新型凝膠劑ISOBAM對凝膠注模成型多孔陶瓷材料的影響

李平 陸麗芳 倫文山 朱軍 閆勇

摘 要 本文主要研究了新型凝膠劑ISOBAM（異丁烯、馬來酸酐共聚物）對莫來石纖維、莫來石復合陶瓷性能的影響，加入ISOBAM后莫來石纖維、莫來石復合陶瓷能在常溫下產生凝膠固化效應，隨著ISOBAM的加入，其力學性能有較大的變化，研究證明ISOBAM的加入量在0.6%時，其綜合性能較為理想。

關鍵詞 ISOBAM；凝膠注模；莫來石纖維；莫來石復合陶瓷

0 引 言

新型凝膠注模方法基于分散—凝固原理，采用異丁烯酰胺聚合物粉體ISOBAM為凝膠劑，異丁烯酰胺攜帶銨根離子和酰胺基團，銨根離子可與莫來石中的氧化鋁表面的氫氧根聚合，從而形成有機—無機材料間的表面交聯反應。澆筑后，在放置的過程中酰胺水解與銨根離子反應，促使異丁烯酰胺自身發生縮合反應，從而凝膠化，產生凝膠固化效應。常規的溶膠凝膠法以含高化學活性組分的前驅體醇鹽為原料，存在 原料成本高、有毒性、對人體有害，溶膠凝膠法制備陶瓷材料處理時間較長，達1～2個月等較多缺點。而ISOBAM安全無毒，添加量少，易于操作，且常溫下放置7～8 h左右就可凝膠固化，大幅度地減少了固化時間，提高了生產效率。

1 試 驗

采用新型凝膠注膜成型工藝制備多孔陶瓷。首先以ISOBAM為凝膠劑，以聚丙烯酸銨為分散劑，以聚丙烯酰胺為增稠劑，以丙三醇為消泡劑混合均勻配制凝膠注模預混液；然后向預混液中加入固相56%～65%的莫來石纖維/莫來石復合粉，通過真空攪拌去除氣泡，得到性能穩定的懸浮液；將懸浮液轉移至模型中，制備成長29 mm×寬25 mm×高25 mm的樣品；靜置8h，ISOBAM中的異丁烯酰胺自身發生縮合反應，從而凝膠固化、脫模、干燥、燒成。

2 結果與討論

2.1凝膠劑ISOBAM對漿粘度的影響

通過圖1發現，隨著ISOBAM濃度的增加，陶瓷漿料的粘度也顯著增大，有相關研究表明，ISOBAM在水溶液里的構象隨著含量的增加而由線狀向環狀、蘑菇狀、球狀演變。當溶液中ISOBAM濃度較低時，共聚物的分子鏈都是舒展開的。因此，吸附在莫來石中的氧化鋁表面的ISOBAM分子通過電荷吸附和或螯合反應形成鋸齒狀或者環狀構象。ISOBAM的分散機理類似于“靜電空間位阻穩定機理”。由圖1可知，所有漿料都表現出剪切變薄的現象，即隨著剪切速率的增加，漿料的粘度逐漸降低。這是因為在剪切應力的作用下，陶瓷粉體顆粒間的范德華力占主導地位，并且這一主導作用隨著剪切速率的增大而逐漸衰退。

2.2凝膠劑ISOBAM含量對多孔陶瓷強度和孔隙率的影響

通過圖2可以看出，隨著ISOBAM含量的增加，孔隙率隨之降低，當含量超過1wt%，孔隙率的變化趨于平緩，而抗折強度出現先增大后減小的變化趨勢，由于抗折強度的高低直接影響產品的使用周期， 因此在保證一定孔隙率的條件下，盡可能地提高其抗折強度，由圖2中看出，當ISOBAM的含量在0.6wt%時抗折強度和孔隙率基本能達到平衡狀態。

2.3 碳化硅多孔陶瓷的孔徑分布

由圖3中所示，未添加膠凝劑ISOBAM時，多孔陶瓷的內部莫來石纖維排列緊密，局布孔隙較大，孔隙的分布不均勻。添加膠凝劑ISOBAM后，多孔陶瓷內部的莫來石纖維出現成網狀結構的排列的現象，而網架結構的具有孔隙及孔徑大小分布較為均勻，因此使得制備的莫來石纖維/莫來石復合多孔陶瓷結構穩定、性能優異。

3 結 論

（1）研究表明，新型膠凝劑ISOBAM對陶瓷漿料的流變性有較大的影響，因此選取適量的ISOBAM至關重要。

（2）通過對制備的多孔陶瓷的抗折強度和孔隙率的分析表征，ISOBAM的含量在0.6wt%時較為理想。并且制備的莫來石復合多孔陶瓷成網架結構，使得內部的孔隙和孔徑大小分布較為均勻。

參 考 文 獻

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