專利名稱:基于水合硅酸鈣的材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
本發(fā)明涉及具有隔熱或電絕緣性能及隔聲或減振作用，并具高機(jī)械強(qiáng)度和永久性的耐水性和耐二氧化碳性的基于水合硅酸鈣的新材料;它的新的制備方法及在那些需要用具有良好的通用絕緣性能而又同時(shí)具有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性能的新材料的科技領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。
可含有纖維的、基于水合硅酸鈣的絕熱材料，已為人們所熟知。然而，迄今為止它們均不能令人滿意，例如在熱聚集的情況下或惡劣條件下使用時(shí)，如果不是缺乏機(jī)械強(qiáng)度(特別是暴露在高溫時(shí))，就是喪失其絕緣性能，甚至兩者兼有;由于它們的熱穩(wěn)定性、耐水性等均已下降、它們的工作壽命也相應(yīng)縮短。市場(chǎng)上銷售的水合硅酸鈣材料，在暴露于1273.15°K高溫后，其抗壓縮性為49N/cm2。
因此，它們的應(yīng)用范圍是特定的，也是相當(dāng)狹窄的。在先有技術(shù)中，尋找一種具有良好的絕緣性能、同時(shí)也具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性的通用材料的問(wèn)題尚未得到解決。
現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)基于水合硅酸鈣的材料，其中含有主要成分為11
的雪硅鈣石纖維，并可任意地?fù)饺肷倭康臒o(wú)機(jī)和/或有機(jī)纖維，這種材料即使在惡劣條件下也具有優(yōu)良的隔熱或電絕緣性及隔聲或減振作用，永久性的耐二氧化碳和水的性能，同時(shí)又有很高的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)此材料包含著按質(zhì)量百分比為80%的，具有良好結(jié)晶結(jié)構(gòu)的11
雪硅鈣石纖維時(shí)，其各種性能均屬優(yōu)良。
具有非顯而易見(jiàn)的特性的材料是本發(fā)明的主要目的。
本發(fā)明的另一目的是根據(jù)下列化學(xué)式，制備包含主要成分為11
的雪硅鈣石纖維的水合硅酸鈣的新方法
用所謂“濕”法，相應(yīng)地從溶液和懸浮液開(kāi)始。而至今已知的合成法是在濕潤(rùn)壓模或其他成型體的情況下進(jìn)行的。
本發(fā)明所述的方法按下述方式具體進(jìn)行熟石灰和粒子尺寸最大為93微米的石英粉末(SiO2含量的質(zhì)量百分比至少為80%)。在熟石灰和二氧化硅之比為0.73至0.76的情況下，相繼地加入質(zhì)量百分比為0.3至1.5%的羧甲基纖維素堿性鹽的水溶液中。在此懸浮液中，加入按質(zhì)量百分比(以懸浮液中的固相計(jì)算)為5至8%的無(wú)機(jī)或有機(jī)纖維(最大長(zhǎng)度為10mm)，使懸浮液中固相與液相之間的比例大約為4.5至5.5的范圍。再將所述懸浮液裝入模具中，使它在12至16小時(shí)內(nèi)經(jīng)受7.0至11.0巴的水蒸氣的作用，把產(chǎn)品從模具中取出來(lái)后，在最高溫度為493°K下干燥。
羧甲基纖維素的堿性鹽以羧甲基纖維素鈉為好;所用無(wú)機(jī)纖維具體來(lái)說(shuō)是10毫米長(zhǎng)的石棉纖維，而有機(jī)纖維則以10毫米長(zhǎng)的亞麻，大麻或黃麻纖維為好。
必須指出，所述的纖維并非為增強(qiáng)水合硅酸鈣的結(jié)構(gòu)而加入去的;而是作為添加物誘導(dǎo)結(jié)晶作用以便生成具有所需良好結(jié)晶結(jié)構(gòu)的纖維狀的11
雪硅鈣石。在不受任何理論限制的情況下，本發(fā)明人相信，它們是在合成反應(yīng)中起著阻滯劑的作用，因而使11
雪硅鈣石的選擇性結(jié)晶得以進(jìn)行。對(duì)產(chǎn)品的X射線衍射分析證實(shí)了高含量的11
