（制浆造纸工程专业论文）湿法硅酸铝纤维纸专用胶粘剂的制备及应用.pdf

山 一l “ i i i 1l ii l lij i l liir ljij y 1714 6 9 0 t h ea p p l i c a t i o no f o fe n g i n e e r i n g p r e p a r e t i o na n da p p l i c a t i o no f a d h e s i v eu s e di n a l u m i n a - s i l i c a t ef i b e rp a p e r c a n d i d a t e ：l i q u a n p e n g s p e c i a l t y ：p u l p a n dp a p e re n g i n e e r i n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r z h a oc h u a n s h a n s h a n d o n gi n s t i t u t eo fl i g h ti n d u s t r y , j i n a n ，c h i n a j u n e ，2 0 1 0 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文 中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或 成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 论文作者签名：誊左舶 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工 业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为山东轻工业学院。 论文作者签名：差垒幽 导师签名： 拯睹幽 r 觌：1 。年6 日 秀r 日期：2 。后年多月缪同 。 目录 摘要i a b s t r a c t i 第1 章绪论l 1 1 特种纸和功能纸的发展1 1 2 国内外保温隔热材料的发展现状1 1 2 1 保温材料的分类l 1 2 2 隔热材料发展趋势3 1 3 硅酸铝纤维的发展现状和趋势4 1 3 1 硅酸铝纤维的制备方法及类型4 1 3 2 硅酸铝纤维制品的发展5 1 3 3 硅酸铝纤维纸的发展一5 1 4 胶粘剂的发展现状6 1 4 1 胶粘剂的工作原理和性质6 1 4 2 胶粘剂的分类7 1 4 3 耐高温胶粘剂的发展1 l 1 4 4 胶粘剂的化学结合力及原理1 2 1 5 论文研究目的、意义及内容1 4 1 5 1 论文研究目的、意义1 4 1 5 2 主要研究内容14 第2 章硅酸铝纤维纸胶粘剂的选用及复配的研究1 5 2 1 引言15 2 2 实验部分16 2 2 1 实验原料l7 2 2 2 实验方法l7 2 3 结果与讨论1 8 2 3 1 硅酸铝纤维的检测分析1 8 2 3 2 胶粘剂耐温性能的比较1 9 h 录 2 3 3 胶粘剂增强性能的比较2 0 2 3 4 有机与有机胶粘剂的复配2 2 2 3 5 无机与无机胶粘剂的复配2 5 2 3 6 无机与有机胶粘剂的复配2 6 2 4 本章小结2 7 第3 章无机胶粘剂改性的研究2 9 3 1 引言2 9 3 2 实验部分2 9 3 。2 1 实验原料与仪器2 9 3 2 2 实验方法2 9 3 3 结果与讨论3 0 3 3 1 磷酸氢二钠对水玻璃的改性研究3 0 3 3 2 四硼酸钠对水玻璃的改性研究3 3 3 3 3 改性无机胶粘剂效果检测3 5 3 4 本章小结3 6 第4 章改性有机胶粘剂的制备3 9 4 1 引占3 9 4 1 1 酚醛树脂的特点及应用3 9 4 1 2 酚醛树脂的耐温性能4 0 4 1 3 硼酸改性酚醛树脂的原理4 0 4 2 实验部分4 1 4 2 1 实验原料及仪器4 l 4 2 2 硼酸改性酚醛树脂的制备方法4 1 4 3 结果与讨论4 2 4 3 1 硼改性酚醛树脂的制备条件的探讨4 2 4 3 2 硼改性酚醛树脂溶解性的检测4 3 4 3 3 硼酸改性酚醛树脂改性效果的检测4 3 4 3 4 硼酸改性酚醛树脂的检测分析4 7 4 4 本章小结4 8 第5 章硅酸铝纤维纸固体胶粘剂的研究5 l 山东轻丁业学院硕j j 学位论文 5 1 引言5l 5 1 1p v a 纤维的性能及特点5 l 5 1 2p v a 纤维的应用5 1 5 1 3p v a 纤维的发展前景5 2 5 