增强材料对超轻质硅酸钙材料物理性能影响的研究.pdfVIP

全国中文核心期刊 新 建赡粉 中 国 科 技 核 心 期 刊 增强材料对超轻质硅酸钙材料 物理性能影响的研究 刘飞 王晓丹 曹建新 贵 I I 大学 化学与化工 学院 贵州 贵阳5 5 0 0 0 3 摘要 采用外掺增强法 利用硬硅钙石晶须和玻璃纤维增强超轻质硅酸钙材料 研究了增强材料掺量对增强体微观结构和物理 性能的影响 结果表明 分别以 3 玻璃纤维和 5 硬硅钙石晶须为增强材料制得增强体制 品 体积密度分别 为 1 2 6 k g m3 和 1 0 9 k g m 抗折强度分别为 2 2 2 0 cm和 3 4 0 0 cm 抗压强度分别为 3 6 5 0 cm和 5 4 1 0 cm 以硬硅钙石晶须为增强材料制得增强体制品具有更 低的体积密度 更高的比强度 和更好 的保温 隔热性能 关键 词 硬硅钙石晶须 玻璃纤维 超轻质硅酸钙材料 增强材料 比强度 中图分类号 T U 5 5 1 3 T B 3 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 7 0 2 X 2 0 1 2 0 6 0 0 0 1 0 4 Effe ct of r e inf or ce d mat e r ial s o n p hys ic a l pr o pe r t y o f ul t r a l ight ca l cium s il icat e mat e r ia l L I U e t WAN G X ia o d a n C Ao J i a n x in S ch o o l o f Ch e mis t r y a n d Ch e mica l En g in e e r in g Gu iz h o u Un iv e r s it y Gu iy a n g 5 5 0 0 0 3 Gu iz h o u Ch in a Abs t r a ct T h e u l t r a l ig h t ca l ciu m s il ica t e ma t e r ia l s we r e r e in f o r ce d b y r e s p e ct iv e l y a dd in g x o n o t l it e wh is k e r s a n d g l a s s fi b e r s a n d e f f e ct o f d if f e r e n t mix in g a mo u n t s o f r e in f o r ce d ma t e r ia l s o n t h e micr o s t r u ct u r e a n d p h y s ical p r o p e rtie s o f t h e co mp l e x w a s s t u d ie d in t h is pa p e r Th e r e s u l t s in d ica t e t h a t t h e b u l k d e n s it y t e n s il e s t r e n g t h a n d co mp r e s s iv e s t r e n gth o f t h e co mp l e x r e in f o r ce d b y a d d in g 3 g l a s s f ib e r s we r e 1 2 6 k g m 2 2 2 0 cm a n d 3 6 5 0 cm b u t t h o s e o f t h e co mp l e x r e in f o r ce d b y a d d in g 5 x o n o t l it e wh is k e r s we r e 1 0 9 k g m 3 4 0 0 cn l a n d 5 41 0 cm r e s p e ct iv e l y Th e co mp l e x wit h l o we r bu l k d e n s it y h ig h e r s p e cif ic s t r e n gth a n d b e t t e r t h e r ma l in s u l a t io n p r o p e r t y wa s p r e pa r e d u s in g x o n o t l it e whis k e r a s r e in f o r ce d ma t e r ia 1 Ke y wor ds x o n o t l it e wh is k e r g l a s s fi b e r u l t r a l ig h t ca l ciu m s il ica t e r e in f o r ce d ma t e r ia l s p e cifi c s t r e n gth 0 引言 硬硅钙石型硅酸钙保温隔热材料按密度可分为2 2 0 k m 左右的普通型和 l 3 0 k g m 以下的超轻型 由于在一定 温度范围内 材料的孑 L 隙率越高其导热系数越小 保温隔热性 能越好 因此 近些年该材料朝超轻方向发展 超轻质硅酸钙 保温隔热材料的气孔率通常大于9 5 固含量不到5 l引 如 基 金项 目 贵 州省科学技术基金项 目 黔科合 J 字 2 0 1 1 3 2 0 1 7 