蛭石及其復合隔熱材料的組成、結構與性能.pdf

1、能源短缺是世界上所有國家面臨的共同難題,解決能源短缺最有效的途徑是節(jié)能,而節(jié)能的主要措施之一就是發(fā)展和應用隔熱材料。膨脹蛭石不但本身具有較低的導熱系數和體積密度,而且其顆粒表面的鱗片結構還具有反射熱輻射的能力,是一種有潛在應用價值的高溫隔熱材料。
　　 本文采用蛭石與鎂橄欖石復合制備出了復合隔熱材料,利用灰色關聯分析法,對膨脹蛭石-鎂橄欖石復合材料的制備工藝進行了優(yōu)化。優(yōu)化后工藝制備的膨脹蛭石-鎂橄欖石復合材料抗折強度為9.33

2、MPa,耐壓強度為15.74MPa,200℃時,熱導率在0.19W/m·K左右,300℃時約為0.22W/m·K,600℃時約為0.26W/·K。
　　 基于離子極化理論和結合系統(tǒng)的固化反應機理,分析了膨脹蛭石復合材料強度的影響因素,考察了磷酸二氫鋁的濃度及用量、促凝劑鎂砂的種類和MgO/P2O5摩爾比對復合材料的顯氣孔率、體積密度和力學性能的影響。為進一步提高復合材料的高溫隔熱性能,以熱傳導的基本原理和協(xié)同作用原理為基礎,選取

3、了合適的外加劑提高復合材料的隔熱性能。K2Ti6O13晶須的添加量為2wt％,二氧化鈦添加量為2wt%,添力N8wt%BiOCl的膨脹蛭石-鎂橄欖石復合材料具有最優(yōu)的隔熱性能。300℃熱導率為0.117W/m·K,600℃熱導率為0.169W/m·K,800℃時熱導率為0.184W/m·K,1000℃時熱導率為0.190W/m·K。
　　 采用原位凝膠法對膨脹蛭石進行了改性,將膨脹蛭石微米級孔隙轉化為網狀結構的納米級孔隙,有效改

4、善了復合材料的微觀結構,增強了膨脹蛭石復合材料的力學性能和隔熱性能,并研究了改性膨脹蛭石的微觀結構的影響因素。原位凝膠改性的膨脹蛭石的制備工藝為:n(環(huán)氧丙烷):n(Al):n(甲酰胺)):n(乙醇)=5.5:1:0.8:30,非臨界干燥。制備的鋁凝膠原位改性的膨脹蛭石的結構孔隙中,構成鋁凝膠的骨架由近似球狀的氧化鋁顆粒相互聚結而成,顆粒粒度比較均勻,平均粒徑約為40nm,顆粒間形成的孔徑約為45nm,孔徑分布較均勻。經900℃和100

5、0℃煅燒后4h仍能保持較好的多孔網絡結構,沒有出現明顯的團聚或孔結構塌陷的現象。
　　 改性的膨脹蛭石重量百分比越高,膨脹蛭石-鎂橄欖石復合材料的熱導系數越低,高溫隔熱性能越好。當改性膨脹蛭石占蛭石總量百分比為50%時,復合材料的熱導率最低,在300℃,其熱導系數為0.13W/m·K,600℃時為0.1.57W/M·K,800℃時為0.169W/m·K,900℃時為0.168W/m·K。與未改性的膨脹蛭石復合材料相比,改性的膨脹

6、蛭石復合材料的熱導率在300℃降低了約20-30%,600℃下降了30-40%,800℃和900℃約35-45%。
　　 為拓展蛭石的應用領域,增加其附加價值,采用離子交換法對蛭石進行無機改性,將聚羥基鋁離子插入到蛭石層間,利用煅燒后插層離子在層間留下的微孔和氧化物柱子,進一步改善蛭石的微觀結構,并對蛭石柱化的影響因素和離子交換反應的動力學做了基礎理論研究。XRD分析表明柱化插層后Al-柱化蛭石001晶面的層間距為18.42(A

7、),煅燒后的Al-柱化蛭石的層間距為17.26(A),通過聚羥基鋁的插層,蛭石獲得了永久的8.82(A)的層間自由空間。采用TEM,TG-DSC,XRD,FT-IR和N-吸附脫附等方法對柱化前后的蛭石微觀結構進行了表征,與蛭石原礦相比,經過聚羥基鋁離子柱化的蛭石在熱穩(wěn)定性和層間微觀結構都有所改善。蛭石與keggin-Al137+離子的離子交換反應中,粒內擴散步驟為反應的速控步驟,其反應的表觀活化能為26.79kJ/mol,動力學方程可表