硫酸鈣晶須在耐火隔熱材料中的應(yīng)用

（荊門(mén)市磊鑫石膏制品有限公司 湖北 荊門(mén) 448000）

摘要：硫酸鈣晶須在耐火隔熱材料中的應(yīng)用才剛開(kāi)始起步，由于硫酸鈣晶須具有耐高溫、耐磨耗、電絕緣性好、易進(jìn)行表面處理等優(yōu)點(diǎn)，使其用在耐火隔熱材料中能成為現(xiàn)實(shí)。

關(guān)鍵詞：硫酸鈣晶須；耐火；隔熱

Application of calcium sulfate whisker on insulating refractory

Huang Ming-jie, Zhang Xiao-ying

(Jingmen City Leixin Gypsum Product Co.,Ltd., Jingmen 448000,China)

Abstract: The application of calcium sulfate whisker in insulating refractory are only just beginning to start, because of the advantage of the calcium sulfate whisker, for example, high temperature resistance, abrasion resistance, good electrical insulation, easy for surface treatment, etc, make its use in insulating refractory can become reality.

Key words: calcium sulfate whisker; refractory; insulation

1引言

在航天、能源、化工和冶金等眾多工業(yè)領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用的新型隔熱材料，在近十多年中一個(gè)重要發(fā)展動(dòng)向是具有復(fù)合功能的隔熱材料的研究和開(kāi)發(fā)。傳統(tǒng)耐火材料具有高溫強(qiáng)度，但隔熱性能欠佳，一般隔熱材料具有優(yōu)異的隔熱性能，但缺乏高溫強(qiáng)度。因此，兼有隔熱性能和高溫強(qiáng)度復(fù)合功能的耐火隔熱材料成為新的研究熱點(diǎn)，其技術(shù)關(guān)鍵是在材料配方設(shè)計(jì)和工藝研究中如何協(xié)調(diào)和兼顧隔熱性能和高溫強(qiáng)度這兩個(gè)相互制約的物性，或許是因?yàn)樯婕凹夹g(shù)訣竅，有關(guān)這方面的系統(tǒng)研究結(jié)果至今報(bào)道甚少。

2硫酸鈣晶須

硫酸鈣晶須是以二水硫酸鈣作為原料，采用先進(jìn)的工藝及配方生產(chǎn)的具有半水、無(wú)水、死燒硫酸鈣纖維狀單晶體。它具有均勻的橫截面、完整的外形和高度完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是一種有著許多特殊性能的非金屬材料。硫酸鈣晶須應(yīng)用于耐火隔熱材料中，不僅能夠增強(qiáng)、增韌，而且還能起到增稠、耐熱、耐磨、耐油等作用。硫酸鈣晶須同其它短纖維比較，有極高的機(jī)械強(qiáng)度，且價(jià)格在晶須行業(yè)中最低，有其他晶須無(wú)可比擬的性能價(jià)格比，應(yīng)用范圍非常廣泛，其基本性能指標(biāo)如表1所列。

表1硫酸鈣晶須基本指標(biāo)

3耐火隔熱材料

3.1耐火隔熱材料介紹

隔熱耐火材料是指氣孔率高、體積密度低、導(dǎo)熱率低的耐火材料，隔熱耐火材料又稱輕質(zhì)耐火材料，它包括隔熱耐火制品、耐火纖維和耐火纖維制品。

隔熱耐火材料的特征是氣孔率高，一般為40%～85%，體積密度低，一般低于1.5g/cm³，熱導(dǎo)率低，一般低于1.0W(m·k)。它用作工業(yè)窯爐的隔熱材料，可減少爐窯散熱損失，節(jié)省能源，并可減輕熱工設(shè)備的重量。隔熱耐火材料機(jī)械強(qiáng)度、耐磨損性和抗渣侵蝕性較差，不宜用于爐窯的承重結(jié)構(gòu)和直接接觸熔渣、爐料、熔融金屬等部位。

3.2耐火隔熱材料分類

隔熱耐火材料制品的種類很多，其分類方法主要有以下幾種：

(1)按使用溫度分為低溫隔熱耐火材料(使用溫度為600～900℃)、中溫隔熱耐火材料(使用溫度為900～1200℃)和高溫隔熱耐火材料(使用溫度大于1200℃)。

(2)按體積密度分為一般輕質(zhì)耐火材料(體積密度為0.4～1.0g/cm3)和超低輕質(zhì)耐火材料(體積密度低于0.4g/cm3)。

(3)按原料分為粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、硅質(zhì)和鎂質(zhì)等隔熱耐火材料。

(4)按生產(chǎn)方法分為燃盡加入法、泡沫法、化學(xué)法和多孔材料法等隔熱耐火材料。

(5)按制品形狀分為定形隔熱耐火制品和不定形隔熱耐火制品。

4硫酸鈣晶須在耐火隔熱材料中的應(yīng)用

晶須一般是纖維狀態(tài)的單晶體，在這種定義下，硫酸鈣晶須應(yīng)該更嚴(yán)格地稱為硫酸鈣微纖，因?yàn)樗且环N不完善的多晶結(jié)構(gòu)，或稱之為不完美的晶須。但由于它的諸多性能接近晶須，因此，國(guó)內(nèi)外眾多的研究者都將其稱為晶須。這種晶須同碳化硅、鈦酸鉀晶須相比，價(jià)格十分低廉，其化學(xué)結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)決定了它具有耐高溫、抗化學(xué)腐蝕等特性。

