專利名稱：硅酸鈣隔熱防火材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅酸鈣隔熱防火材料及其制造方法，屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有硅酸鈣隔熱材料有以下兩種材質(zhì)1、由石英、石灰水熱動態(tài)合成的硬硅鈣石不完善晶相，石英雖然純度高，SiO2含量一般在95％以上，但它屬于結(jié)晶態(tài)，活性低，反應(yīng)中硬硅鈣石生成率低，結(jié)晶不完善，不可避免地存在或多或少的中間產(chǎn)物，脫貝莫來石晶相，最高耐熱溫度只能達(dá)到1000℃；2、由硅藻土、石灰水熱靜態(tài)反應(yīng)合成的脫貝莫來石晶相，最高耐熱溫度650℃(見日本JISA9510-1995《無機多孔絕熱材料》和英國BS3958-82第2部分《預(yù)制硅酸鈣制品規(guī)范》，硅藻土雖然屬非晶材料，活性較高，但其SiO2含量低，只有60-82％，雜質(zhì)多、特別是Al2O3含量大都在10％以上，由于Al2O3的大量存在，反應(yīng)只能進(jìn)行到托貝莫來石相，而無硬硅鈣石生成，所以耐熱溫度低?，F(xiàn)有的這兩種硅酸鈣隔熱材料都不能滿足現(xiàn)有的工業(yè)窯爐的隔熱保溫1000℃-1100℃的要求和建筑物耐火極限3小時以上的防火要求。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，制造出滿足上述工業(yè)窯爐1000-1100℃部位的隔熱保溫材料，和建筑物耐火極限3小時以上的防火材料。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)措施1、以非晶硅微粉作為硅質(zhì)原料，此種非晶硅微粉是冶煉鐵合金和冶煉脫硅鋯時收集的二氧化硅飛塵及專門生產(chǎn)的非晶硅微粉(簡稱硅灰)，稻殼灰、白碳黑等的任何一種或幾種，其技術(shù)要求為SiO2含量不低于88％(最佳≥95％)，Al2O3含量小于3％。為降低成本，硅質(zhì)原料中也可摻加不超過20％的結(jié)晶硅微粉，如石英粉，要求SiO2含量不低于95％，細(xì)度為0．06mm以下，由于采用上述非晶硅質(zhì)原料，純度高，雜質(zhì)少，活性高，反應(yīng)中硬硅鈣石生成率高，結(jié)晶完善，晶體粗大，晶相穩(wěn)定，即使加入≤20％的結(jié)晶硅微粉，也不產(chǎn)生托貝莫來石相，對反應(yīng)物及材料性能影響也不大。
2、為改善材料的高溫體積穩(wěn)定性，可在成型前的料漿中添加硅灰石，硅灰石填加的量靜態(tài)法為坯料重的0-40％(外加)，動態(tài)法為干料重的0-12(外加)，硅灰石為60-325目的粉體、硅灰石是一種無水硅酸鈣，1150℃以下性能穩(wěn)定，在本發(fā)明中，用它起填充作用，以增加材料的高溫體積穩(wěn)定性。
3、為改善材料的高溫性能，可在動態(tài)法工藝中，在成型之前的料漿中添加硅質(zhì)添料，添加量為干料重的0-20％(外加)，最佳為10-15％，硅質(zhì)添料和上述1所述的硅質(zhì)料相同(包括非晶態(tài)硅和晶態(tài)硅)。硅質(zhì)添料可顯著改善材料的高溫性能，減小高溫收縮，增加高溫強度。
以下為本發(fā)明硅酸鈣隔熱防火材料的制法一、原料要求①非晶硅微粉，如硅灰、硅粉、稻殼灰、白碳黑，其SiO2含量不低于88％，Al2O3含量少于3％。
②石英等結(jié)晶硅粉，SiO2含量≥95％，粉磨至細(xì)度0．06mm以下。
