制備吸聲陶瓷板的一種新方法研究

呂海濤，曾令可

（1.貴州民族大學(xué)，貴州 貴陽 550025; 2. 華南理工大學(xué)，廣東 廣州 510640）

制備吸聲陶瓷板的一種新方法研究

呂海濤1，曾令可2

（1.貴州民族大學(xué)，貴州 貴陽 550025; 2. 華南理工大學(xué)，廣東 廣州 510640）

本文以陶瓷基礎(chǔ)料、拋光磚廢料為主要原料，經(jīng)球磨混合、料漿干燥、造粒后，再加入普通水泥作為外加劑，混合后再成型、燒成制備吸聲陶瓷板，通過TG/DSC、XRD、顯微分析等方法對材料進(jìn)行測試表征。結(jié)果顯示吸聲陶瓷板孔隙率高，且具有大量連通孔的孔結(jié)構(gòu)有助于材料吸聲，這種制備方法新穎、簡單，易于產(chǎn)業(yè)化。

吸聲；陶瓷板；孔結(jié)構(gòu)

近幾年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)、工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和人們聲環(huán)境意識(shí)的提高，噪聲污染日益為人們所認(rèn)識(shí)和關(guān)注。噪聲，嚴(yán)重影響人們的正常工作、學(xué)習(xí) 和生活，而且危害人體健康。長期處在噪音環(huán)境下，會(huì)使人產(chǎn)生頭痛、腦脹、耳鳴、失眠、心慌、記憶力衰退和全身疲乏無力等癥狀。此外，噪聲還會(huì)加速建筑物、機(jī)械結(jié)構(gòu)的老化，影響設(shè)備及儀表的精度和使用壽命[1]。環(huán)境噪聲的有效控制引起了世界各國政府和科技工作者的重視，開發(fā)研究優(yōu)良的吸音建筑陶瓷就變得十分重要。

拋光磚廢料中含有較高量微細(xì)SiC，在高溫?zé)蛇^程中可以分解形成封閉孔洞結(jié)構(gòu)[2]，如能選擇使用恰當(dāng)?shù)耐饧觿唵斡行У姆椒ㄊ狗忾]氣孔連通起來，使聲波能在孔洞中傳播，產(chǎn)生能量衰減，從而制造耐水、耐火、耐候、耐腐蝕，裝飾性好的吸聲陶瓷板具有重要的意義。本文選擇普通水泥作為外加劑，提出在“造粒”工序后再加入外加劑的新方法，制備出吸聲陶瓷板。

1 原料分析及制備工藝

本實(shí)驗(yàn)采用的原料是陶瓷基礎(chǔ)料、拋光磚廢料、普通水泥，原料成分如表 1所示；分散劑三聚磷酸鈉，增強(qiáng)劑羧甲基纖維素。

表1 實(shí)驗(yàn)用的主要原料及其成份/wt%

本文吸聲陶瓷板的制備采用的工藝流程如圖1所示，以陶瓷基礎(chǔ)料75wt%、拋光磚廢料 25wt%為主要原料，適量的三聚磷酸鈉作為分散劑，聚甲基纖維素作為增強(qiáng)劑，采用行星球磨機(jī)球磨（料︰ 水︰ 球=1︰0.6︰2），球磨后的料漿采用微波爐干燥至含水量約為 7～8%，再用 30目篩造粒。在該工序后再加入普通水泥(10wt%)作為外加劑，用四角混料法充分混合，這是本論文的一個(gè)關(guān)鍵工藝技術(shù)，是制備吸聲陶瓷板的一種新方法。最后采用SY35實(shí)驗(yàn)用液壓壓磚機(jī)壓制成型，再在 100℃干燥箱中干燥至恒重。然后在輥道窯生產(chǎn)線（最高燒成溫度 1200℃）上燒成制備得多孔吸聲陶瓷板。

圖1 工藝流程圖

普通水泥的成分比較復(fù)雜，則考慮可能因?yàn)槠胀ㄋ嗨骰瘜W(xué)成分與陶瓷基礎(chǔ)料、拋光磚廢料在高溫時(shí)發(fā)生系列反應(yīng)，致使連通孔的出現(xiàn)。為了證明在“造粒”工序后再加入普通水泥的新方法的效果，取參比樣：75wt%陶瓷基礎(chǔ)料、25wt%拋光磚廢料，在此配比基礎(chǔ)上，再加 10wt%普通水泥，共同球磨、干燥、造粒、成型、燒成，制備出樣品。參比樣與吸聲陶瓷板配方原料一致，加入普通水泥的工藝節(jié)點(diǎn)不同。

2 測試表征方法

實(shí)驗(yàn)采用北京世紀(jì)建通科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JTZB吸音系數(shù)測試系統(tǒng)，參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18696.1-2004《駐波管吸音系數(shù)和聲阻率測量規(guī)程》，測試樣品的駐波管吸音系數(shù)；采用德國耐弛STA449C熱分析儀對試樣配方料進(jìn)行熱分析；采用荷蘭Philips公司X′Pert PRO型全自動(dòng)X射線衍射儀對試樣進(jìn)行X射線衍射分析；采用SZX10體視顯微鏡對試樣的孔結(jié)構(gòu)等形貌進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)制備的吸聲陶瓷板在160～2000Hz的平均吸音系數(shù)為0.255，而參比樣在同頻率范圍內(nèi)的平均吸音系數(shù)只有 0.095。論文進(jìn)一步對兩個(gè)試樣進(jìn)行熱分析、X射線衍射分析以及形貌分析。

