多孔粉煤灰保温材料的制备及性能研究

发布时间：2020-05-01 23:34

【摘要】：随着国家把节能减排上升到国家战略高度以及社会对节能减排认识的提高,建筑节能的保温材料对性能的要求也逐渐提高。有机保温材料本身存在的易燃缺陷,使不燃的多孔保温材料的出现成为建筑类保温材料发展的一大进步。本文基于建筑保温材料易燃的现状,从节约能源充分利用固体废弃物出发,制备轻质、廉价、吸水率低、热导率低的保温材料。本文以固体废弃物粉煤灰为主要原料,采用发泡法和溶胶凝胶注模法相结合的方法,制备热导率低、较高强度、憎水的多孔粉煤灰保温材料。首先对浆料发泡体系进行了研究,通过对泡沫产生、衰变以及稳定机理、发泡体系、凝胶体系以及坯体干燥和高温处理工艺的研究,结果表明机械发泡法制得的多孔坯体,孔径分布比较均匀孔径较小在几百微米的范围更适宜制备多孔粉煤灰保温材料;当发泡剂k12的含量是浆料的0.5wt%,稳泡剂CMC的含量是浆料的0.2wt%,浆料粘度低的固相含量,发泡效果好;明胶质量分数为5%,凝胶时间约为50min,明胶作为凝胶剂较好的实现了原位凝固。针对多孔粉煤灰材料烧结温度高、成型差和强度低等问题,进一步研究了原料配比、固含量、明胶含量、烧结温度、烧结助剂以及浆料泡沫含量对多孔粉煤灰保温材料的影响,结果表明在原料配比粉煤灰与硅藻土5:1、固含量45wt%、明胶含量5wt%,烧结温度在950°C、烧结助剂水玻璃4wt%,泡沫添加量20~30%制备的多孔粉煤灰材料表观密度在0.28~0.30 g/cm3之间,热导率在0.06~0.07 W/(m?K)之间,抗压强度在0.5~0.6MPa之间,孔隙率在85%以上,孔径在1μm~1mm之间。针对制备出来的多孔粉煤灰材料开孔孔隙率大,强度不高,吸水率高等问题,采用添加空心玻化微珠来对粉煤灰多孔材料进行增强,具有既增强其力学性能又降低了其吸水率的多重效果。在添加20%空心微珠增强后其抗压强度提高到了0.7~0.75MPa之间,热导率在0.055~0.065 W/(m?K)之间。通过用有机硅对多孔粉煤灰材料防水处理,其吸水率从200%下降到了10%之内,而其保温性能基本不受影响。最终制得的增强憎水多孔粉煤灰材料,热导率在0.055~0.065 W/(m?K)之间,压缩强度在0.7~0.75MPa之间,孔隙率在85%以上,孔径在10nm~1mm之间,吸水率降至10%以内,各项性能满足无机保温材料要求。
【图文】：

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文部分很难形成对流、流通（通孔结构除外），多孔材料内部对流换热比例很小，故热对流对热量传递贡献很小，可忽略不计。热传导是材料介质内部的传热现象，对于无机多孔保温材料包含气体和固体两种传热介质，如图 1-1 是无机多孔材料保温隔热示意图。热量 Q 从高温侧向低温侧传递时，由于多孔材料内部复杂的孔隙结构，能量以固固、固气、气固、气气等方式在材料内部的固气两相间传热，热量传递的总路径变远，，传热速率减小；而另一方面，常温下多孔材料内部气体的热导率是 0.0257W/(m K)，远小于多孔材料固相部分的热导率（不低于 1W/(m K)），因此热量传导速率显著减慢，热导率也明显减小，当低于 0.12W/(m K)时可作为保温隔热材料[29,30]。

扫描图,断裂表面,扫描图,微观结构

图 1-2 断裂表面的微观结构的扫描图片[51]I-a 是以 Al2O3为添加剂；II-a 是以 Al(OH)3为添加剂1.5 凝胶注模与其他工艺结合研究目前制备多孔无机保温材料的方法有很多，如表 1-1 对比六种制备方法可知的一种工艺存在局限性如高孔隙率、孔径大小可控、强度高、成本低等不能兼此将多种工艺结合起来，制成综合性能优良的多孔材料是目前研究的方向。近年来，凝胶注模成型工艺得到了快速发展，研究其通过与其他制备多孔材艺结合得到了综合性能优良的多孔材料。凝胶注模的工艺原理是[52-54]:在高固流动性好的浆料中的大分子单体经引发聚合成大分子链，大分子链与固体颗联成网状结构，得到多孔坯体，经脱模、干燥和烧结去除有机物即可得到多孔，凝胶注模工艺原理的示意图如图 1-3 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】