1 4p v a 纤维的技术指标5 2 5 2 实验部分5 2 5 2 1 实验原料及仪器5 3 5 2 2 实验步骤5 3 5 3 结果与讨论5 3 5 3 1p v a 纤维对硅酸铝纤维纸张的影响5 3 5 3 2p v a 纤维与有机胶粘剂的复配对硅酸铝纤维纸张的影响5 6 5 3 3p v a 纤维与无机胶粘剂的复配对硅酸铝纤维纸张的影响5 7 5 3 4p v a 纤维与胶粘剂复配的性能检测5 9 5 4 本章小结6 0 第6 章不同产品胶粘剂配方的设计一6 3 6 1 引言6 3 6 2 实验部分一6 3 6 2 1 实验原料及仪器6 4 6 2 2 实验步骤6 4 6 3 结果与讨论一6 4 6 3 1 保温杯隔热纸胶粘剂配方的设计6 4 6 3 2 加湿器隔热纸胶粘剂配方的设计6 5 6 3 3 高温炉衬隔热材料胶粘剂配方的设计6 5 6 3 4 胶粘剂对硅酸铝纤维纸隔热性能的影响6 6 6 3 本章小结6 8 第7 章全文结论及创新之处6 9 7 1 全文结论6 9 7 1 1 胶粘剂的选用及复配6 9 7 1 2 无机胶粘剂的改性6 9 7 1 3 改性有机胶粘剂的制备7 0 7 1 4 固体胶粘剂的应用7 0 1 i i 塑l 7 l 5 胶粘剂的配方设计7 1 7 2 论文创新之处7 l 7 2 需进一步研究之处7 1 参考文献7 3 致 虬7 9 发表的文章8 1 i v 山东轻丁业学院硕 ：学位论文 摘要 薄型保温隔热材料硅酸铝纤维纸具有容重小、热导率低、隔热性能良好、环 境污染小、使用寿命长等优点。硅酸铝纤维纸应用于各个不同领域，因此需要制 各出可在不同温度条件下使用的硅酸铝纤维纸。本文研究的目的是通过对胶粘剂 复配和改性的研究，来制备出不同温度条件下的硅酸铝纤维纸张所适合的胶粘剂， 从而使抄造出的硅酸铝纤维纸n 丁满足强度和耐高温等各种指标。具体工作和主要 成果如下： 1 、胶粘剂复配的研究 有机胶粘剂能赋予硅酸铝纤维纸良好的物理强度，其中酚醛树脂增强效果 优于c m c ，c m c 优于p v a ，但有机胶粘剂不能耐高温：无机胶粘剂能够耐高温， 但增强效果较差，其中水玻璃的增强效果最好。 有机胶粘剂复配能够起到相互助滤助留的作用，从而提高增强效果。可以 用c m c 作为基准试剂，其他试剂辅助的加入，得出c m c 与阳离子淀粉最佳配比 为l ：1 ，c m c 和p v a 最佳配比为8 ：2 。无机与无机胶粘剂复配能够提高增强效果， 硅溶胶与水玻璃复配比例最终确定为1 0 ：l 。通过探讨确定水玻璃与p v a 复配比例 为1 0 ：l ，抄造出的硅酸铝纤维纸张能够耐4 0 0 的高温，并且在常温下赋予纸页 较高的物理强度。 2 、无机胶粘剂改性的研究 通过对水玻璃进行磷酸氢二钠和四硼酸钠的改性，改善了水玻璃的高温溃散 性和成纸的脆性。通过实验探讨初步确定改性剂磷酸氧二钠的用量为4 、四硼 酸钠用量为2 5 。 水玻璃经过磷酸二氢钠和网硼酸钠改性后，硅酸铝纤维纸的抗张强度和耐 折度都有了明显提高，四硼酸钠改性效果在提高纸页强度方面好于磷酸二氢钠。 3 、改性有机胶粘剂的制备 用硼酸对有机胶粘剂酚醛树脂进行改性，其最佳条件为：反应物摩尔比为 n ( 苯酚) ：n ( 甲醛) ：n ( 硼酸) = 1 0 ：1 5 ：o 4 ，催化剂氨水用量为反应物总质量的 1 0 ；缩合反应温度为6 0 7 0 范围，时间为2 0 h - - 一2 5 h ，酯化反应温度为 1 0 0 ，时间为3 小时左右。 通过应用发现，硼改性酚醛树脂不仅常温下对硅酸铝纤维成纸具有很好的 粘结效果，成纸强度较高，而且在高温下也具有很好的粘结效果，可以耐到 6 0 0 的高温。对硼酸改性酚醛树脂耐高温机理进行了探讨，硼酸改性后酚醛树 脂，不仅减少了体系中的游离酚羟基，而且所引入硼氧键的键能远大于碳碳键的 摘要 键能，使其可以耐一定的高温。 4 、固体胶粘剂的探讨 添加p v a 纤维抄造硅酸铝纤维纸张的最佳条件为：2 0 p v a 纤维添加量： 1 4 0 。c 下干燥；分散时l 甘j 为2 1 0 s 。通过胶粘荆复配的研究，得出复配胶粘剂的最 佳用量为：c m c 用量1 0 ，p a c 、硅溶胶和水玻璃的用量为5 0 5 、不同产品胶粘剂的配方 保温杯隔热纸胶粘剂选用有机的酚醛树脂，加入量为1 0 ；加湿器隔热纸 胶粘剂选用水玻璃与p v a 的复配，加入量为水玻璃2 0 ，p v a 2 ；高温炉衬硅 酸铝纤维纸板，胶粘剂选用四硼酸钠改性的水玻璃，用量定为2 0 。 纸张干燥以后胶粘剂成膜，而且以硅酸铝纤维为骨架，在局部形成了封闭 的气仓，在这擘我们可以把这种气仓看成是闭气孔，这种闭气孔降低了空气的对 流传热，一定程度上提高了硅酸铝纤维纸的隔热性能。 