纖維增強莫來石輕質耐火材料的制備

摘 要：本文以氧化鋁、石英砂為主要原料，以十二烷基苯磺酸鈉為發泡劑，研究發泡劑含量、硅酸鋁纖維的含量、纖維干法分散時間對試樣性能的影響。以濕法分散和干法分散作為研究手段制備纖維增強莫來石輕質磚，采用顯微儀器、抗壓儀器對樣品的結構、耐壓和抗折進行了分析。結果表明：發泡劑的含量對制品有一定的影響，當含量為1%時樣品效果最佳；纖維引入襯火基質中能顯著提高材料的強度，且隨著纖維增加試樣強度增強。

關鍵詞：發泡劑；陶瓷纖維；莫來石輕質磚；纖維增強

1 引 言

輕質隔熱耐火材料目前向耐熱、熱震穩定性好的方向發展[1，2]。纖維增強復合耐火材料是利用纖維的高強度高模量以及復合材料的斷裂機制來提高材料的性能，以開發更為優越的功能耐火材料[3，4]。本研究在制品中摻入少量的耐火纖維，使之能均勻地分散到材料中，以提高輕質耐火材料的強度、熱震穩定性能。

2 實驗內容

2.1實驗原料

試驗以工業氧化鋁（氧化鋁含量99.3%）、石英砂（氧化硅含量99.35%）為主要原料，蘇州黏土為結合劑（氧化鋁含量37.62%），十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）為發泡劑，硅酸鋁纖維為增強劑，減水劑（三聚磷酸鈉）、穩泡劑（糊精）為外加劑。

2.2試樣制備

本文分別采用濕法和干法分散對硅酸鋁纖維的加入進行研究。

濕法分散：將硅酸鋁纖維棉加入適量的水及分散劑，采用電磁攪拌器攪拌15min后，與原料濕磨1h左右，把球磨好的漿料注入25mm×25mm×125mm的模具中澆注成形。

干法分散：將耐火原料和耐火纖維共磨，控制好研磨細度。將結合劑加入到含纖維的混合料內，機械攪拌泥料至均勻，然后進行擠壓成形。

將干燥后的試樣在電爐中燒成，燒成溫度為1400℃，保溫3h后自然冷卻。測定制品的容重、顯氣孔率、耐壓強度和抗折強度。

3 結果與分析

3.1發泡劑加入量對制品性能的影響

十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）加入量分別為原料總質量的0.2%、0.5％、1％、1.5％、2％，發泡劑的含量對制品的容重、顯氣孔率和耐壓強度的影響如圖1、圖2所示。

由圖1可知，隨著SDBS發泡劑加入量的增加，試樣的容重先降低后略升高，當發泡劑的含量為1%時，容重最小，為0.65g/cm3；試樣的顯氣孔率先增加后降低，當發泡劑為1%時，顯氣孔率最大，為80%左右。由圖2可知，隨著SDBS發泡劑的加入量的增加，試樣的耐壓強度先降低后略升高，當發泡劑為1%時，耐壓強度最低，僅為3MPa。綜合考慮，SDBS發泡劑的加入量為1%時，樣品效果最佳。而加入過多的SDBS發泡劑時，料漿在攪拌中產生過量泡沫，料漿內部的氣泡破裂而大量排出，產生的氣泡大而不均勻。

3.2濕法分散纖維的加入量對性能的影響

硅酸鋁纖維加入量分別為0、0.5%、1%、2%、3%，纖維加入量對制品容重、顯氣孔率、耐壓強度性能的影響如圖3至圖5所示。

由圖3可知，硅酸鋁纖維加入對制品容重和顯氣孔率影響微小。由圖4、圖5可知，隨著硅酸鋁纖維含量增加，制品的耐壓與抗折強度先增大后降低。當含量為1%時，耐壓強度、抗折強度都達到最大，其值分別為8MPa、3MPa。這可能是因為適量的硅酸鋁纖維在基體中起結合橋接作用，當裂紋尖端擴展時，很容易遇到彈性模量比基體大得多的硅酸鋁纖維，這時裂紋將發生偏離，將沿著纖維與基體的結合面或在基體內擴展，這樣平面裂紋變成了非平面裂紋，表面積與表面能大大增大，就能吸收更多的斷裂功，故制品強度增大較明顯。但隨著硅酸鋁纖維的繼續加入，制品的強度明顯減小。這可能是由于硅酸鋁纖維過多而難以分散，造成硅酸鋁纖維發生團聚現象而使制品性能下降。

3.3干法纖維分散對制品性能的影響

干法分散時間分別為15min、30min、60min，研究纖維分散時間對制品的耐壓強度和燒后線收縮率的影響，結果分別如圖6、圖7所示。

由圖6可知，隨著纖維分散時間的增長，制品的耐壓強度先增大后減小，但總體上比沒加入纖維的強度大；在分散時間為30min時，樣品的耐壓強度達到最大，其值為5.9MPa。由圖7可知，隨著分散時間的增加，樣品線變化率呈減少趨勢，說明分散時間越長纖維分散效果越好，起到了增韌的作用。綜合考慮，分散時間為30min最佳。

4 結 論

（1） SDRS發泡劑對制品的容量、顯氣孔率和耐壓強度有一定的影響，當含量為1%時，制品效果最佳。

（2） 采用濕法分散纖維，硅酸鋁纖維對試樣的容重和顯氣孔率影響不大，但可明顯提高燒后試樣的強度，當硅酸鋁纖維加入量為1%時，制品效果最佳。

（3） 采用干法分散纖維，分散時間對樣品的強度和線變化率有一定的影響，分散時間為30min時，效果最佳。

參考文獻

[1] 張世英，周武.高強度輕質多孔隔熱磚的研制工藝[J].耐火材料，2003，(2):119-120.

[2] 倪文，汪海霞，張春燕.鈣長石結合莫來石輕質耐火磚的研究開發[J].1999，33(2):76-78.

[3] 王璽堂，夏霞云.纖維增強剛玉耐火材料的制備及其顯微結構[J].耐火材料，1998，32(5):280-282.

[4] 董童霖，王璽堂，程鵬等.發泡法制備莫來石輕質耐火材料工藝研究[J].武漢科技大學學報(自然科學版)，2009，32(2):184-187.

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