无机胶黏剂在陶瓷纤维纸中的应用

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陶瓷纸具有良好的性能,不仅可用作炉衬的内壁保温隔热材料和高温器具的密封材料,冰箱的保温材料,建材的隔热、隔音、防火材料,冶金、化工、石油的保温保暖材料等,也可用作航空、航天的保温、隔热材料,其前景十分广阔[1,2]。
由于无机纤维自身无结合性,所以常常需要使用黏合剂。所用有机黏合剂有丙烯酸系树脂、聚氨酯类乳液、聚醋酸乙烯酯类、丙烯腈与丙烯酸丁酯的聚合物、聚乙烯醇等,但这些有机系材料在高温下使用时,会发生恶臭和产生有害气体、降低纸的质量等,所以也多使用胶体硅、硅酸钠、磷酸铝等无机黏合剂。
为了分析不同种类无机胶黏剂对陶瓷纤维纸特性的影响,实验中选用氧化铝、硅酸钠和硫酸铝-氨水三种无机胶黏剂,并对它们进行了两两组合实验:液体氧化铝与硅酸钠,胶体氧化铝与水玻璃,以及胶体氧化铝与硫酸铝-氨水。使用不同种类胶黏剂以及不同胶黏剂的组合抄造陶瓷纤维纸,通过测定陶瓷纤维纸的物理性能和烧失量,来探讨各种胶黏剂体系的不同效果。
1　实验
1.1　原料
硅酸铝纤维；   胶体氧化铝；Al2(SO4)3:AR,；;NH4OH溶液:AR,；。
1.2　实验步骤
利用湿法工艺抄造陶瓷纤维纸的主要工艺过程包括打浆、离心除渣、疏解分散、抄片、干燥和测定纸张的相关性能。首先采用标准纤维解离器直接将纤维打散,然后进行重力沉降除渣,最后加入胶黏剂,使用纸页抄片器进行抄片;使用喷雾器进行表面施胶,或采用一定浓度的氧化铝溶胶进行浸渍处理;利用烘缸进行干燥,干燥后的陶瓷纤维纸用于各项性能的测定。
1.3　陶瓷纤维纸性能的测试
物理性能的测定:根据纸品的国家标准进行测定,包括定量(GB/T451.2-1989)、厚度(GB/T451.3-1989)和抗张强度(GB/T453-1989)。
热学性能的测定:烧失量。烧失量是在高温(620~750℃)灼烧之后的失量,主要包括陶瓷纤维纸中结构水的重量和掺加物因灼烧而失去的重量,烧失量是陶瓷纤维海泡石制品的一项重要技术指标,烧失量越低,制品的耐高温性能就越好。
2　结果与讨论
2.1　单组分胶黏剂对陶瓷纤维纸特性的影响
2.1.1　胶体氧化铝的用量

随着浸入液体氧化铝浓度的增加,开始时陶瓷纤维纸的强度会迅速上升。当浸入液体氧化铝浓度为5%时,陶瓷纤维纸的抗张指数为3.59N·m/g,浸入浓度增加至7%时,抗张指数为4.53N·m/g,提高了26.2%。当浸入浓度继续增加至9%时,抗张指数上升至4.67N·m/g,提高了3.1%。可见,陶瓷纤维纸的抗张指数随着浸入液体氧化铝浓度的增加,一开始迅速上升,然后上升幅度会下降。
同时可以看出,随着浸入液体氧化铝浓度的增加一开始烧失量增加缓慢。当其用量为5%和7%时,陶瓷纤维纸的烧失量大幅度上升,依次上升了52.6%和35.9%。
从上述的分析结果可以得到,陶瓷纤维纸的抗张指数随着浸入液体氧化铝浓度的增加,开始能够大幅提高,然后效果就逐渐不明显了。而烧失量的变化趋势却与其相反,一开始增加缓慢,液体氧化铝用量为5%时,增加非常迅速。
2.1.3　硫酸铝-氨水的用量
单独使用胶体氧化铝时,陶瓷纤维纸的强度较低,与水玻璃配合使用时,从20%到30%,强度依次增加了11%、153%和59%;与80%硫酸铝-氨水配合使用时,从25%到35%,强度依次下降了10%、0.6%和31%。由此可见,胶体氧化铝与水玻璃配合可以提高强度,特别是在胶体氧化铝用量为25%和30%时,增强效果非常显著。而与硫酸铝-氨水配合使用会降低强度。
2.2.2　液体氧化铝
,单独使用液体氧化铝时已经具有较高的强度,与硅酸配合使用时,以10%添加量为例,从5%到9%分别下降了43%、38%和15%。说明液体氧化铝不适合与其它种类的胶黏剂一起使用,不仅起不到协同作用,反而会破坏液体氧化铝的增强作用。

3　结论
3.1　采用液体氧化铝浸渍的陶瓷纤维纸强度最高,含有液体氧化铝的配方强度也很好,抗张指数可以达到4.70N·m/g。但这种陶瓷纤维纸的柔软性极差,烧失量也非常高,可见其耐热性能并不好。
3.2　采用胶体氧化铝及与水玻璃配合使用的陶瓷纤维纸,强度也不错,并且柔软性好,烧失量远低于液体氧化铝,耐热性能高。联系到工业实际对陶瓷纤维纸的要求,单独使用胶体氧化铝,或与水玻璃配合使用是比较合适的。