3 陶瓷纖維紙性能的測(cè)試
物理性能的測(cè)定:根據(jù)紙品的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定, 包括定量(GB/T451.2-1989)、厚度(GB/T451.3- 1989)和抗張強(qiáng)度(GB/T453-1989)。
熱學(xué)性能的測(cè)定:燒失量。燒失量是在高溫(620 ~750℃)灼燒之后的失量,主要包括陶瓷纖維紙中結(jié)構(gòu)水的重量和摻加物因灼燒而失去的重量,燒失量是陶瓷纖維海泡石制品的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo),燒失量越低,制品的耐高溫性能就越好。
2 結(jié)果與討論
2.1 單組分膠黏劑對(duì)陶瓷纖維紙?zhí)匦缘挠绊?BR> 2.1.1 膠體氧化鋁的用量
從圖1中可以看出,隨著膠體氧化鋁添加量的不 斷增加,陶瓷纖維紙的抗張指數(shù)不斷增大。膠體氧化 鋁的添加量為20%時(shí),陶瓷纖維紙的抗張指數(shù)為0.82 N?m/g,膠體氧化鋁用量增加至25%時(shí),抗張指數(shù)為 0.91N?m/g,提高了11.0%。當(dāng)膠體氧化鋁從25% 增加至40%時(shí),抗張指數(shù)從0.95N?m/g變化到 1.92N?m/g,提高的百分率依次為13.7%、55.6% 和14.3%。可見,陶瓷纖維紙的抗張指數(shù)隨著膠體氧 化鋁用量的增加,一開始提高的速率較低,然后迅速變 大,最后逐步降低。
同時(shí)可以看出,隨著膠體氧化鋁用量的增加,陶瓷纖維紙的燒失量也在逐漸上升。用量從20%到40%, 燒失量依次增加了23.1%、29.1%、7.3%和6.7%, 曲線一開始上升迅速,隨著膠體氧化鋁用量繼續(xù)增加, 上升幅度逐漸下降。
從上述的分析結(jié)果可以得到,陶瓷纖維紙的抗張指數(shù)隨著膠體氧化鋁用量的增加,出現(xiàn)不斷提高的趨勢(shì),提高的速率是先小后大,最后逐步減小。燒失量的變化也是隨著用量的增加不斷上升,但上升幅度會(huì)逐漸下降。
2.1.2 液體氧化鋁的用量
從圖2中可以看出,隨著浸入液體氧化鋁濃度的增 加,開始時(shí)陶瓷纖維紙的強(qiáng)度會(huì)迅速上升。當(dāng)浸入液體氧化鋁濃度為5%時(shí),陶瓷纖維紙的抗張指數(shù)為 3.59N?m/g,浸入濃度增加至7%時(shí),抗張指數(shù)為 4.53N?m/g,提高了26.2%。當(dāng)浸入濃度繼續(xù)增加至 9%時(shí),抗張指數(shù)上升至4.67N?m/g,提高了3.1%�？� 見,陶瓷纖維紙的抗張指數(shù)隨著浸入液體氧化鋁濃度的 增加,一開始迅速上升,然后上升幅度會(huì)下降。
同時(shí)可以看出,隨著浸入液體氧化鋁濃度的增加 一開始燒失量增加緩慢。當(dāng)其用量為5%和7%時(shí),陶瓷纖維紙的燒失量大幅度上升,依次上升了52.6%和 35.9%。
從上述的分析結(jié)果可以得到,陶瓷纖維紙的抗張 指數(shù)隨著浸入液體氧化鋁濃度的增加,開始能夠大幅 提高,然后效果就逐漸不明顯了。而燒失量的變化趨 勢(shì)卻與其相反,一開始增加緩慢,液體氧化鋁用量為5%時(shí),增加非常迅速。
2.1.3 硫酸鋁-氨水的用量
從圖3中可以看出,隨著硫酸鋁-氨水添加量的不斷增加,陶瓷纖維的強(qiáng)度性能不斷地得到明顯的改善。 當(dāng)硫酸鋁-氨水的添加量從80%增加到120%時(shí),陶瓷 纖維的抗張強(qiáng)度不斷提高,特別是當(dāng)添加量從80%增 加到100%的時(shí)候,抗張指數(shù)從0.66N?m/g迅速提 高至0.93N?m/g,但添加量再次增加至120%,陶瓷 纖維紙的抗張指數(shù)強(qiáng)度僅從0.93N?m/g提高至 0.94N?m/g,增強(qiáng)效果不是很明顯。
同時(shí)可以看出,陶瓷纖維紙的燒失量依次增加了 1.1%,4.7%和2.8%,上升幅度很小。
從以上的分析結(jié)果可以得出,單獨(dú)使用硫酸鋁-氨 水作為陶瓷纖維紙的增強(qiáng)劑時(shí),硫酸鋁-氨水的添加量 非常大,達(dá)到100%的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)明顯的效果,而此 時(shí)的抗張指數(shù)僅為0.93N?m/g,強(qiáng)度非常小,因此 單獨(dú)使用硫酸鋁-與氨水對(duì)陶瓷纖維紙的增強(qiáng)效果不是特別明顯。
盡管單獨(dú)使用硫酸鋁-氨水時(shí),對(duì)陶瓷纖維紙的增強(qiáng)效果不是特別明顯,但是在實(shí)際操作時(shí)可以看到這兩者能夠使陶瓷纖維分散的更加均勻,有利于紙頁的成型。并且硫酸鋁溶液可以在打漿的時(shí)候先加入,由于其呈弱酸性,對(duì)纖維的疏解有利。
2.2 各種無機(jī)膠黏劑及其組合對(duì)紙張性能的影響
2.2.1 膠體氧化鋁
從圖4中可以看出,單獨(dú)使用膠體氧化鋁時(shí),陶瓷 纖維紙的強(qiáng)度較低,與水玻璃配合使用時(shí),從20%到 30%,強(qiáng)度依次增加了11%、153%和59%;與80% 硫酸鋁-氨水配合使用時(shí),從25%到35%,強(qiáng)度依次下 降了10%、0.6%和31%。由此可見,膠體氧化鋁與 水玻璃配合可以提高強(qiáng)度,特別是在膠體氧化鋁用量 為25%和30%時(shí),增強(qiáng)效果非常顯著。而與硫酸鋁- 氨水配合使用會(huì)降低強(qiáng)度。
2.2.2 液體氧化鋁
從圖5中可以看出,單獨(dú)使用液體氧化鋁時(shí)已經(jīng) 具有較高的強(qiáng)度,與硅酸配合使用時(shí),以10%添加量為例,從5%到9%分別下降了43%、38%和15%。說明液體氧化鋁不適合 與其它種類的膠黏劑一起使用,不僅起不到協(xié)同作用, 反而會(huì)破壞液體氧化鋁的增強(qiáng)作用。
3 結(jié)論
3.1 采用液體氧化鋁浸漬的陶瓷纖維紙強(qiáng)度最高,含有液體氧化鋁的配方強(qiáng)度也很好,抗張指數(shù)可以達(dá)到 4.70N?m/g。但這種陶瓷纖維紙的柔軟性極差,燒 失量也非常高,可見其耐熱性能并不好。
3.2 采用膠體氧化鋁及與水玻璃配合使用的陶瓷纖維紙,強(qiáng)度也不錯(cuò),并且柔軟性好,燒失量遠(yuǎn)低于液體氧化鋁,耐熱性能高。聯(lián)系到工業(yè)實(shí)際對(duì)陶瓷纖維紙的要求,單獨(dú)使用膠體氧化鋁,或與水玻璃配合使用是比較合適的。
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