③鈣質(zhì)材料，可以是生石灰，消石灰或電石渣，其中Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì)含量和CaCO3總和應(yīng)小于5％。
④硅灰石60-325目粉末，X-射線衍射檢驗為硅灰石特征。
⑤纖維材料、無捻紗，沉水性好的無機纖維如陶瓷纖維、天然有機纖維、如麻、棉、草木纖維，長度2-15mm，使均勻分散于水中。
二、配料及制法①靜態(tài)制法將硅微粉和石灰乳或石灰或電石渣放進(jìn)予反應(yīng)釜中加水在攪拌下混合料中CaO和SiO2摩爾比C／S控制在0．95-1．05，硅微粉包括非晶硅微粉和結(jié)晶硅微粉，其中結(jié)晶硅微粉是為了降低成本才加入的，加入量控制在20％(重量)以下，調(diào)節(jié)至水／固(重量)比=5-10，予反應(yīng)溫度控制在80-100℃，時間1-3小時，以上述配合料干重為100％，稱取配合料干重0-40％的硅灰石粉，加入配合料中攪拌均勻，調(diào)節(jié)水量使水／固(重量)比保持5-10，加入纖維，纖維可以是前述的一種或多于一種纖維的混合物，加入量為固體料重的2-8％，硅灰石和纖維可以在予反應(yīng)前或予反應(yīng)后加入，攪拌均勻，放入帶孔模具在壓機上壓濾成型，將成型后的濕制品送進(jìn)合成釜，通蒸汽進(jìn)行合成反應(yīng)，釜內(nèi)溫度190-220℃，保持時間12-24小時，緩慢降溫，均勻冷卻，待釜內(nèi)為常壓時，取出制品放進(jìn)干燥窯內(nèi)烘干，溫度為100-140℃，使制品含水率≤5％，進(jìn)行分檢和包裝。
②動態(tài)制法原材料與靜態(tài)制法相同，配料和工藝如下將硅微粉和石灰乳或石灰或電石渣，入在合成反應(yīng)釜中，加水在攪拌下混合，也可預(yù)先混合后投入反應(yīng)釜中，配合料中CaO與SiO2摩爾比控制在0．95-1．05。硅微粉的成分，即其中的非晶硅微粉和結(jié)晶硅微粉的配比與靜態(tài)法相同，釜內(nèi)料漿水／固(重量)=12-24，反應(yīng)溫度190-220℃，反應(yīng)時間2-8小時，在加熱和合成反應(yīng)時，以80-180轉(zhuǎn)／分?jǐn)嚢瑁磻?yīng)終了，冷卻至100℃以下放料，反應(yīng)生成料中加入纖維，硅灰石粉和硅質(zhì)添料分別為2-8％、0-12％、0-20％，攪拌均勻，所加入的硅質(zhì)添料與第一次配料中所用硅微粉成分相同，將合成的料漿用壓機和帶孔模具壓濾成型，將成型制品送至干燥窯內(nèi)在100-140℃干燥至制品含水量≤5％，即為成品。
以上動態(tài)法和靜態(tài)法工藝各有特長，動態(tài)法每窯生產(chǎn)周期短，但產(chǎn)量低，靜態(tài)法每窯周期長，對設(shè)備和操作者要求高，但每釜產(chǎn)量高，動態(tài)法可在合成料漿中添加硅質(zhì)添料和外加劑，以改善和調(diào)整材料的物化性能，而靜態(tài)法在合成反應(yīng)后無法添加其它材料。
本發(fā)明硅酸鈣隔熱防火材料的優(yōu)點是1、本發(fā)明采用非晶硅質(zhì)材料、純度高、雜質(zhì)少，特別是Al2O3含量低，活性高，反應(yīng)中硬硅酸鈣生成率高，結(jié)晶完善，晶體粗大，晶相穩(wěn)定，即使原料中加入一定量的結(jié)晶硅如石英，對反應(yīng)產(chǎn)物及材料性能影響也很小。
2、成型前的料漿添加硅灰石，硅灰石為無水硅酸鈣，在1150℃以下性能穩(wěn)定，其在硅酸鈣隔熱防火材料中起填充作用，能增加材料的高溫體積穩(wěn)定性。
3、在動態(tài)法工藝成型前的料漿中加入硅質(zhì)添料，即是本發(fā)明主要原料的硅微粉，能顯著改善材料的高溫性能，減小高溫收縮，增加高溫強度。
4、本發(fā)明的材料最突出的優(yōu)點是在1050℃燒16小時，線收縮率小于2％，無裂紋和變形，且燒后抗折強度較高，在0．3MPa以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)到和超過日本JISA9510-1995，《無機多孔絕熱材料》的要求，即常溫抗折≥0．3MPa，1000℃3小時煤后線收縮率≤2．0％，且無裂紋和變形。
以下所舉的實施例，例1．2和對照例1是靜態(tài)法工藝，例3、4、5、6及對照例2、3是用動態(tài)工藝。
測試按GB10699《硅酸鈣絕熱制品》進(jìn)行，耐火極限實驗執(zhí)行GB9978《建筑構(gòu)件耐火試驗方法》。
實施例1硅質(zhì)原料硅灰石80％，石英粉占20％。
硅灰中SiO2含量90．6％，Al2O3含量1．3％。石英粉中SiO2含量96．2％，細(xì)度，全部通過0．06mm的方孔篩，鈣質(zhì)原料為生石灰消化而成的石灰乳，固體物中CaO含量69．3％。
分別稱取干硅灰80g，干石英粉20g混合，加300g淡水，攪拌均勻，稱取660g石灰乳，與硅質(zhì)料漿混合，攪勻，補加水1140g并攪勻。此時料漿中C／S=1．00，水／固=9。在100℃時攪拌1小時20分鐘，進(jìn)行預(yù)反應(yīng)。之后加入干重6．6g的紙漿，紙漿加入量為3％，攪勻，壓制成平板(設(shè)計體積密度320kg／m3)，在210℃-215℃的飽和蒸汽的合成釜內(nèi)反應(yīng)20小時，緩慢均勻冷卻12小時，取出烘干，所得材料性能見表1。
實施例2硅質(zhì)原料純硅灰。
硅灰及石灰乳配比及工藝同實施例1，但成型前添加硅灰石，添加量為34％，所得材料性能見表1。
對照例1。
硅質(zhì)原料中硅灰，石英各半，并添加20％的硅灰石，硅灰、石英粉，石灰乳，紙漿同實施例1。干硅灰50g，石英粉50g，石灰乳670g，硅灰石44g。制造步驟同實施例1、2，所得材料性能見表1。
以上是靜態(tài)工藝實例。實施例1中，硅質(zhì)原料為非晶硅80％、結(jié)晶硅20％；實施例2中，硅質(zhì)原料為純非晶硅，并加入34％的硅灰石。兩個實施例從原料到材料性能都符合本發(fā)明的要求。對照例1中硅質(zhì)原料用50％的非晶硅50％的結(jié)晶硅，雖然加入20％的硅灰石，但由于硅質(zhì)原料不符合本發(fā)明要求，材料1000℃16小時燒后，抗折強度損失很大，1050℃16小時燒后線收縮率達(dá)2．6％不符合2．0％以下的要求。
以下是動態(tài)法工藝實例。
實施例3硅質(zhì)材料純硅灰硅灰和鈣質(zhì)原料與實施例1相同。
稱取100g干硅灰，加入到1000g淡水中攪拌。稱取681g的石灰乳，與硅灰料漿混合、攪拌。再稱取2700g水加入，攪拌均勻。此時料漿C／S=1．00，水／固(重量)=19。將料漿注入帶有攪拌的合成釜中，加熱至205℃-212℃時，攪拌反應(yīng)6h，攪拌轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)／分。冷卻后取出料漿，加入干重8．3g的分散棉纖維，攪勻，壓成平板(設(shè)計體積密度230kg／m3)，烘干，材料性能見表1。
對照例2硅質(zhì)原料純石英粉(現(xiàn)有技術(shù))石英粉及石灰乳與實施例1相同，石英粉98g，石灰乳681g，其它與實施例3相同，材料性能見表1。
實施例3與對照例2是對應(yīng)的，實施例3是本發(fā)明的制造方法、硅質(zhì)原料用純非晶硅1而對照例2是現(xiàn)有技術(shù)，硅質(zhì)材料是純石英，從表1可以看出二者有明顯區(qū)別。
實施例4硅質(zhì)原料硅灰占80％、石英粉占20％，合成料外加15％的石英粉。
硅灰、石英粉、石灰乳與實施例1相同。
硅灰80g、石英粉20g加水?dāng)嚢?，加石灰?83g，此時料漿C／S=1．00，加水使水／固=14。合成工藝與實施例3相同。合成料外加33g硅質(zhì)添料石英粉(外加劑15％)。所得材料性能見表1。
對照例3硅質(zhì)原料用石英粉，合成料添加硅灰。
原料與合成與對照例2相同。合成料外加硅灰33g(硅粉添加量為15％)做為硅質(zhì)添料。制品性能見表1。
實施例4與對照例3是對應(yīng)的，實施例4的硅質(zhì)原料中80％是非晶硅，20％是結(jié)晶硅，合成料添加15％的結(jié)晶硅質(zhì)添料石英粉，符合本發(fā)明的要求。對照例3的硅質(zhì)原料是純結(jié)晶硅、石英，合成料添加了15％的非晶硅質(zhì)添料硅灰，是現(xiàn)有技術(shù)(對照例2)的改進(jìn)，但沒達(dá)到發(fā)明的要求。從表1可以看出二者有明顯的區(qū)別。
實施例5(最佳實施例)硅質(zhì)原料為硅灰，合成料添加硅灰和硅灰石。
原料所用硅灰和添加所用的硅灰及石灰乳與實施例1相同，硅灰石與實施例2相同。
分別稱取100g硅灰和664g的石灰乳，按實施例3的要求操作至合成。在合成料中加入干重10g的紙漿、纖維和陶瓷纖維的混合物，纖維加入量為4．5％，加26g用水分散的干硅灰和13g硅灰石，硅灰和硅灰石的添加量分別為12％和6％。分別壓成密度250kg／m3和400kg／m3的平板，烘干后材料性能分別見表1和表2。
表1用作隔熱材料按GB10699《硅酸鈣絕熱制品》規(guī)定的方法測試的結(jié)果。
表2用做建筑防火材料按GB10699和GB9978《建筑構(gòu)件耐火試驗方法》測試的結(jié)果。
實施例5是最佳實施例，硅質(zhì)原料全用非晶硅(硅灰)合成料添加了數(shù)量合適的硅灰石(6％)和硅質(zhì)添料(硅灰12％)各種性能特別是高溫性能最好，見表1。
權(quán)利要求
權(quán)利要求書1．一種硅酸鈣隔熱防火材料，其特征在于其礦物組成為硬硅鈣石或以硬硅鈣石為主，硅灰石和／或硅質(zhì)添料為輔，混合有2-8％的纖維作為增強材料的成形體。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅酸鈣隔熱防火材料，其特征在于所述的成形體的主要礦相硬硅鈣石由含SiO288％以上的非晶硅微粉，加0-20％的結(jié)晶硅粉和含CaO95％以上的灼燒基的鈣質(zhì)材料合成，其摩爾比為C／S=0．95-1．05。
3．根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的硅酸鈣隔熱防火材料，其特征在于所述硅灰石的加入量為0-40％。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅酸鈣隔熱防火材料，其特征在于所述的加有硅灰石的合成料漿中，還可加入硅質(zhì)添料0-20％。
5．一種如權(quán)利要求1所述的硅酸鈣隔熱防火材料的靜態(tài)法制造工藝，其特征在于一、原材料①非晶硅微粉，如硅灰、稻殼灰、白碳黑，SiO2含量不低于88％，Al2O3含量少于3％。②石英等結(jié)晶硅粉，SiO2含量≥95％，細(xì)度0．06mm以下。③鈣質(zhì)材料可以是生石灰，消石灰或電石渣，SiO2、Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì)含量和CaCO3含量總和應(yīng)小于5％。④硅灰石40-325目粉未。⑤纖維材料，無捻浸水性好的無機纖維如陶瓷纖維，天然有機纖維，如麻、棉、草木纖維、長度2-15mm，使均勻分散于水中。二、配料及制造方法硅微粉和石灰乳或石灰或電石渣，放進(jìn)予反應(yīng)釜中，攪拌混合，配料中CaO與SiO2摩爾比C／S控制在0．95-1．05，調(diào)到水／固(重量)比=5-10，予反應(yīng)溫度80-100℃，時間1-3小時，以上述配合料干重為100％，稱取0-40％的硅灰石粉，加入配合料中，攪勻，調(diào)節(jié)水量，使水／固(重量)比保持5-10，加入上述固體物料重的2-8％的纖維，攪拌均勻，將上述料漿在壓機上用帶孔模具壓濾成型，將成型的制品進(jìn)進(jìn)合成釜，通蒸汽使釜內(nèi)溫度保持在190℃-220℃，保持12-24小時，緩慢降溫，均勻冷卻，待釜內(nèi)為常壓時，取出制品放進(jìn)干燥窯內(nèi)烘干、烘干溫度100-140℃，使制品含水率≤5％。
6．一種如權(quán)利要求1所述的隔熱防火材料的動態(tài)制法，其特征在于一、原料與靜態(tài)法相同；二、配料及制法如下；將硅微粉和石灰乳或石灰或電石渣，放進(jìn)合成反應(yīng)釜中加水?dāng)嚢璨⒒旌弦部梢韵扔杌旌虾笤偻度牒铣煞磻?yīng)釜，配合料中CaO與SiO2摩爾比C／S在0．95-1．05，釜內(nèi)料漿水／固(重量)=12-24，反應(yīng)溫度190-220℃，反應(yīng)時間2-8小時，反應(yīng)過程以80-180轉(zhuǎn)／分?jǐn)嚢瑁磻?yīng)終了，冷卻至100℃以下放料，反應(yīng)生成料中加入固體重2-8％的纖維，0-12％的硅灰石和0-20％的硅質(zhì)添料，攪拌均勻，將此料漿用壓機和帶孔模具壓濾成型，將成型制品送至干燥窯在100-140℃干燥至制品含水量≤5％。
7．根據(jù)權(quán)利要求5和6所述的硅酸鈣隔熱防火材料的制造方法，其特征在于所述的硅微粉中包含非晶硅微粉和結(jié)晶硅微粉，其中的結(jié)晶硅微粉加入量為0-20％(重量)。
8．根據(jù)權(quán)利要求6中所述的硅酸鈣隔熱防火材料的動態(tài)制法，其特征在于所述的硅質(zhì)添料，可以是權(quán)利要求5所述的非晶硅微粉，也可以是權(quán)利要求5所述的結(jié)晶硅微粉，或是二者任意比例的混合物。
全文摘要
本發(fā)明為一種硅酸鈣隔熱防火材料及其制造方法,此材料主要由非晶硅微粉,加或不加少量硅結(jié)晶微粉及鈣質(zhì)材料合成的硬硅鈣石組成。此外,尚有硅灰石和/或硅質(zhì)添料和纖維材料,其制造方法有靜態(tài)法和動態(tài)法兩種,原材料相同,硅微粉和鈣質(zhì)材料的配比也一樣,只是靜態(tài)法在合成反應(yīng)前成型、且只添加纖維材料和硅灰石粉,動態(tài)法在合成反應(yīng)后成型,合成料在成型前添加纖維材料和硅灰石粉或/和硅質(zhì)材料。
文檔編號C04B28/18GK1204678SQ98102760
公開日1999年1月13日 申請日期1998年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月3日
發(fā)明者孫永生, 孫祥云, 周季楠, 于祥旭 申請人:萊州明發(fā)隔熱材料有限公司