贵州大学博士启动基金项 目 2 0 1 0 0 1 4 贵州省绿色化 工创新人才 团队项 目 收稿 日期 2 0 1 2 0 l O 7 作者简 介 刘飞 男 1 9 8 2生 博士 副教授 主要从 事无机 高性能材 料 工业催化及固体废弃物 资源化 利用技术研究 通讯作者 曹建新 E ma il ce f e il iu g z u e d u C B 此大的气孔率正是此类材料具有优良保温性能的关键所在 固相含量少 必然导致材料力学性能不易达到使用要求 从而 限制其推广应用 因此 此类材料的首要问题是如何有效提高 其力学性能 矿物棉 硅酸铝系纤维 木质纸浆及玻璃纤维等纤维质材 料均可作为超轻质硅酸钙材料的增强材料 但矿物棉及硅酸 铝系纤维早已被定为有毒纤维 对人体和环境均有害 不宜使 用 木质纸浆纤维在高温时易分解 从而影响该材料高温使 用 玻璃纤维掺量大 制品力学强度固然高 但制品体积密度 增大导致保温隔热性能下降 失去 超轻 意义 晶须作为一种近年发展起来的新型单晶增强材料 具有 惊人的力学强度 4 1 硬硅钙石晶须除具有一般晶须具备的优良 力学性质 无疲劳效应和可再生等性能外 还具有耐温性好 环境友好性及生物活性等优点 被广泛用于绝热 建材 造纸 人造木材及生物领域 鉴于此 课题组前期分别制备出硬 N E W BU J L D J NG MAT E RI A L S 1 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 刘飞 等 增强材料对超轻质硅酸钙材料物理性能影响的研 究 硅钙石晶须和超轻质硅酸钙材料 采用外掺增强法 研究 同增强材料对超轻质硅酸钙材料物理性能的影响 对分别 采用硬硅钙 晶须与玻璃纤维增强的超轻质硅酸钙材料物理 性能进行比较 达到实现有效提高超轻质硅酸钙保温隔热材 料力学强度的目的 1 实验 1 实 验原 料 硬硅钙石晶须 反应物浓度为 0 0 5 m o l L C a 0 H 悬浮 液 K S iO 溶液和水混合均匀 入釜 升温 速率为1 5 m i n 搅拌速度为2 0 0 r ra i n 升全2 2 5 并保温 1 5 h 后 关闭电源 冷却后得到硬硅钙石晶须料浆 水洗过滤后置于7 5 烘箱 中 1 2 h 烘干 磨细即得到不同长径比的硬硅钙石晶须产品 硬硅钙石球形粒子料浆 按C a O和S iO 摩尔比1 1 水与 崮相质量比2 8 1 将经1 6 0 W超声3 h改性的电石渣与硅灰 和水混合均匀 入釜 以1 5 C ra i n 的速度升温至2 1 5 保温 8 h 进行水热合成反应 关闭电源 冷却后得到硬硅钙石球形 粒子料浆 过程中反应釜搅拌速度设定为2 0 O r m in 升温阶 段搅拌速度4 0 0 r ra in 保温阶段搅拌速度 1 5 0 r m i n 玻璃纤维 市购 分散介质 聚乙烯醇与乙一醇水溶液按一定比例配制 1 2 实验方法 1 2 1 增 强超 轻质硅 酸 钙材 料 的制备 外掺增强法制备增强超轻质硅酸钙材料 以下简称增强 体 的工艺流程图见图1 l 硬 钙石泥浆 I 成型 i干 燥l l 产品l L 一 I L 一 I r 硬硅钙 晶须或玻璃纤维 I L 图 1 外掺 增 强法 制 备 工 艺 玻璃纤维预处理 将一定量的玻璃纤维置于K Y S 型高温 电炉中 于3 6 0 C 左右煅烧去掉表面浸润剂 待纤维冷却后 短切成 2 m m左右备用 将一定量的硬硅钙石晶须 长径比为5 0 1 0 0 或玻璃纤 维 含4 分散介质 与硬硅钙石球形粒子料浆混合并搅拌均 匀 入模 0 5 M P a 压滤成型 脱模 7 5 烘干 1 2 h 后即得增强 体 2 2 2 样 品性 能测试 增强体比强度的计算 比强度F定义为抗折强度与增强 体密度的比值 比强度C定义为抗压强度与增强体密度的比 2 新型建筑材料 2 0 1 2 6 值 采用日本J S M 一 6 4 9 0 L V型扫描电子显微镜 S E M 对增强 体的微观形貌进行分析 参考 G B ff 1 0 6 9 9 1 9 9 8 硅酸钙绝热制品 规定的方法 测试增强体的密度和抗折强度 参照G B 1 1 1 0 8 8 9标准 用 J R 一 2 型热物性测试仪和 N E T Z S C H S T A 4 4 9 C型差热分析仪分别测试增强体的热扩散 率和比热容 按式 1 计算增强体的导热系数A 除非特殊说 明 实验所测导热系数均为常温导热系数 A 4 1 8 6 a P 1 式中 入 导热系数 W m K 热扩散率 cm 2 s C 被测样品比热 J g K p 被测样品密度 g cm s 2 结果与讨论 2 1 玻璃纤维的分散处理对增强体物理性能 的影响 玻璃纤维掺量为3 成型压力为O 5 M P a 在加分散介 质和未加分散介质条件下制得增强体的物理性能测试结果见 表 l 表 1 加分散介 质和未加分散介质 制得增强体制品的物理性能 从表 l 可知 外加分散介质对增强体的性能有着重要影 响 外加分散介质使玻璃纤维在增强体制品中分散均匀 制品 具有密度低 导热系数小 线收缩率小等优良性能 分散介质中聚乙烯醇具有改善分散介质润湿性的作用 同时 由于乙二醇的加入使水的表面张力下降 纤维表面能降 低 有利于短玻璃纤维在分散体系中均匀分散 与此同时 聚 乙烯醇与乙二醇水溶液具有较高黏度 对玻璃纤维进行搅拌 时有利于短玻璃纤维束被撕开 并得到分散均匀的单丝I 1o l 以