关键词：硅酸铝纤维；胶粘剂；造纸；p v a 纤维；隔热机理 i f i b e rp a p e rc a n b eu s e di nv a r i o u si n d u s t r i e s s ow en e e dt op r e p a r ea l u m i n as i l i c a t ef i b e rp a p e r s w h i c hh a v ed i f f e r e n th e a tr e s i s t a n c e i nt h i sr e s e a r c h ，t h ef o r m u l a t i o na n dm o d i f i c a t i o n o fa d h e s i v eu s e di na l u m i n as i l i c a t ef i b e rw e r ei n v e s t i g a t e d t h ea d h e s i v e ss u i tf o r a l u m i n as i l i c a t ef i b e rp a p e rw i t hd i f f e r e n tc o n d i t i o n sw a sp r e p a r a t i o n e d c o n c r e t ew o r k a n dm a j o ra c h i e v e m e n t si n c l u d e da sf o l l o w s ： 1t h ef o r m u l a t i o no f a d h e s i v e t h ea l u m i n as i l i c a t ef i b e rp a p e ra d d i n go r g a n i ca d h e s i v eh a sg o o dp h y s i c a l s t r e n g t h t h ee f f e c to fp h e n o l i cr e s i nw a sb e s t b u tt h eo r g a n i ca d h e s i l v e sh a v el o w h e a t - - r e s i s t a n t q u a l i t y i n o r g a n i c a d n e s i v eh a s g o o dh e a t - r e s i s t a n tq u a l i t yw h i l e b o n d s t r e n g t hw a sb a d s o d i u ms i l i c a t ew a sg o o dt h a no t h e r s t h ee f f e c to fp a p e rs t r e n g t hw a sg o o dw h e na d h e s i v ew e r ef o r m u l a t e d t h e r e t e n t i o no fa d h e s i v ew a si n c r e a s e dw i t hf o r m u l a t i o n t h eb e s tf o r m u l a t i o nr a t i o b e t w e e nc m ca n dc a t i o n i cs t a r c hw a s1 ：1 t h eb e s tf o r m u l a t i o nr a t i ob e t w e e nc m c a n dp v aw a s8 ：2 t h ef o r m u l a t i o nr a t i ob e t w e e nl u d o xa n ds o d i u ms i l i c a t ew a s d e s i g n e d 10 ：1 a n dt h ef o r m u l a t i o nr a t i ob e t w e e ns o d i u ms i l i c a t ea n dp v aw a s d e s i g n e d10 ：1 n ef o r m u l a t e da d h e s i v eb e t w e e ns o d i u ms i l i c a t ea n dp v aa d d i n gi n s l u m i n as i l i c a t ef i b e rp a p e rc a nb eu s e di n4 0 0 。