雪硅鈣石良好結(jié)晶的存在。
當(dāng)11
雪硅鈣石良好結(jié)晶形成之后，上述纖維的存在已成為無(wú)關(guān)緊要的了，稍后將該材料繼續(xù)升溫，而達(dá)到高溫時(shí)，它們將被破壞。
新材料的性質(zhì)很明顯是具有大體上均勻整體結(jié)構(gòu)的特征。與此相反，先有技術(shù)中的材料則在升溫時(shí)，分解成它們?cè)瓉?lái)的成分。
基于它的結(jié)構(gòu)和構(gòu)成的新特征，本發(fā)明要求保護(hù)的材料不論是在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)，熱聚集或其他聚集形式的條件下，均是一種用途廣的材料。
本發(fā)明的另一目的，是此種基于水合硅酸鈣、含有主要成分為11
雪硅鈣石纖維的材料，作為具有隔熱或電絕緣的及隔聲或具有減振作用、同時(shí)有高機(jī)械強(qiáng)度及永久耐水性和耐二氧化碳性的材料的應(yīng)用，會(huì)受到熟悉此技術(shù)的任何人員的重視。
下述實(shí)例可說(shuō)明本發(fā)明，但在任何情況下不可視為對(duì)本發(fā)明之限制。
實(shí)例1將熟石灰(300公斤;氧化鈣含量的質(zhì)量百分比為72%)加到含有羧甲基纖維素(3公斤)和水(1.5立方米)的預(yù)混物中。再在其中加入石英粉末(300公斤;二氧化硅的含量按質(zhì)量百分比為97.5%，粒子尺寸小于93微米)。將所獲得的溶液加入預(yù)先已混合好的溫石棉纖維(38公斤，平均長(zhǎng)度約10毫米)和水(12.3立方米)中。進(jìn)行攪拌以使所有組分充分混合，并裝入模具(內(nèi)尺寸1.2米×0.6米×0.3米)中。已裝料的模具放在高壓釜中進(jìn)行14小時(shí)水熱處理，壓強(qiáng)在9.18至10.2巴之間。水熱處理完畢后，獲得白色的塊料，干燥并測(cè)試之。
實(shí)例2將熟石灰(465.65公斤，氧化鈣含量質(zhì)量百分比為72%)加到羧甲基纖維素鈉的水(2000升)溶液中。在其中再加入石英粉末(463.5公斤，二氧化硅含量按質(zhì)量百分比為97.5%，粒子尺寸小于93微米)。攪拌此組合物，并將均勻混合的懸浮液輸送到第二個(gè)包含有水(2200升)或纖維(19公斤亞麻纖維，長(zhǎng)度為10-12毫米;和48.5公斤溫石棉纖維，長(zhǎng)約10毫米)混合液中。攪拌以使各組分均勻混合，將獲得的漿狀懸浮液裝入實(shí)例1所述的模具中。
已裝料的模具放置在高壓釜中，并按下述的溫度控制程序進(jìn)行水熱處理1.預(yù)熱2.5小時(shí)(直至9.5巴)2.等壓階段11小時(shí)，9.5至10巴之間3.冷卻3小時(shí)經(jīng)水熱處理后由模具中取出的塊料總體積為3.65立方米，其無(wú)水物含量按質(zhì)量百分比為79%。并在約為448°K溫度下干燥20小時(shí)。
測(cè)試結(jié)果如下按實(shí)例1和2所制成的塊料的性質(zhì)。
堆積密度220-280kg/m3抗壓縮性1，470，900-1，961，200N/m2抗彎強(qiáng)度980，600-1，000，000N/m2總孔隙率75-85%經(jīng)24小時(shí)加熱，在平均溫度為1273.15°K的條下線性收縮率為1.8-2%視在熱導(dǎo)率(在平均溫度下)473.15°K 0.06978W/mK573.15°K 0.0872W/mK673.15°K 0.09769W/mK上述測(cè)試是根據(jù)下述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(ASTM)C165(壓縮性)
