CN114349521B - 一种高强度纳米绝热板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度纳米绝热板，按重量比包括：隔热填料43～75％；遮光剂7～15％；粘结剂10～20％；增强纤维2～6％；增塑剂0.5～2％；性能添加剂1～5％；水3～10％；本发明制备的纳米板具有低成本、常温耐压强度高、导热系数低的特点。选用的隔热填料均为导热系数低、重量轻的原料，本发明同时引入了碱或碱金属盐，利用其熔点低易挥发并与铝硅质材料反应的特性，使得绝热板在服役状态下原位形成新的结构增强相，同时产生较大的体积膨胀，避免传统绝热板材料在长期使用过程中出现的烧强者或是粉化现象。所述高强度纳米绝热板不但隔热性能好，在常温和高温下均能够保持足够的强度避免失效果，可以看出本发明具有突出的创新性和经济价值。

Description

一种高强度纳米绝热板及其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，尤其涉及一种高强度纳米绝热板及其制备方法。
背景技术
我国钢铁行业的能耗普遍较高，节能降耗成为各企业的重要目标，合理有效地降低钢包等冶金容器的钢水温降是冶金工艺的重要环节，而决定钢水温降的一个重要因素就是钢包等冶金容器炉衬材料的保温性。目前，冶金容器炉衬保温材料主要采用轻质浇注料、纤维绝热板、纳米绝热板等来进行保温，其中使用纳米绝热板的保温效果最好。
纳米绝热板是以超细SiO2微粉为主要成分，经混合、压制成型的板状隔热制品。授权公告号为CN 105541313B的中国专利公布了一种纳米绝热材料及纳米板的制备方法，其纳米板常温耐压强度为1.2～1.4MPa，导热系数为0.02～0.029W/m﹒K(600℃)；授权公告号为CN 102853211A的中国专利公布了一种热工设备用高效纳米绝热板极其制作方法，其产品常温耐压强度为3Mpa，常温下的导热系数为0.021W/m﹒K。
目前，钢包等冶金容器的结构设计的本意充分考虑到了钢包的保温作用，因此采用了低导热系数的纳米绝热板材料，但在使用过程中，尤其是钢包寿命后期，钢包内衬经高温钢水的加热使钢包工作衬和永久衬砖体膨胀，再加上钢水的静压力和包壳受热形变，会使纳米绝热板受到挤压，同时其自身含有较多有机物，高温易失效，材料也进一步烧结和粉化，从而失去了良好的保温效果。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种利用固体废弃物棕制备一种强度高、导热系数低的纳米绝热板，提高其在钢包等冶金容器使用过程中的可靠性。
技术方案：本发明的高强度纳米绝热板，按重量比包括：
Figure BDA0003397176730000011
Figure BDA0003397176730000021
其中，所述隔热填料为棕刚玉烟尘、白炭黑、漂珠的一种或多种，其粒径≤0.2mm；所述性能添加剂为碱或碱金属盐，化学式为ROH、R2CO3，R为Li、Na或K，其粒度＜0.044mm。
进一步地，所述遮光剂为纳米碳化硅、纳米锆英石中的一种或两种，粒度＜200nm。
进一步地，所述粘结剂为硅酸镁铝，粒度＜0.044mm。
进一步地，所述增强纤维为氧化铝纤维，氧化锆纤维或硅酸铝纤维中的一种或两种，纤维长度＜5mm。
进一步地，所述增塑剂为硬脂酸镁，粒度＜0.044mm。
本发明的一种高强度纳米绝热板的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照配比准备原料，先将增强纤维与增塑剂进混合，利用机械搅拌或超声波分散仪进行分散；
(2)将上述混合物与隔热填料、遮光剂、粘结剂、增塑剂、性能添加剂一起在搅拌机中进行混制，加入水混炼获得泥料；
(3)将泥料用模压成型工艺制备成不同尺寸的板状，并经烘干后，利用薄膜或锡纸真空包装。
进一步地，所述混制的时间为1～3h。
进一步地，所述混炼的时间为20～60min。
进一步地，所述烘干的温度为100～150℃。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
(1)本发明制备的纳米板具有低成本、常温耐压强度高、导热系数低的特点。选用的隔热填料均为导热系数低、重量轻的原料，并采用纳米碳化硅、纳米锆英石作为遮光剂能够显著抑制绝热板在服役状态下辐射传热，选用硬脂酸镁作为增塑剂，不但润滑增塑效果好，密度轻，使得纤维易分散，并经混炼获得的泥料具有很好的流动性和可压性，其在200℃下挥发，气孔率增高，有利于隔热。硅酸镁铝作为粘结剂，特别适合粉体的粘合，和其他有机粘合剂不同，在干燥过程中不会移动至绝热板的表面。这种非移动特性，对保证产品的结构的均一性是必要的。本发明同时引入了碱或碱金属盐，利用其熔点低易挥发并与铝硅质材料反应的特性：R(OH)+SiO2/Al2O3→R2SiO3/RAlO2+H2O；R2CO3+SiO2/Al2O3→R2SiO3/RAlO2+CO2。上述反应够使得绝热板在服役状态下原位形成新的结构增强相，同时产生较大的体积膨胀，避免传统绝热板材料在长期使用过程中出现的烧强者或是粉化现象。由上可以看出，所述高强度纳米绝热板不但隔热性能好，在常温和高温下均能够保持足够的强度避免失效果，可以看出本发明具有突出的创新性和经济价值，该高强度绝热板具有以下特性：
Figure BDA0003397176730000031
(2)本发明的制备方法简单高效，绿色环保，适于大规模生产。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
选用重量分数配比，其中隔热填料为棕刚玉烟尘20％、白炭黑20％、漂珠35％，粒径≤0.2mm；选用的遮光剂为纳米碳化硅3％、纳米锆英石4％，粒度＜200nm；先用的粘结剂为硅酸镁铝10％，粒度＜0.044mm；选用的增强纤维为氧化铝纤维1％，硅酸铝纤维1％，纤维长度＜5mm；选用的增塑剂为硬脂酸镁2％，粒度＜0.044mm；选用的性能添加剂为LiOH1％，＜0.044mm；水3％。
按照配比准备上述原料，先将增强纤维与硬脂酸镁进混合，利用机械搅拌或是超声波分散仪进行分散，再将其与隔热填料、遮光剂、粘结剂、增塑剂、性能添加剂一起在搅拌机中进行混制1h后，加入适量的水混炼20min获得泥料，利用模压成型工艺制备成不同尺寸的板状，并经100℃烘干，利用薄膜真空包装。
实施例2
选用重量分数配比，其中隔热填料为棕刚玉烟尘20％，白炭黑23％，选用隔热填料粒径≤0.2mm；选用的遮光剂为纳米锆英石15％，粒度＜200nm；所述的粘结剂为硅酸镁铝20％，粒度＜0.044mm；选用的增强纤维为氧化锆纤维6％，纤维长度＜5mm；选用的增塑剂为硬脂酸镁1％，粒度＜0.044mm；选用的性能添加剂为Na2CO 35％，粒度＜0.044mm；水10％。
按照配比准备上述原料，先将增强纤维与硬脂酸镁进混合，利用机械搅拌或是超声波分散仪进行分散，再将其与隔热填料、遮光剂、粘结剂、增塑剂、性能添加剂一起在搅拌机中进行混制3h后，加入适量的水混炼60min获得泥料，利用模压成型工艺制备成不同尺寸的板状，并经150℃烘干，利用薄膜或是锡纸真空包装。
实施例3
选用重量分数配比，其中隔热填料为白炭黑20％、漂珠36％，选用隔热填料粒径≤0.1mm；选用的遮光剂为纳米碳化硅12％，粒度＜150nm；所述的粘结剂为硅酸镁铝15％，粒度＜0.030mm；选用的增强纤维为氧化铝纤维2％，氧化锆纤维3％，纤维长度＜5mm；选用的增塑剂为硬脂酸镁0.5％，粒度＜0.044mm；选用的性能添加剂为Li2CO 34％，粒度＜0.044mm；水7.5％。
按照配比准备上述原料，先将增强纤维与硬脂酸镁进混合，利用机械搅拌或是超声波分散仪进行分散，再将其与隔热填料、遮光剂、粘结剂、增塑剂、性能添加剂一起在搅拌机中进行混制2h后，加入适量的水混炼40min获得泥料，利用模压成型工艺制备成不同尺寸的板状，并经120℃烘干，利用锡纸真空包装。
实施例4
选用重量分数配比，其中隔热填料为漂珠63％，选用隔热填料粒径≤0.2mm；选用的遮光剂为纳米碳化硅6％、纳米锆英石6％，粒度＜150nm；所述的粘结剂为硅酸镁铝12％，粒度＜0.030mm；选用的增强纤维为硅酸铝纤维3％，纤维长度＜5mm；选用的增塑剂为硬脂酸镁1.5％，粒度＜0.044mm；选用的性能添加剂为KOH 2％，粒度＜0.044mm；水6.5％。
按照配比准备上述原料，先将增强纤维与硬脂酸镁进混合，利用机械搅拌或是超声波分散仪进行分散，再将其与隔热填料、遮光剂、粘结剂、增塑剂、性能添加剂一起在搅拌机中进行混制1.5h后，加入适量的水混炼30min获得泥料，利用模压成型工艺制备成不同尺寸的板状，并经110℃烘干，利用薄膜真空包装。
Figure BDA0003397176730000051

Claims (7)

1.一种高强度纳米绝热板，其特征在于，按重量比包括：
隔热填料        43~75%；
遮光剂          7~15%；
粘结剂          10~20%；
增强纤维        2~6%；
增塑剂          0.5~2%；
性能添加剂      1~5%；
水              3~10%；
其中，所述隔热填料为棕刚玉烟尘、白炭黑、漂珠的一种或多种，其粒径≤0.2mm；所述性能添加剂为碱或碱金属盐，化学式为ROH、R2CO3，R为Li，其粒度＜0.044mm；所述增塑剂为硬脂酸镁，粒度＜0.044mm。
2.根据权利要求1所述的高强度纳米绝热板，其特征在于，所述遮光剂为纳米碳化硅、纳米锆英石中的一种或两种，粒度＜200nm。
3.根据权利要求1所述的高强度纳米绝热板，其特征在于，所述粘结剂为硅酸镁铝，粒度＜0.044mm。
4.根据权利要求1所述的高强度纳米绝热板，其特征在于，所述增强纤维为氧化铝纤维，氧化锆纤维或硅酸铝纤维中的一种或两种，纤维长度＜5mm。
5.一种权利要求1所述的高强度纳米绝热板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按照配比准备原料，先将增强纤维与增塑剂进混合，利用机械搅拌或超声波分散仪进行分散；
（2）将上述混合物与隔热填料、遮光剂、粘结剂、增塑剂、性能添加剂一起在搅拌机中进行混制，加入水混炼获得泥料；
（3）将泥料用模压成型工艺制备成不同尺寸的板状，并经烘干后，利用薄膜或锡纸真空包装。
6.根据权利要求5所述的高强度纳米绝热板的制备方法，其特征在于，所述混制的时间为1~3h。
7.根据权利要求5所述的高强度纳米绝热板的制备方法，其特征在于，所述混炼的时间为20~60min。
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