c 21 1 1 em o d i f c a t i o no fi n o r g a n i ca d h e s i v e 。t h eb r i t t l e n e s sa n ds t r e n g t hp e r f o r m a n c eo fs o d i u ms i l i c a t ew e r ei m p r o v e db y m o d i f i c a t e dw i t hd i s o d i u mh y d r o g e np h o s p h a t ea n db o r a x n eb e s td o s a g eo f d i s o d i u mh y d r o g e np h o s p h a t ew a s4 t h eb e s td o s a g eo f b o r a xw a s2 5 t h es t r e n g t ho fa l u m i n as i l i c a t ef i b e rp a p e ra d d i n gm o d i f i c a t e ds o d i u m s i l i c a t ew a si m p r o v e d t h ee f f e c to fm o d i f i c a t i o nw i t hb o r a xw a sb e t t e rt h a nd i s o d i u m h y d r o g e np h o s p h a t e 3p r e p a r a t i o no fm o d i f i c a t e do r g a n i ca d h e s i v e p h e n o l i cr e s i nw a sm o d i f i e dw i t hb o r i ca c i d t h eo p t i m u mp r e p a r a t i o n c o n d i t i o n sb ye x p e r i m e n t a ls t u d yw e r ea sf o l l o w s ：t h eb e s tm o l a rr a t i oo fp h e n o l ： a l d e h y d e ：b o r i ca c i dw a s1 ：1 5 ：o 4 t h ed o s a g eo fa m m o n i al i q u o ra sc a t a l y s tw a s a b s t r a c t l o t h ec o n d e n s a t i o nr e a c t i o nt i m ew a s2 0 , - 一2 5h o u r si nt h ec o n d i t i o no f 6 0 8 0 t h ee s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o nt i m ew a s3h o u r si 1 1t h et e m p e r a t u r ec o n d i t i o no f10 0 m o d i f i e dp h e n o l i cr e s i nh a dar e s i s t a n c et oh i g ht e m p e r a t u r eu pt o6 0 0 。c ， w h i c hc o u l db em a i n l ye x p l a i n e db yr e d u c eo ff r e eh y d r o x y l g r o u pq u a n t i t ya n d i n t r o d u c eo fb o r o n - o x y g e nb o n d w h o s eb o n d i n ge n e r g yw a sh i g h e rt h a nt h a to f c a r b o n - c a r b o nb o n d 4d i s c u s s i o no fs o l i da d h e s i v e n eo p t i m u mc o n d i t i o n so f a d d i n gp v a f i b e ru s e di na l u m i n as i l i c a t ef i b e rp a p e r w e r ea sf o l l o w s ：t h ed o s a g eo fp v af i b e rw a s2 0 ，d r y i n gt e m p e r a t u r ew a s14 0 ( 2 ，a n d j i t t e r t i m ew a s2 10 s t h ed o s a g e so ff o r m u l a t e da d h e s i v ew e r e ：c m cw a sl0 s o d i u m s i l i c a t e 1 u d o xa n dp a cw e r e5 0 5f o r m u l ao f a d h e s i v eu s e di nd i f f e r e n tp r o d u c t i o n s t h ea d h e s i v eu s e di nv a c u u mc u pw a sl0 p h e n o l i cr e s i n t h ea d h e s i v eu s e d i nh u m i d i f i e rw a s2 0 s o d i u ms i l i c a t ea n d2 p v a t h ea d h e s i v eu s e di nh i 醯 t e m p e r a t u r es t o v ew a s2 0 m o d i f i c a t i o ns o d i u ms i l i c a t ew i t hb o r a x t 1 1 em e m b r a n ew a sf o r m e dw i t ha d h e s i v eu s e di na l u m i n as i l i c a t ef i b e rp a p e r n l ec o n v e c t i v eh e a tt r a n s f e ro fa i rw a sr e d u c e di nt h ei m p a c to fm e m b r a n e s ot h e h e a t - s h i e l d i n gp e r f o r m a n c eo fa l u m i n as i l i c a t ef i b e rp a p e rw a si m p r o v e d k e yw o r d s ：a l u m i n as i l i c a t ef i b e r , a d h e s i v e ，p a p e r m a k i n g ，p v af i b e r , h e a ti n s u l a t i o n m e c h a n i s m 山东轻丁业学院硕f ：学位论文 1 1 特种纸和功能纸的发展 第1 章绪论 随着国民经济的迅速发展，纸张在各个领域中占有越来越重要的作用，然而， 单纯用植物纤维抄造的纸张虽然有许多良好的性能，但同时也存在许多缺点和局 限性。例如，纸页强度较低、表面光泽度和平滑度较低以及纸页尺寸稳定性较差 等等。因此植物纤维纸需要加工改性，或直接用各种人造纤维来造纸，从而满足 不同的性能。人们r 常生活中用于书写、包装、印刷以及卫生等方面的纸张称为 普通纸，除此之外的用于一些特殊用途的纸张，我们称其为特种鲥。近年来， 人们开始从纸张功能的角度出发，把赋予原纸新功能的纸统称为功能纸。因此特 种纸与功能纸可以认为是从不同的角度，对普通纸以外的纸张的称呼。功能纸又 可分为植物性纤维纸和非植物性纤维纸。植物性纤维纸顾名思义是指用植物纤维 抄造出的纸张，但由于某些特殊用途和特殊性能的要求，某些纸张不一定用植物 纤维来抄造，可以根据其需要选用各种人造纤维，因此我们把由各种非植物纤维 抄造的纸张称为非植物纤维纸，耐火隔热纸便是其中的一种【2 j 。随着信息时代和 工业化社会的不断发展，人们对功能纸的要求也越来越广泛，采用特殊纤维抄造 的纸张也在寻求各种功能化的途径，并且由于全球环保意识的加强，纸张的功能 化技术和加工技术亦向着生态和环保的方向发展，从而使特种纸和功能纸成为一 个高科技含量和高附加值的领域，因此，特种纸和功能纸的发展将前途无量【引。 1 2 国内外保温隔热材料的发展现状 近年来，我国的经济迅猛发展，但能源的发展却相对较慢，能源短缺的问题 也同益凸显出来，要想解决能源短缺的问题关键在于节能，保温隔热材料的使用 能够减少热量的损失，节约能源，同时还能保证生产的安全，改善劳动环境【4 】。 目前，保温隔热材料由于具有特有的保温、隔热和防火等性能被广泛应用于化 工、能源开发和航空航天等各个领域，对我国的经济发展发挥了不可替代的作用 【5 1 。