微波法制备水玻璃发泡保温材料的研究

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在常用保温材料中,有机保温材料由于其易燃性的缺点,容易引起火灾事故而给国家和人民带来巨大的损失,因此越来越受到使用限制,无机保温材料虽然具有较好的防火性能,但是在保温性、憎水耐水性等方面还存在很大的不足。本文针对现有保温材料存在的以上问题,提出以水玻璃为主要原料通过微波加热的方式制备出一种新型轻质发泡保温材料;通过加入增强材料和固化剂、憎水剂等原料制备出一种憎水型水玻璃保温材料,此保温材料具有轻质、高效、憎水、防火等优点,在建筑防火节能领域具有广阔的应用前景;此外还通过对水玻璃发泡材料高温性能的改性研究,制备出一种使用温度可达800℃以上的新型保温材料,适用于窑炉等高温设备的外层保温领域中。  本文对水玻璃发泡材料的微波加热工艺参数、憎水型水玻璃保温材料的制备以及水玻璃发泡材料高温性能改性三个方面进行了相关的探索和研究,主要内容包括:采用微波加热的方式可将水玻璃快速发泡成一种具有低导热系数的轻质保温材料,此过程无需加入其他发泡剂,观察材料微观结构可知水玻璃发泡材料是大量片状结构堆积而成的多孔隙材料。微波加热功率对保温材料的性能有一定的影响,微波加热功率为680W时制备的材料具有较好的性能,常温下导热系数仅为0.0527W/(m·K),密度仅为0.097g/cm3。针对水玻璃发泡保温材料存在的强度较低、吸水率过高、耐水性较差等缺点,实验中以水玻璃为主要原料,通过加入多晶硅切割废料、硅酸铝纤维和固化剂、憎水剂等添加剂对材料进行强度、憎水、耐水性能的改进,实验中选取了综合性能较好的一个配方制备出一种憎水型水玻璃保温材料,原料配比为:水玻璃中硅酸钠(100wt%)、多晶硅切割废料(15wt%)、硅酸铝纤维(4wt%)、氟硅酸钠(4wt%)和二甲基硅油(0.8wt%)。憎水型水玻璃发泡保温材料常温下导热系数仅为0.0641W/(m·K),密度为0.297g/cm3左右,抗压强度可达到0.82MPa,抗折强度可达0.51MPa,软化系数为0.91,吸水率为7.1%。添加剂的加入对发泡保温材料的性能起到了良好的改善作用。采用水玻璃为原料制备的轻质保温材料在常温下具有较好的保温性能,但是随着使用温度的提高,材料的收缩率会逐渐增大,在500℃环境下保温12h后材料的收缩率达到30%以上,这表明水玻璃发泡材料不适宜在较高温度下使用。针对水玻璃发泡材料在耐温性能上的不足,实验中采用加入高温骨架填料和酸洗改性的方式改善水玻璃发泡保温材料的高温性能,以绿色SiC为高温骨架填料,在提高材料的耐温性能的同时有效地提高了材料在高温下的隔热保温性能,未掺加SiC时发泡材料在500℃环境下保温12h时的收缩率为34.2%,500℃时的导热系数为0.0623 W/(m·K),SiC加入量为7.5wt%时收缩率下降至22.5%,导热系数下降至0.0577 W/(m·K);通过发泡保温材料的酸洗改性研究确定了最佳工艺参数:硫酸浓度为20%(质量分数),样品与酸液的体积比控制在0.15,酸洗改性时间为2h。添加7.5wt%的SiC制备的保温材料经过酸洗改性后耐温性得到提高,收缩率明显降低,900℃下保温12h收缩率仅为5.7%,导热系数为0.121 W/(m·K)。
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