3.1 熱分析(TG/DSC)

實(shí)驗(yàn)對參比樣、吸聲陶瓷板試樣的配方進(jìn)行了熱分析，結(jié)果顯示兩者的熱分析結(jié)果沒有明顯差別，普通水泥在“造粒”工序前后加入，其燒制過程中物理變化和化學(xué)變化沒有明顯區(qū)別，顯然普通水泥的加入的工藝節(jié)點(diǎn)對配方的熱效應(yīng)沒有影響。室溫至250℃的質(zhì)量損失為1.45%，主要是排除在干燥工序中沒有除掉的自由水； 200℃到800℃燒失量為2.74%，較大，主要是結(jié)構(gòu)水的排除、碳酸鹽和有機(jī)物的分解；1150℃左右，實(shí)驗(yàn)開始發(fā)泡生成大量氣體，部分氣體排出，使質(zhì)量略有減小，質(zhì)量損失為0.27%。

120 ℃產(chǎn)生一個(gè)吸熱峰，是因?yàn)樽杂伤畵]發(fā)吸熱；492℃產(chǎn)生吸熱峰，是因?yàn)榻Y(jié)合水、碳酸鹽和有機(jī)物分解吸熱；575℃產(chǎn)生的吸熱峰，對應(yīng)的變化是β-石英轉(zhuǎn)化成α′-石英。1200℃出現(xiàn)吸熱峰，是因?yàn)楦邷胤瞧胶鉅顟B(tài)下，引入的普通水泥發(fā)生分解，伴隨有大量液相生成，這些液相對顆粒表面的潤濕作用進(jìn)一步加劇了各物相的反應(yīng)。

3.2 X射線衍射分析（XRD）

將上述試樣原料及兩種試樣進(jìn)行X射線衍射分析，分析結(jié)果顯示，試樣原料中主要含的晶相是石英和鈉長石。燒成后，兩試樣的主晶相均為石英和鈣長石。鈣長石的主要化學(xué)成分為CaO·Al2O3·2SiO2。普通水泥熟料礦物主要由硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)和鐵鋁酸四鈣(4CaO·Al2O3·Fe2O3)組成。兩試樣都加入普通水泥作為原料，引入了鈣源，高溫生成了鈣長石[3]，同時(shí)消耗了部分石英，反應(yīng)過程可簡單寫為下列方程式[4]：

3.3 孔結(jié)構(gòu)對材料吸聲性能的影響

實(shí)驗(yàn)對配方一致的參比樣和吸聲陶瓷板試樣表面進(jìn)行拋光，使表面盡量平整，且使孔隙露出來，再對孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，如圖2所示：

圖2 試樣顯微圖

圖 2中可以看出，兩個(gè)試樣孔數(shù)量均較多，孔隙率較高，但二者形貌相差較大。從(a)圖看出普通水泥在“球磨混合”前加入，試樣燒制出來的樣品孔隙分布均勻，但明顯都是閉孔，不具備吸聲材料要求的連通孔。(b)在“造?！惫ば蚝笤偌尤肫胀ㄋ嘧鳛橥饧觿┑男路椒ㄖ苽涑鰜淼奈曁沾砂逶嚇?，具有較好的氣孔形貌，孔徑分布范圍約為0.1mm～2mm，孔徑多為連通狀，曲折度大，通道復(fù)雜，孔徑較大。這種結(jié)構(gòu)有利于聲波進(jìn)入孔隙，從而引起微孔內(nèi)空氣振動(dòng)，氣孔中空氣受壓縮時(shí)溫度升高，稀疏時(shí)溫度降低；緊靠孔壁的空氣運(yùn)動(dòng)較慢，相對遠(yuǎn)離孔壁的空氣運(yùn)動(dòng)較快，從而產(chǎn)生黏滯阻力和摩擦作用，再加上材料的熱傳導(dǎo)效應(yīng)，共同作用使振動(dòng)空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能而衰減，材料吸聲性能相應(yīng)得到提高[5]。顯然，大量連通孔的產(chǎn)生和實(shí)驗(yàn)工藝有著重要關(guān)系。在造粒顆粒中加入普通水泥的工藝對制備連通孔具有重要作用，該技術(shù)流程是制備建筑吸聲板材的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，這種方法新穎、簡單，易于產(chǎn)業(yè)化。

4 結(jié)論

(1) 實(shí)驗(yàn)采取配方陶瓷基礎(chǔ)料75wt%，拋光磚廢料25wt%，外加普通水泥10wt%制備建筑吸音材料，在160～2000Hz的平均吸音系數(shù)為0.255。

(2) 試樣連通孔的形成與普通水泥水化作用及水泥成分引入沒有直接原因；在“造粒”工序后加入普通水泥的工藝技術(shù)流程是制備建筑吸聲板材的一個(gè)新方法，這種工藝過程可形成大量連通孔。

[1] 郭爽.噪聲污染的危害與控制[J].中國科技信息,2014,12:31-32

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[3] 黃朝暉, 黃賽芳, 孫浩然, 等. 鈣長石/莫來石復(fù)相耐高溫材料的物相設(shè)計(jì)[J]. 稀有金屬材料與工程, 2009, 38(2): 1252-1254

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1007-6344（2015）09-0107-02

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