保温隔热材料具有疏松、质轻、多孔和热导率低等优点，保温隔热材料的性 能决定了其保温的效果和保温隔热的成本，因此采用优质的保温隔热材料和大力 发展保温隔热材料工业对我国的节能以及经济的发展具有重要的意义。 1 2 1 保温材料的分类 目前常用的保温材料的种类、性能以及用途见表1 1 ： 第1 章绪论 表1 1 保温材料的种类、性能及h j 途 性能特点 序保温材 种类 主要h j 途 号 料 优点 缺点 1 不易装贴使用 矿棉及 矿渣棉 质轻、价廉、热导 2 纤维尘埃危害人 保温、编热、防 l 率低、防蛀、耐瞄 体健康 震的无机纤维材 其制品 与岩棉 蚀、化! 学稳定性好3 一日船舱进水 料 时，材科吸水严重， 且不易排净 玻璃棉 质轻、热导率低、 2及其制 短棉和超细棉不燃、防蛀、耐髓 同矿棉同矿棉 u 蚀、化学稳定性好 日日 硅酸钙密度小、耐热度高， 绝热制 热导率低，抗折和 在低温部位使朋时硬质块状保温材 3 矿棉 品保温 抗压强度较高，收价格高 料 材料 缩率小 易于旄f ：、热导率 高级保温隔热材 聚合物发泡犁低、吸收率较小、 遇热变形 料 泡沫犁 保温效粜稳定 4保温材 容易受潮，浸丁水 料 密度小，保温性能 中易潮解，弹性恢 泡沫，f i 棉 保温板材料 好和施l ：方便复系数小，且不能 接触火焰 碎酸镁、硅酸可塑性强、热导率 伺纤维质保温材 铝、稀十等复合低、耐高温、浆料 有机类的不环保 料 复合硅 保温材料 干燥收缩率小 5酸盐保 温材料 适用范同广，抗老 海泡f i 保温材化和酸碱，热导率 易空鼓开裂 常用于室内顶棚 料 低，质轻、骗音、 和建筑糙面 舫火、 纤维质 碎酸铝纤维、氧 防火和保温性能良 1 建筑墒体和怒 6保温材 化铝纤维、玻璃 好，密度低、导热不易成形 面的保温2 闺内 纤维、莫来，f j 纤 外各类先进武器 料系数低、高热容 维等 的热防护 2 山东轻t 业学院顾i ：学位论义 1 2 2 隔热材料发展趋势 近年来，隔热材料向着憎水性隔热材料、纳米孔隔热材料、真窄粉术隔热材 料和复合隔热材料的方向发展。下面介绍各种新型隔热材料的性能特点及用途 f “1 0 1 ，见表1 2 。 表1 2 新型隔热材料的分类、性能及j | j 途 序隔热 性能、特点 口 种类举例 主要h j 途 了材料 优点缺点 气凝胶 绝热性能良好、迮续化 价格昂 纳米空间网络结构、纳水级 贝 孔绝 孔隙结构 l超效绝热材料 热材 料绝热性能良好、热导率价格昂 纳米孔硅质绝热材料 低 虫 贝 憎水 性隔 材料憎水性强，吸水率 2纳米活性碳酸钙易龟裂保温和装饰 热材低 料 真空结构性能和l ：艺性能 粉末良好，且绝热性能优丁造价较主要用丁低温 3c f c 泡洙材料 隔热常压卜- 的各种绝热方 高 一l ：程 材料式 膨胀珍珠岩 易吸可制成i 司定外 或膨胀硅f i密度小，保温性能良好 水、不 形的制品或做 隔热材料与类防潮成泥浆来使州 复合 粘结剂复合 4 绝热 涂料类隔热 产品 比重较小，价格低廉 易脱落1 ，能、装饰 材料 自蔓延技术、热喷涂技术和 防水性 装饰、保温利刚空心氧化锆纤维材料外观好、性能稳定 能差 的无机复合隔热层技术等 第l 章绪论 1 3 硅酸铝纤维的发展现状和趋势 1 3 1 硅酸铝纤维的制备方法及类型 硅酸铝纤维作为保温、耐火以及隔热材料已有相当长的历史，由于硅酸铝纤 维具有质量轻、占用空间小等优点，使得硅酸铝纤维得到迅速的发展和利用，并 受到人们越来越多的重视。目前，硅酸锚纤维已经开始用来制备新的薄层隔热复 合材料12 1 。 硅酸铝纤维主要是由高岭土、石英砂、耐火粘土等与氧化铝混合而成。制备 硅酸铝纤维的工艺流程大致如下：首先将上述原料放入电炉中，在2 0 0 0 左右 的温度下使原料熔化，熔融的高粘度的液体在强烈的空气流或离心力的带动下喷 吹或甩丝而出，而后细丝冷却凝周成直径约为2 1 t m - 3 0 9 m ，长度约为2 5 m m 2 5 0 m m 的硅酸铝纤维( 1 3 1 。在制造硅酸铝纤维的同时也会形成许多粒状或不规则 物料或渣料，含量约为硅酸铝纤维质量的3 0 ，直径一般超过8 0 1 a m 1 0 0 1 t m ， 这些渣球不利于硅酸铝纤维制品的制备，在制备硅酸铝纤维制品的过程中一般先 将其除去。 根据硅酸铝纤维化学组成和矿物组成的不同，可以分为以下几类，见表 1 3 。 表1 3 硅酸铝纤维的分类和组成 表1 3 中前4 类分别为标准、高纯、高纯含铝和高纯含锆硅酸铝纤维，纤维 以非晶体的形态存在，通常在1 0 0 0 。c 左右会开始析晶，从而产生莫来石、石英 和刚玉这三种晶体，三种晶体构成的硅酸铝纤维具有不同的特性，在析晶的嗣时， 纤维的密度增大，弹性降低。此外，随着析晶的逐渐增多和晶体的不断长大，纤 维会逐渐变脆甚至破损，因此限制了此类纤维的使用温度和使用寿命。由此可知， 表中第3 类硅酸铝纤维的使用温度高于第l 、2 类，第4 类纤维虽然s i 0 2 含量较 高，但由于其含有一定的氧化锆，阻止了晶体的长大，因此使用温度与第3 类接 近f 1 4 】。 4 山东轻下业学院硕l ：学位论文 表1 3 中5 - 6 类硅酸铝纤维以晶体的形态存在，没有析晶过程的出现，因此 使其使用温度较高，多晶莫来石硅酸铝纤维在1 5 0 0 以下较稳定，高于1 5 0 0 。c 后其晶粒长大，因而丧失耐高温性能5 | 。 1 3 2 硅酸铝纤维制品的发展 硅酸铝纤维经过水沈和除淹等工序后，可制备各种硅酸铝纤维制品，硅酸铝 纤维与其它功能材料复合也可以制备出具有独特功能的制品，常用的有硅酸铝纤 维板、纤维毡以及纤维纸和纤维绳等。由于硅酸铝纤维制品的密度较小，一般在 1 0 0 k g m 3 - - - - 2 5 0 k g m 3 之间，而硅酸铝纤维制品中空气所占的比例高达9 4 - - - - 9 6 ，所以硅酸铝纤维制品具有良好的保温隔热性能i l 引。 硅酸铝纤维制品的制造有加入胶粘剂和不加胶粘剂两种方法。不加入胶粘剂 抄造纤维制品的方法一般是采用针刺成型的方法，主要是利用刺针在上下运动的 两层硅酸铝纤维板之间穿过，从而将两层纤维板联接在一起。使用针刺成型的方 法，可以制造出不同厚度和密度的纤维板和毡的制品【1 7 _ 引。 添加胶粘剂抄造硅酸铝纤维制品是最常用的制备方法，主要是利川胶粘剂的 粘结性能使硅酸铝纤维粘结在一起，加入胶粘剂制得的硅酸铝纤维材料具有较高 的物理强度，一般采用真空成型的方法。具体过程是首先将硅酸铝纤维与胶粘剂 混合，而后将所需的模子浸入其中，在真空抽吸的作用下纤维吸附在模子内，从 而制备出所需的硅酸铝纤维制品，纤维制品的厚度可有真空持续的时间来控制。 此过程中硅酸铝纤维的性能、胶粘剂的性能以及工艺参数对硅酸铝纤维制品的影 响都较大【1 9 2 0 1 。 硅酸铝纤维制品可应用于同常生活中的许多领域。例如作为工业窑炉的内 衬，由于添加了硅酸铝纤维制品，使得工业窑炉的热量不易散失，提高了热量的 利用效率。硅酸铝纤维制成的内衬体积小、寿命长、耐温性能良好，制成硅酸铝 纤维板己广泛应用于窑炉内衬，提高了企业的经济效益。保温杯中添加一层硅酸 铝纤维纸可以提高杯子的保温性能，且硅酸铝纤维纸质轻，使用方便。在航空领 域领域，硅酸铝纤维制品可作为发动部件的隔热层，为祖国的航空航天事业贡献 一份力量【2 1 1 。 1 3 3 硅酸铝纤维纸的发展 随着无机化合物和无机物纤维的发展，人们开始用无机纤维加工成无机纤维 纸张，无机纤维纸具有耐热、阻燃以及抗化学药剂等特点，因此应用广泛1 2 2 1 。 硅酸铝纤维属于无机矿物纤维，纤维表面光滑，纤维都钢直挺硬，纤维交织 性差，在抄造硅酸铝纤维纸张的过程中不能像植物纤维之间的结合一样形成氢键 2 引。而且在打浆的过程中只有切断作用，不能分丝帚化，抄纸脱水后不易形成具 5 第1 章绪论 有强度的纸页，因此硅酸铝纤维较难成纸，需考虑添加一定量的胶粘剂，通过添 加胶粘剂抄造硅酸铝纤维纸张的过程中应同时考虑纸张的强度和纸张的耐高温性 能两个方面。 硅酸铝纤维纸一般采用湿法抄造，湿法硅酸铝纤维纸主要是以硅酸铝纤维为 原料，加入一定量的胶粘剂、填料和助剂等，用造纸的工艺来抄造出的纸张。湿 法抄造硅酸铝纤维纸的过程中首先应对硅酸铝纤维进行打浆，因为硅酸铝纤维太 长则不宜分散，抄纸不易形成匀度较高的纸页；如果纤维太短，抄造出的硅酸铝 纤维纸张强度则太低，因此，应合理控制打浆的时间，控制打浆后的硅酸铝纤维 在一定长度范围之内【2 4 1 。 1 4 胶粘剂的发展现状 1 4 1 胶粘剂的工作原理和性质 在纸张的抄造过程中，通常使用胶粘剂将纤维或者材料通过一定的工艺粘合 在一起，粘合力是胶粘剂的重要性能。胶粘剂粘结力的形成主要包括粘合材料的 表面润湿、胶粘剂分子向材料内部的迁移、扩散和渗透几个过程，通过粘合剂和 被粘合材料的机械和物理化学作用使基材粘合在一起 2 副。 胶粘剂的机械作用是指胶粘剂分子渗入被粘结基材的内部，固化后形成的结 合力，包括勾键、钉键、根键等的作用。机械作用对粘结强度的贡献于胶粘剂的 特性有关，也与被粘合基材的表面和内部结构有关1 2 6 2 b 】。对于木材和原纸等多空 隙的材料来说，机械作用对粘合强度的贡献很大。 胶粘剂与基材之间的物理和化学作用是指在粘结的过程中，胶粘剂分子经过 对基材的表面润湿、内部迁移、扩散和渗透等过程后，与被粘结基材表面的距离 逐渐缩小，当胶粘剂分子与被粘结基材的表面的分子距离小于5 0 n m ，这时胶粘 剂与被粘结基材产生物理化学作用，从而产生化学键结合，如离子键、配位键、 共价键等，以及次价键的结合，入氢键、范德华力等。对于表面较光滑、没有空 隙结构的基材来说，胶粘剂的物理化学作用更加重要 2 9 3 0 1 。 胶粘剂要想获得满意的粘结效果首先必须润湿基材的表面，而后尽可能均匀 而快速地在基材表面成膜。这些要求是否被满足决定了胶粘剂的粘结效果f 3 卜。2 1 。 胶粘剂的一些物理和化学性质，例如黏度、黏性、流变性以及储存性能和发泡趋 势等，对其使用效果有着极其重要的影响【3 3 】。 黏度特性主要反映液体流动时的阻力，黏度越高，流动性能越差。温度对胶 粘剂黏度的影响较大，一般温度越高黏度越低。我们可以通过改变胶粘剂的周含 量和温度来调节其黏度指标。胶粘剂的流变性与黏度具有同等重要的地位，胶粘 剂一般为非牛顿型流体，黏度随剪切条件的改变而改变。胶粘剂的固化时间是胶 6 山东轻t 业学院硕i ：学位论文 粘剂在基材上成膜并且产生足够强度所需的时间。胶粘剂黏度不合适或固化时问 不合适都不利于胶粘剂的使用1 3 4 3 6 j 。 胶粘剂的极性对粘结作用的发挥也有重要的作用，一般极性大的高分子材料 胶粘剂对极性基材有良好的粘合力【3 1 7 1 。胶粘剂的粘结力与主体化合物基团的极 性大小和数量成正比。 1 4 2 胶粘剂的分类 胶粘剂的种类有很多，其中有天然类的胶粘剂，例如动物胶、干酪素、豆酪 素和淀粉等种类；也有人工合成的胶粘剂，例如聚乙烯醇、羧基丁苯胶乳、羧甲 基纤维素、聚醋酸乙烯酯等。 从化学成分来分可分为无机胶粘剂和有机胶粘剂两大类，下面针对常用的无 机和有机胶粘剂做部分介绍，其中无机胶粘剂主要介绍硅酸盐类、磷酸盐类和铝 溶胶；有机胶粘剂主要介绍聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羧基丁苯胶乳。 ( 一) 无机类胶粘剂简介： ( 1 ) 硅酸盐类： 硅酸盐类的胶粘剂主要有水玻璃和硅溶胶等，其中水玻璃较为常见且价格 低廉。水玻璃俗称泡花碱，化学名为硅酸钠，分子式为n a 2 0 n s i 0 2 x h 2 0 ，是 一种青灰色的黏稠液体，易溶于水，具有较好的粘接和耐热性能。其性质随着 胶体中氧化钠和二氧化硅的比例不同而不同，通常氧化硅氧化钠的比值称为 模数，水玻璃的模数越小，水玻璃越易溶于水中，模数在3 以上称为碱性水玻 璃，3 以下称为中性水玻璃【3 8 】。水玻璃作为胶粘剂的粘接作用，实质上是就是 使二氧化硅溶胶变成二氧化硅凝胶的过程。硅酸钠在水中的溶解度很小，水玻 璃中的s i 0 2 多是硅酸分子的聚合体构成的胶态微粒，由于水合作用的影响， 胶体带有一定的阴离子电荷，而周围是等量的氢质子，碱金属离子的作用在于 保持胶体的平衡稳定。当水玻璃与被粘接的基材发生脱水反应或形成氢键时， 溶液中析出二氧化硅胶体，新生成的二氧化硅具有较大地活性，将被粘基材粘 接起来，从而形成二氧化硅凝胶粘接接头【3 9 】。缺点是接触碱溶液后会丧失其 粘结性能。 硅溶胶又名硅酸溶胶，或二氧化硅水溶胶，分子式为m s i 0 2 n h 2 0 ， 为乳 白色或淡青色透明溶液。硅溶胶是无定形的二氧化硅聚集颗粒在水中均匀分散 形成的胶体溶液，其胶粒大小一般在1 1 0 0 n m 之间。由于硅溶胶中的二氧化 硅颗粒表面含有大量的羟基，具有较强的反应活性，而硅溶胶经过表面改性又 能与有机聚合物混溶，因此其被广泛用于精密铸造、涂料、纺织、造纸、石油 化工和电子等各个行业，被广泛用做有机及无机材料的粘接剂【州2 1 。 硅酸盐类胶粘剂粘结的原理主要是通过水解后与空气中的二氧化碳反应生 7 第1 章绪论 成正硅酸，硅酸进一步发生凝胶的过程。反应方程式见式1 1 ： n a 2 0 n s i 0 2 + ( 2 以+ 1 ) h 2 0 寸2 n a o h + n s i ( o h ) 4 n a 2 0 s i 0 2 + 2 n i l 2 0 _ n a 2c q + n s i ( o h ) 4 式1 1 石十酸盐胶粘剂反应方程式 ( 2 ) 磷酸盐类 磷酸盐类胶粘剂主要有酸式磷酸盐、氧化物磷酸和硅酸盐磷酸等。磷酸盐 类胶粘剂具有耐水性能良好、耐高温性能好、粘结强度高，并且固化温度低、固 化收缩率较小等优点，因此广泛应用于硬质材料的耐高温粘结。磷酸盐类胶粘剂 的粘结原理是：在升温过程中，磷酸和磷酸赫会失水，从而聚合成具有高强度的 链状分子，使得金属离子在高分子链中形成氢键，将晶体表面