美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)C203(抗彎強(qiáng)度)美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)C303(密度)美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)C356(線性收縮率)美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)C518(熱傳導(dǎo))美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(水和水銀)耐火材料(多孔性)的孔隙率測(cè)定法標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn) 南斯拉夫國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(JUS)U.J.1，040，第七項(xiàng)(燃燒試驗(yàn))試驗(yàn)樣品不可燃燒標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn) 南斯拉夫國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) U.J.1，060，第7項(xiàng)(可燃性試驗(yàn))試驗(yàn)樣品不易燃燒;歸入第1類材料。
根據(jù)砌磚工程(Brickwork)的隔聲條件和技術(shù)測(cè)量條例來(lái)評(píng)價(jià)(南斯拉夫政府公報(bào)(Official Gazette of Yugoslavia)，No.35/70)厚度為5厘米的試驗(yàn)墻板的隔聲能力為28分貝。平均編差1分貝。聲透射衰減平均值32分貝振動(dòng)阻尼(減振)性能是本發(fā)明的材料的一個(gè)特征性能，這是基于水合硅酸鈣的隔熱材料的新優(yōu)點(diǎn)。
新發(fā)明的材料有耐濕性，能吸收濕氣直至達(dá)到干空氣狀態(tài)。它在水中有永久穩(wěn)定性，在達(dá)到飽和之前不會(huì)滲漏水份。它吸收水份的量可超過(guò)它原質(zhì)量的5倍。因此這種材料可在某種情況下作隔水之用。即使在濕態(tài)時(shí)，它亦有耐凍結(jié)作用。
經(jīng)再干燥后，這種材料仍顯示其原有的特性其抗擴(kuò)散系數(shù)(通過(guò)一層本發(fā)明材料的水蒸氣的傳透量除以通過(guò)同等厚度的一層氣體的水蒸氣的傳透量)測(cè)定結(jié)果為μ＝17.8。
這新材料有抗二氧化碳的性能，并對(duì)諸如嚙齒類和昆蟲(chóng)等害蟲(chóng)也有抗害功能。
本發(fā)明要求保護(hù)的材料是白色，甚至是很美麗的有光澤的白色。它也適用于苛刻的場(chǎng)合(建筑工程，食品工藝等)。
工藝方面這種材料可用例如木工用的工具來(lái)加工。其形狀可在制備這材料時(shí)預(yù)制，特別是當(dāng)所需要的形狀不能用切割或拉鋸而獲得或最后產(chǎn)品要求完全或主要部分是原裝的、未經(jīng)機(jī)械加工的表面時(shí)，尤其需要事先預(yù)制。
制件的表面可加以整飾，例如用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行油漆。
有理由得出結(jié)論，這種新發(fā)明材料是在各種技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)都有廣闊的用途的材料。
因此，凡由本發(fā)明說(shuō)明書介紹的新材料制成的各種物件、元件或部件均屬本發(fā)明要求保護(hù)的對(duì)象。在所有技術(shù)領(lǐng)域：
中，凡要求具有全面的絕緣性能且同時(shí)具有良好的高穩(wěn)定性，也具有抗壓、防火、防震、防水蒸汽、防二氧化碳等性能的技術(shù)領(lǐng)域：
中，均可用本發(fā)明的新材料。
一個(gè)在這方面技術(shù)熟練的人員不需經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的努力就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在不限制應(yīng)用這材料的可能方式的情況下，預(yù)期它在下列各技術(shù)領(lǐng)域：