無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)材料熔點(diǎn)均很高，耐熱性好，并可阻燃。如果將晶須加人到樹(shù)脂之中，高溫時(shí)強(qiáng)度損失很少，即使是很弱的基體，因晶須的增強(qiáng)作用，在高溫下也能成倍地提高強(qiáng)度。由于晶須的存在，不易引起樹(shù)脂和橡膠中的大分子滑移，使玻璃化溫度升高，耐熱性也就必然提高^[1]。

4.1提高制品的耐熱溫度

硫酸鈣晶須具有無(wú)機(jī)填料的熱均勻性，熔點(diǎn)為1450℃，在900℃時(shí)，仍保持其原有的機(jī)械性能。將其添加到制品中能顯著地提高制品的耐熱溫度。如臺(tái)灣奇美757的ABS料，基體熱變形溫度為84℃，硫酸鈣硫酸鈣增強(qiáng)后的熱變形溫度為90℃；純PP粉對(duì)PP母粒，可通過(guò)加入硫酸鈣晶須增強(qiáng)，且將熱變形溫度從81.73℃提高到118.64℃。

4.2阻燃填料

國(guó)外生產(chǎn)的Valu-Fil 650是一種白色、柔軟的二水硫酸鈣粉末，它作為一種經(jīng)濟(jì)的阻燃性填料被用于高分子聚酯中。這種填料是由高純度的石膏礦石加工而成的特定粒度范圍的粉體，它能在樹(shù)脂中最大量填充，用這種填料填充能增加樹(shù)脂系統(tǒng)的阻燃性、降低樹(shù)脂系統(tǒng)的成本、減少樹(shù)脂收縮。由二水硫酸鈣制得硫酸鈣晶須后，各項(xiàng)性能指標(biāo)均有很大幅度的上升，在阻燃上的效果更加顯著。

4.3防火板

硫酸鈣晶須可以作為玻璃纖維的替代品做防火石膏板骨架，這樣結(jié)合相容更好，制得的防火石膏板輕質(zhì)、防火、隔聲、抗震、占地面積少，裝飾效果好，綜合造價(jià)低，可作為非承重的防火隔墻吊頂，還可以用于工程中的外墻保溫、墻面裝飾、舊房改造、吸聲、降噪等場(chǎng)合。硅酸鈣晶須用于硅酸鈣防火板也起到同樣的效果。

4.4防火紙?zhí)盍?/span>

硫酸鈣晶須是很好的造紙?jiān)希L(zhǎng)徑比≥100(50以上)，即可代替部分或大部分紙漿，制造特種石膏紙，長(zhǎng)徑比≤50的可作紙張的高級(jí)填料，這樣可以大大增加紙的產(chǎn)量，降低木材(木漿)消耗，即保護(hù)了環(huán)境，又減少造紙廠中的廢水排放，減少污染。

石膏晶須集超細(xì)無(wú)機(jī)材料和增強(qiáng)纖維的優(yōu)勢(shì)于一身，作為紙張?jiān)鰪?qiáng)材料具有很好的發(fā)展前景。硫酸鈣晶須被廣泛用于難燃紙張，纖維素塑料，建筑材料和其他材料的補(bǔ)強(qiáng)劑。比如：

l 硫酸鈣晶須添加到纖維素紙漿中可制得高強(qiáng)度的防火紙；

l 硫酸鈣晶須可用于作瓦愣紙、包裝紙等的抗滑劑；

l 硫酸鈣晶須可用于具有抗水解性能和耐磨性的樹(shù)脂基復(fù)合材料。

4.5復(fù)合材料增強(qiáng)

硫酸鈣晶須適合作為塑料、橡膠、聚氨酯、金屬及陶瓷的增強(qiáng)組元。在塑料中加入硫酸鈣晶須后，可提高材料的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、阻燃性及尺寸穩(wěn)定性。

5小結(jié)

石膏晶須作為補(bǔ)強(qiáng)增韌材料已被廣泛應(yīng)用于造紙、樹(shù)脂、塑料、橡膠、涂料、油漆、瀝青、磨擦和密封材料等行業(yè)，又可直接作為過(guò)濾材料、保溫材料、耐火隔熱材料、紅外線反射材料和包覆電線的高絕緣材料^[2]。

6展望

硫酸鈣晶須具有耐高溫、抗化學(xué)腐蝕、韌性好、強(qiáng)度高、耐磨耗、電絕緣性好、易進(jìn)行表面處理、和橡膠塑料等聚合物的親和力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)^[3]，而價(jià)格卻僅為碳化硅晶須的200～300分之一，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。硫酸鈣晶須由于其性能優(yōu)良，價(jià)格低廉而具有極好的性能價(jià)格比，是一種應(yīng)用領(lǐng)域較廣、市場(chǎng)前景極為廣闊的新型材料，也是目前國(guó)際上備受關(guān)注、極有發(fā)展前途的無(wú)機(jī)鹽晶須材料。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟季茹,趙磊,梁國(guó)正,賈巧英.無(wú)機(jī)晶須在聚合物中的應(yīng)用[J].化工新型材料,2001,(第12期).

[2] 劉焱,于鋼.石膏晶須用做紙張?jiān)鰪?qiáng)材料[J].紙和造紙,2010,(第1期).

[3] 李子?xùn)|，李廣宇，于敏．實(shí)用膠粘劑原材料手冊(cè)．北京：國(guó)防工業(yè)大學(xué)出版社，1999：582

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