硅氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫材料制備與性能分析

吳迪+邵凱+孫太天

【摘 要】市場上單一有機(jī)保溫材料易燃，存在安全隱患。無機(jī)材料保溫效果不理想。研制出高強(qiáng)輕質(zhì)，防火保溫隔熱材料擁有廣闊市場空間。本實(shí)驗(yàn)采用水玻璃膠結(jié)經(jīng)硅氣凝膠浸泡后的膨脹珍珠巖顆粒，裝入模具熱壓制板。實(shí)驗(yàn)表明，板材抗壓強(qiáng)度為0.2MPa—0.3MPa，分析硅氣凝膠未能充分浸入膨脹珍珠巖顆粒。憎水性材料，分析經(jīng)硅氣凝膠改性導(dǎo)致板材憎水性能增強(qiáng)。導(dǎo)熱系數(shù)最小可達(dá)0.049W·（m·k）-1，分析硅氣凝膠部分浸入顆粒內(nèi)部且充滿板材空隙，水玻璃密封效果較好。

【關(guān)鍵詞】輕質(zhì)；防火保溫；憎水；硅氣凝膠；膨脹珍珠巖

0 引言

市場上存在有機(jī)保溫板例如EPX.XPX，保溫隔熱性能良好，是B2級可燃產(chǎn)品，不符合國家A級不燃安全標(biāo)準(zhǔn)。無機(jī)保溫板例如珍珠巖保溫板，石膏類板材，?；⒅榘宀谋馗魺嵝Ч焕硐隱1-4]。基于以上分析，將上述兩類材質(zhì)優(yōu)點(diǎn)適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行改性或者結(jié)合，從而制備出經(jīng)濟(jì)安全優(yōu)質(zhì)的保溫板材。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

蒸餾水；硅溶膠，工業(yè)級，沈陽市立新硅溶膠廠；硅烷偶聯(lián)劑（KH-550），工業(yè)級，東營市恒益化工有限責(zé)任公司；水玻璃，模數(shù)3.0，固含量38%，市售產(chǎn)品；磷酸硅，工業(yè)級，威海天天科技精細(xì)化工有限公司；十六烷基三甲基溴化銨，企標(biāo)，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；氨水，沈陽市華東試劑廠；膨脹珍珠巖，粒徑1mm-2mm；

1.2 試樣的制備

硅氣凝膠制備：稱取50ml蒸餾水置于150ml燒杯中。稱取十六烷基三甲基溴化銨粉末放入蒸餾水中，攪拌均勻溶解。量取適量硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑注入攪拌燒杯中。適速攪拌約30分鐘。注入氨水（濃氨水：水=1：50）并快速攪拌。密封放入50℃烘箱進(jìn)行老化干燥過程。

膨脹珍珠巖保溫板制備：取膨脹珍珠巖適量置于攪拌鍋中。取適量水玻璃膠體并加水稀釋。倒入適量磷酸硅粉末攪拌均勻。將溶液倒入裝有膨脹珍珠巖攪拌鍋中，手動摻拌均勻。充模熱壓成型，靜置拆模取板。

硅氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板制備：制取適量硅氣凝膠浸泡后的膨脹珍珠巖顆粒，老化干燥，均勻烘干。采用水玻璃膠液充分?jǐn)嚢?，熱壓成型，拆模取板?/p>

1.3 表征分析

導(dǎo)熱系數(shù)測定：將尺寸規(guī)格為300mm×300mm×30mm試樣放入DRY300X導(dǎo)熱系數(shù)測試儀測試試樣導(dǎo)熱系數(shù)；

耐水性測定：將自來水流速控制成水滴狀態(tài)，滴落在保溫板表面。觀察水滴流動狀態(tài)以檢測其耐水性能；

抗壓強(qiáng)度測定：取試樣尺寸為40mm×40mm×160mm，按照GB/T5486-2008無機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗(yàn)方法規(guī)定進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測。取6個(gè)試件的抗壓強(qiáng)度平均值；

2 結(jié)果與討論

2.1 硅氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板耐水性能分析

自來水豎直滴落至板材表面，經(jīng)多組試樣重復(fù)檢測，水滴均靜置板材表面，傾斜滑落。結(jié)果表明硅氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板為憎水性材料。檢測結(jié)果如圖1所示。

2.2 硅氣凝膠浸泡膨脹珍珠巖先后順序?qū)Π宀膶?dǎo)熱系數(shù)、抗壓強(qiáng)度影響

量取適量蒸餾水、硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑、氨水溶液，稱取適量十六烷基三甲基溴化銨，制得硅氣凝膠溶液，根據(jù)硅氣凝膠改性膨脹珍珠巖先后順序不同檢測導(dǎo)熱系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、數(shù)據(jù)見表1。

結(jié)果表明：方式3制得板材導(dǎo)熱系數(shù)最低為0.049W·（m·k）-1，優(yōu)于方式1，2。分析原因硅氣凝膠充分浸入顆粒內(nèi)部，充滿膨脹珍珠巖顆粒間隙并均勻覆蓋板材表面。方式2所制板材抗壓強(qiáng)度優(yōu)于方式1，3。分析原因硅氣凝膠于保溫板表面形成致密保護(hù)層，抗壓強(qiáng)度增大。綜合導(dǎo)熱系數(shù)及抗壓強(qiáng)度考慮方式3為優(yōu)選方案。

2.3 表觀密度對保溫材料強(qiáng)度及導(dǎo)熱系數(shù)影響

量取適量水玻璃溶液、蒸餾水、磷酸硅制取水玻璃膠液。將膠液與膨脹珍珠巖顆粒于攪拌鍋中充分拌合后制得不同表觀密度板材。檢測數(shù)據(jù)見表2。

結(jié)果表明：抗壓強(qiáng)度隨表觀密度增大而明顯增大。分析原因板材結(jié)構(gòu)隨表觀密度增大而趨于緊密，抗壓強(qiáng)度增大。隨表觀密度增大導(dǎo)熱系數(shù)在一定范圍內(nèi)有明顯減小趨勢。例如表觀密度為200㎏·m-3時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)降為最低值0.049W·（m·k）-1。分析原因板材顆粒內(nèi)部及間隙結(jié)構(gòu)趨于合理，導(dǎo)熱系數(shù)降低。當(dāng)表觀密度達(dá)到250㎏·m-3時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)為0.063W·（m·k）-1。綜合導(dǎo)熱系數(shù)及抗壓強(qiáng)度考慮選擇200MPa左右為優(yōu)選表觀密度。

3 結(jié)論

經(jīng)硅氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板為憎水性材料，可阻止?jié)癯杯h(huán)境破壞板材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，延長使用壽命。采用硅氣凝膠分2次充分浸泡膨脹珍珠巖方式能夠在保持一定抗壓強(qiáng)度條件下，最大限度降低板材導(dǎo)熱系數(shù)，最低可達(dá)0.049W·（m·k）-1。此方式為本實(shí)驗(yàn)優(yōu)選方案。不同表觀密度致使板材抗壓強(qiáng)度及導(dǎo)熱系數(shù)均有很大改變。表觀密度過高或過低均使導(dǎo)熱系數(shù)明顯增大。綜合抗壓強(qiáng)度因素考慮，本實(shí)驗(yàn)優(yōu)選表觀密度為200㎏·m-3。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]