中是可應(yīng)用的耐火材料、電的或熱的絕緣體、發(fā)電站設(shè)備、建筑工程(特別在惡劣氣候條件下)、家具、金屬結(jié)構(gòu)的防護(hù)、貯水器、冰箱、冷凝器(如化工中用的)、飛機(jī)另件及造船元件等?？梢鹬匾暤囊粋€(gè)有趣應(yīng)用是用作催化劑的載體。
權(quán)利要求
1.一種具有隔熱或電絕緣性及隔聲或減振作用，并且有高機(jī)械強(qiáng)度及永久耐水耐二氧化碳性的材料，基于水合硅酸鈣，其特征在于，該水合硅酸鈣主要包含按質(zhì)量百分比計(jì)的含量至少為80%的11
雪硅鈣石纖維，其中可任意摻入少量的無(wú)機(jī)和/或有機(jī)纖維。
2.權(quán)利要求
1所述材料，其特征在于該材料具有下列特性(美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn))堆積密度約220-280kg/m2視在導(dǎo)熱率約0.06978-0.1W/mK抗壓縮性約1，500，000-1，900，000N/m2線性收縮率(經(jīng)24小時(shí)平均溫度為1273.15°K熱處理)最大為2%溫度超過(guò)1573°K仍具熱穩(wěn)定性抗彎強(qiáng)度直至約980，000N/m2。
3.權(quán)利要求
1所述材料，其特征在于，該無(wú)機(jī)纖維是長(zhǎng)度約為10毫米的石棉纖維。
4.權(quán)利要求
1所述材料，其特征在于，該有機(jī)纖維是亞麻，大麻或黃麻纖維，其長(zhǎng)度約為10毫米。
5.制備具有隔熱或電絕緣性、隔聲或減振作用、并具有高機(jī)械強(qiáng)度及永久耐水或二氧化碳性的，基于水合硅酸鈣的材料的方法，其特征在于，將熟石灰和粒子尺寸最大為93微米且二氧化硅的含量至少按質(zhì)量百分比80%的石英粉末，以熟石灰與二氧化硅比例為0.73至0.76之情況下，相繼地加入含有按質(zhì)量百分比為0.3至1.5%的羧甲基纖維的堿性鹽水溶液中。在此懸浮液中，再加入(按固相部分計(jì)算)質(zhì)量百分比為5至8%的無(wú)機(jī)或有機(jī)纖維，其最大長(zhǎng)度約為10毫米，以使懸浮液中固相與液相之比例約在4.5至5.5間的范圍內(nèi)。將所述懸浮液裝入模具中，在7.0至11.0巴的壓強(qiáng)下，使它受水蒸氣作用，12至16小時(shí)。最后，將產(chǎn)品從模具中取出后，在最高溫度為493°K干燥。
6.權(quán)利要求
5所述方法，其特征在于，該無(wú)機(jī)纖維是長(zhǎng)約10毫米的石棉纖維。
7.權(quán)利要求
5所述方法，其特征在于，該有機(jī)纖維是長(zhǎng)約10毫米的亞麻、大麻或黃麻纖維。
8.制品，其特征在于，它包含權(quán)利要求
1至4中任何一項(xiàng)所述的材料。
9.制品，其特征在于，它包含按權(quán)利要求
5至7中任何一項(xiàng)所述的方法制備的材料。
10.權(quán)利要求
8或9所述制品的應(yīng)用，例如耐火材粽、電或熱的絕緣體、發(fā)電站設(shè)備，建筑工程零件、家具、金屬結(jié)構(gòu)的保護(hù)，貯水器，冰箱、化工用冷凝器、飛機(jī)零件和造船零件、催化劑載體以及需要非常好的全面絕緣性能和適宜機(jī)械強(qiáng)度的類似制品。
專利摘要
一種基于水合硅酸鈣、包含主要成分為11雪硅鈣石纖維、其中可任意地?fù)饺肷倭康臒o(wú)機(jī)和/或有機(jī)纖維的新材料，它的濕法制備方法以及此材料在惡劣條件下、需要有非常好的全面絕緣性能和適宜機(jī)械強(qiáng)度的技術(shù)領(lǐng)域：
中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C04B35/22GK86102290SQ86102290
公開(kāi)日1986年11月12日 申請(qǐng)日期1986年4月3日
發(fā)明者波波維奇·維多沙瓦 申請(qǐng)人:奎爾-夸斯公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan