納米微孔絕熱板及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】納米微孔絕熱板及其制備方法，該絕熱板由20~35%高嶺土、50~65%白炭黑和納米級(jí)SiO2粉、5~15%聚丙烯纖維、3~5%耐火纖維棉和5~10%粘接劑組成，白炭黑和納米級(jí)SiO2粉的重量比例為1:1；其制備過(guò)程通過(guò)磨制、混料和等靜壓成型制成半成品，并經(jīng)烘干、切割和包裝后制成成品，該成品800℃時(shí)的加熱線收縮≤1.9%，加熱線收縮小而均勻；而且使用過(guò)程不易氧化、掉渣，熱穩(wěn)定性好；本發(fā)明絕熱板中的納米微孔結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)了熱量的傳導(dǎo)路徑，可得到較低的固體傳導(dǎo)率，該微孔結(jié)構(gòu)能夠提供產(chǎn)品的絕熱性能，其導(dǎo)熱率僅為陶瓷纖維的三分之一。
【專(zhuān)利說(shuō)明】納米微孔絕熱板及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輕質(zhì)材料領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種納米微孔絕熱板及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)上將室溫（25°C)導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 23W/m*k的材料成為絕熱材料。絕熱材 料被廣泛應(yīng)用于工業(yè)窯爐中，窯爐設(shè)備是投資大、耗能大的關(guān)鍵設(shè)施，一般占工業(yè)能耗的 5(Γ60%，其性能的優(yōu)劣直接影響能耗高低和產(chǎn)品的質(zhì)量，其爐襯材料一般采用聚苯泡沫保 溫板、聚氨酯保溫板、陶瓷纖維（即硅酸鋁纖維）和聚苯板等，聚苯板是由聚苯乙烯泡沫塑料 經(jīng)破碎而成的顆粒，經(jīng)水泥、水、以及相應(yīng)的助劑等材料，經(jīng)加工而成的隔熱材料。這些材料 耐高溫性能差，絕熱性能欠佳，易老化、開(kāi)裂，陶瓷纖維的導(dǎo)熱率較高；還有如美國(guó)專(zhuān)利US 6468205采用至少一層氣凝膠顆粒層和至少另外一層間隔物組成，氣凝膠顆粒層為氣凝膠 顆粒層與粘接劑混合成型，所制備的多層材料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，但由于氣凝膠粉體強(qiáng) 度不足，必須包覆使用，實(shí)用性欠佳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種導(dǎo)熱系數(shù)低、且易于切割成型的納米微孔絕熱 板及其制備方法。
[0004] 本發(fā)明為解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：納米微孔絕熱板，由高嶺土、白炭黑 和納米級(jí)310 2粉、聚丙烯纖維、耐火纖維棉和粘接劑組成，各原料的重量占原料總重量的 百分比為：高嶺土 2(Γ35%，白炭黑和納米級(jí)Si02粉5(Γ65%，聚丙烯纖維5?15%，耐火纖維棉 3~5%，粘接劑5~10%，其中，高嶺土的細(xì)度為320目篩余< 5%，白炭黑和納米級(jí)Si02粉的重 量比例為1:1，納米級(jí)Si02粉的粒徑為l(T20nm，白炭黑的粒徑為2(T60nm。
[0005] 上述高嶺土的化學(xué)組成為：A1203 彡 42%，F(xiàn)e203 彡 0· 8%，Ti02 彡 1. 0%，R20 彡 1. 0%。
[0006] -種納米微孔絕熱板的制備方法，利用納米復(fù)合工藝生產(chǎn)出納米微孔絕熱板，包 括以下步驟：步驟一、按照上述配比稱(chēng)取各原料，備用； 步驟二、將步驟一稱(chēng)取的高嶺土、聚丙烯纖維和白炭黑混合后，再依次加入步驟一稱(chēng)取 的耐火纖維棉和納米級(jí)Si02粉，混合均勻，備用； 步驟三、將步驟二的混合物料投入研磨機(jī)中研磨1. 5?2h，然后將研磨物料和步驟一稱(chēng) 取的粘接劑加入到混煉機(jī)中進(jìn)行混煉l(Tl5min ; 步驟四、將混煉后的物料裝入彈性模具中，將封閉后的彈性模具置于內(nèi)壓力為 20(T240MPa的容器中加壓2~3min，在彈性模具中制得所需的板體，將成型后的板體送入窯 頭溫度為15°C、窯尾溫度為85°C的窯爐中勻速烘干48h ; 步驟五、將烘干后的板體用平板機(jī)切割后，通過(guò)封裝機(jī)包裝后裁邊、揀選入庫(kù)。
[0007] 上述制備方法制得的是一種高性能的絕熱板，質(zhì)量較輕，導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫效果相 當(dāng)于常規(guī)聚苯板的5倍，擠塑板的4倍，聚氨酯的2. 8倍，是基于納米微孔原理制備而成的 窯爐專(zhuān)用材料。
[0008] 本發(fā)明的納米微孔絕熱板由高嶺土、白炭黑和納米級(jí)Si02粉、聚丙烯纖維、耐火纖 維棉和粘接劑制成，利用高嶺土和白炭黑形成納米機(jī)制兩個(gè)組成部分，通過(guò)磨制、混料和等 靜壓成型制成半成品，并經(jīng)烘干、切割和包裝后制成成品。其中，白炭黑和納米級(jí)Si0 2粉的 納米顆粒級(jí)配，使得二者在成品中均勻的分散，二氧化硅表面的化學(xué)鍵相互結(jié)合，并形成鏈 狀納米微孔結(jié)構(gòu)，由不同粒徑的二氧化硅納米顆粒形成不同結(jié)構(gòu)的納米顆粒鏈最終相互混 合成型，這些納米顆粒鏈能夠改變紅外線在其顆粒表面的折射方向；而且二氧化硅微小顆 粒的堆積，形成一些封閉的空間，阻止氣體分子將熱量通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳遞。原料中以聚丙烯纖維 作為有機(jī)添加劑，使所制得的成品具有阻燃作用。
[0009] 有益效果：其一、本發(fā)明利用白炭黑和納米級(jí)5102粉，形成鏈狀的納米微孔結(jié) 構(gòu)，一方面能夠延長(zhǎng)熱量的傳導(dǎo)路徑和熱福射，另一方面，封閉微孔結(jié)構(gòu)能夠抑制氣體分 子的碰撞和對(duì)流。其二、由于納米微孔結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)了熱量的傳導(dǎo)路徑，納米微孔結(jié)構(gòu)根據(jù)固 體傳導(dǎo)率與穿過(guò)傳導(dǎo)路徑的面積成正比、與傳導(dǎo)路徑的直徑成反比這兩個(gè)原理，可得到較 低的固體傳導(dǎo)率，該微孔結(jié)構(gòu)能夠提供產(chǎn)品的絕熱性能，其導(dǎo)熱率僅為陶瓷纖維的三分之 一。其三、所制得的納米微孔絕熱板，200°C時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)< 0. 020W/m. k，400°C時(shí)導(dǎo)熱系數(shù) 彡 0· 022W/m. k，600°C 時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)彡 0· 024W/m. k，800°C 時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)彡 0· 028W/m. k，1000°C 時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)< 〇. 〇35W/m. k，800°C時(shí)的加熱線收縮< 1. 9%，加熱線收縮小而均勻；而且使用 過(guò)程不易氧化、掉渣，熱穩(wěn)定性好。其四、安裝使用方便，易于切割成型。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 納米微孔絕熱板，由高嶺土、白炭黑和納米級(jí)Si02粉、聚丙烯纖維、耐火纖維棉和 粘接劑組成，各原料的重量占原料總重量的百分比為：高嶺土 2(Γ35%，骨料5(Γ65%，聚丙烯 纖維5~15%，耐火纖維棉：Γ5%，粘接劑5~10%，其中，高嶺土的細(xì)度為320目篩余< 5%，白炭 黑和納米級(jí)Si02粉的重量比例為1: 1，納米級(jí)Si02粉的粒徑為l(T20nm，，白炭黑的粒徑為 2(T60nm，炭黑和納米級(jí)Si0 2粉的化學(xué)成分為：Si02彡99%。
[0011] 進(jìn)一步的，上述高嶺土的組成成分及各成分的重量百分比為：A1203彡42%， Fe203 < 0· 8%，Ti02 < 1. 0%，R20 < 1. 0%。
[0012] 本發(fā)明所制得的納米微孔絕熱板，是一種耐高溫納米微孔隔熱材料，微粉狀高嶺 土具有良好的可塑性和粘結(jié)性，聚丙烯纖維和耐火纖維棉可增加絕熱板的強(qiáng)度。
[0013] 實(shí)施例1 納米微孔絕熱板，按重量百分比，由20%的高嶺土、65%的白炭黑和納米級(jí)Si02粉、5% 的聚丙烯纖維、5%的耐火纖維棉和5%的粘接劑組成，其中，高嶺土的細(xì)度為320目篩余 彡5%，白炭黑和納米級(jí)Si02粉的重量比例為1:1，所述高嶺土的化學(xué)組成為：A1 203彡42%， Fe203 < 0· 8%，Ti02 < 1. 0%，R20 < 1. 0%。
[0014] 納米微孔絕熱板的制備方法，包括以下步驟：步驟一、按照上述配比稱(chēng)取各原料， 備用； 步驟二、將步驟一稱(chēng)取的高嶺土、聚丙烯纖維和白炭黑混合后，再依次加入步驟一稱(chēng)取 的耐火纖維棉和納米級(jí)Si02粉，混合均勻，備用； 步驟三、將步驟二的混合物料投入研磨機(jī)中研磨2h，然后將研磨物料加入到混煉機(jī)中 進(jìn)行混煉15min，混煉的過(guò)程加入步驟一所稱(chēng)取的粘接劑； 步驟四、將混煉后的物料通過(guò)等靜壓成型法制得所需的板體，將成型后的板體送入窯 頭溫度為15°C、窯尾溫度為85°C的窯爐中勻速烘干48h ; 步驟五、將烘干后的板體用平板機(jī)運(yùn)載切割，通過(guò)封裝機(jī)包裝后裁邊、揀選入庫(kù)。
[0015] 上述步驟四中，等靜壓成型法是將混煉后的物料裝入彈性模具內(nèi)，將彈性模具口 封閉嚴(yán)緊，置于高壓容器內(nèi)，然后將高壓容器入口封閉，用超高壓泵打入加壓介質(zhì)油，使容 器內(nèi)壓力升高到20(T240MPa，高壓器內(nèi)的液體介質(zhì)對(duì)彈性模具從各個(gè)方向均勻加壓，在 2~3min后，再將加壓介質(zhì)油放出，然后打開(kāi)設(shè)備容器口，從彈性模具中取出成型好的板體。
[0016] 實(shí)施例2 納米微孔絕熱板，按重量百分比，由24%的高嶺土、55%的白炭黑和納米級(jí)Si02粉、10% 的聚丙烯纖維、4%的耐火纖維棉和7%的粘接劑組成，其中，高嶺土的細(xì)度為320目篩余 彡5%，白炭黑和納米級(jí)Si02粉的重量比例為1:1，所述高嶺土的化學(xué)組成為：A1 203彡42%， Fe203 < 0· 8%，Ti02 < 1. 0%，R20 < 1. 0%。
[0017] 納米微孔絕熱板的制備方法，包括以下步驟：步驟一、按照上述配比稱(chēng)取各原料， 備用； 步驟二、將步驟一稱(chēng)取的高嶺土、聚丙烯纖維和白炭黑混合后，再依次加入步驟一稱(chēng)取 的耐火纖維棉和納米級(jí)Si02粉，混合均勻，備用； 步驟三、將步驟二的混合物料投入研磨機(jī)中研磨2h，然后將研磨物料和步驟一稱(chēng)取的 粘接劑加入到混煉機(jī)中進(jìn)行混煉15min ; 步驟四、將混煉后的物料裝入彈性模具中，將封閉后的彈性模具置于內(nèi)壓力為230MPa 的容器中加壓3min，在彈性模具中制得所需的板體，將成型后的板體送入窯頭溫度為 15°C、窯尾溫度為85°C的窯爐中勻速烘干48h ; 步驟五、將烘干后的板體用平板機(jī)運(yùn)載切割，通過(guò)封裝機(jī)包裝后裁邊、揀選入庫(kù)。
[0018] 所制得的納米微孔絕熱板，具有熱導(dǎo)率低，加熱線性收縮小而均勻，無(wú)氧化，不掉 渣，熱穩(wěn)定性好、絕熱效果好、質(zhì)輕等質(zhì)量特性。本產(chǎn)品運(yùn)用納米技術(shù)，適量加入聚丙烯纖維 與耐火纖維棉配以有機(jī)添加劑，混合均勻，與最常用的硅酸鋁纖維相比，它的導(dǎo)熱率只有后 者的1/3。因此非常適合絕熱要求高，空間要求緊湊的各種熱工設(shè)施。另外，微孔技術(shù)的革 新能更好的提高制品的絕熱性能，降低制品的熱導(dǎo)率。
[0019] 實(shí)施例3 納米微孔絕熱板，按重量百分比，由35%的高嶺土、50%的白炭黑和納米級(jí)Si02粉、6% 的聚丙烯纖維、3%的耐火纖維棉和6%的粘接劑組成，其中，耐火粘土的細(xì)度為320目篩余 彡5%，白炭黑和納米級(jí)Si02粉的重量比例為1:1，所述高嶺土的化學(xué)組成為：A1 203彡42%， Fe203 < 0· 8%，Ti02 < 1. 0%，R20 < 1. 0%。
[0020] 納米微孔絕熱板的制備方法，包括以下步驟：步驟一、按照上述配比稱(chēng)取各原料， 備用； 步驟二、將步驟一稱(chēng)取的高嶺土、聚丙烯纖維和白炭黑混合后，再依次加入步驟一稱(chēng)取 的耐火纖維棉和納米級(jí)Si02粉，混合均勻，備用； 步驟三、將步驟二的混合物料投入研磨機(jī)中研磨2h，然后將研磨物料和步驟一稱(chēng)取的 粘接劑加入到混煉機(jī)中進(jìn)行混煉15min ; 步驟四、將混煉后的物料裝入彈性模具中，將封閉后的彈性模具置于內(nèi)壓力為240MPa
【權(quán)利要求】
1. 納米微孔絕熱板，其特征在于：由高嶺土、白炭黑和納米級(jí)3102粉、聚丙烯纖維、耐 火纖維棉和粘接劑組成，各原料的重量占原料總重量的百分比為：高嶺土 2(Γ35%，白炭黑 和納米級(jí)Si02粉5(Γ65%，聚丙烯纖維5?15%，耐火纖維棉：Γ5%，粘接劑5?10%，其中，高嶺土 的細(xì)度為320目篩余彡5%，白炭黑和納米級(jí)Si0 2粉的重量比例為1:1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米微孔絕熱板，其特征在于：所述高嶺土的化學(xué)組成為： A1203 彡 42%，F(xiàn)e203 彡 0· 8%，Ti02 彡 1. 0%，R20 彡 1. 0%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米微孔絕熱板，其特征在于：所述納米級(jí)Si02粉的粒徑為 l(T20nm，白炭黑的粒徑為2(T60nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米微孔絕熱板的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、按照權(quán)利要求1中的配比稱(chēng)取各原料，備用； 步驟二、將步驟一稱(chēng)取的高嶺土、聚丙烯纖維和白炭黑混合后，再依次加入步驟一稱(chēng)取 的耐火纖維棉和納米級(jí)Si02粉，混合均勻，備用； 步驟三、將步驟二的混合物料投入研磨機(jī)中研磨1. 5?2h，然后將研磨物料和步驟一稱(chēng) 取的粘接劑加入到混煉機(jī)中進(jìn)行混煉l(Tl5min ; 步驟四、將混煉后的物料裝入彈性模具中，將封閉后的彈性模具置于內(nèi)壓力為 20(T240MPa的容器中加壓2~3min，在彈性模具中制得所需的板體，將成型后的板體送入窯 頭溫度為15°C、窯尾溫度為85°C的窯爐中勻速烘干48h ; 步驟五、將烘干后的板體用平板機(jī)切割后，通過(guò)封裝機(jī)包裝后裁邊、揀選入庫(kù)。
【文檔編號(hào)】C04B14/06GK104086116SQ201410329315
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】黃謙章, 吉從鵬, 吳德華, 王芳, 趙剛 申請(qǐng)人:平頂山新型耐材股份有限公司