纤维增强硬硅钙石的制备与表征
发布时间：2021-06-19 22:01
近几年来,能源开发和再利用成为世界各国发展的重要主题,节能日益引起人们的重视,发展和应用保温绝热材料,是目前最有效、最经济的节能措施之一。硬硅钙石型硅酸钙保温材料是新一代保温材料,具有密度轻、导热系数低、耐高温和环境友好性等优异性能。本文利用动态水热法合成硬硅钙石,通过实验探究了硬硅钙石的制备工艺,研究了保温时间、不同钙源、添加剂的种类及二次水、三次水对硬硅钙石水热合成和性能的影响。保温时间对硬硅钙石的合成和性质有决定性的作用,本文以保温时间作为实验变量,探究了保温时间对于硬硅钙石物相组成、微观形貌以及粒度特性的影响;钙质材料的活性对硬硅钙石的生成至关重要,分别选用市场成品Ca O和实验室自烧Ca O参与实验,探究Ca O烧制前后对硬硅钙石的影响;选择Ca Cl2、Sr（NO3）2、Mn（CH3COO）2·4H2O和Zr OCl2·8H2O作为添加剂,探究对硬硅钙石纤维合成过程、形貌和性能的影响规律。本文尝试把二...
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硬硅钙石的晶体结构
山东理工大学硕士学位论文第三章硬硅钙石粉料的合成与表征23图3.1不同保温时间合成产物的XRD谱图Fig3.1XRDpatternsofproductssynthesizedatdifferentholdingtimes从上面的结果可以说明，通过水热反应在高温高压下，硅质和钙质原料可以反应生成硬硅钙石晶体。但超轻硬硅钙石制品的先决条件是针状纤维团聚成中空结构良好的粒子球。对硬硅钙石纤维形成中空二次粒子的机理进行探讨时可以从反应过程的反应速度来考虑。根据化学反应动力学，一般化学反应的速率与时间的关系符合下式：n131）（t-1-1（3.1）其中α—反应物转化率。K—化学反应速率常数，在温度一定时为一确定值。t—化学反应时间。n—反应级数，不同机制的化学反应，反应级数不同。化学反应由反应物的溶解控制时，n≈1；化学反应由扩散控制时，n≈2。在动态水热合成硬硅钙石的化学反应中，反应级数由石英粉溶解速度控制，故n≈1。硬硅钙石粒子球的形成，可以看做三个过程：（1）在SiO2-CaO-H2O的反应体系中，保温开始时，首先在石英粉表面形成网状结构的硅酸钙水化物CSH(II)和细小纤维状或针状的硅酸钙水化物CSH(I)。（2）随着保温时间的延长，石英粉不断溶解，使得内部中空，同时CSH(II)和CSH(I)都转化成为托贝莫来石晶体。（3）在最后保温阶段，托贝莫来石晶体完全转变为硬硅钙石，形成由针状硬硅钙石晶体交织合成的中空二次粒子球。
山东理工大学硕士学位论文第三章硬硅钙石粉料的合成与表征24如上分析，这三个化学反应时间都需在系统保温过程中发生并完成，所以保温时间对硬硅钙石的水热合成有决定性的影响。3.1.2硬硅钙石粉料的松装密度分析图3.2是不同的保温时间合成产物的松装密度柱状图，通过对比可以看出，保温0h时，反应产物的松装密度值为0.2725g/cm3，保温2h时，松装密度值为0.2682g/cm3，两者的松装密度值比较接近。保温4h时，松装密度值为0.2101g/cm3，保温6h时，反应产物的松装密度最低，达到0.1434g/cm3。这初步说明保温6h时效果为佳。松装密度反映了硬硅钙石材料的体积密度，同时也和二次粒子颗粒形貌相关，对硬硅钙石的保温特性有重要的表征作用。一般情况下，松装密度小，说明硬硅钙石颗粒体积密度越小，二次中空粒子占比较大，硬硅钙石制品的气孔率就越高，孔隙中的空气导热系数很低，能降低硬硅钙石制品整体的导热系数。图3.2不同保温时间合成产物的松装密度图Fig3.2Bulkdensityofsynthesizedproductsatdifferentholdingtimes3.1.3SEM结果分析经不同保温时间合成的硬硅钙石晶体的微观形貌如图3.3所示。可以发现，在不保温条件下合成产物的颗粒形貌为粒状和短柱状，硬硅钙石纤维不明显(图3.3a和图3.3b)；保温2h合成产物的形貌为粒径较小的球状粒子，表面可以看到有少量的絮状生成物，结合XRD分析可知，固相中生成了明显的纤维状硬硅钙石晶体，但粒子间密实度较高，并非中空的蚕茧状结构(图3.3c和图3.3d)；保温4h合成的硬硅钙石微观形貌是针状纤维相互缠绕形成的球形团聚体，有明显的中空结构(图3.3e和图3.3f)；保温6h合成的硬硅钙石团聚体粒径较大，一次纤维明显变得细长，部分蚕茧状粒子因搅拌不均或制样过程而破裂，中空结构良好，故合成产物的松装密度较
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙硅原料对水热合成纳米硬硅钙石纤维的影响[J]. 肖宇,彭忠泽,封金鹏. 矿产保护与利用. 2018(06)
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[5]我国超轻硬硅钙石型硅酸钙技术现状以及研发趋势研究[J]. 陈淑祥,周加彦,贺祥珂,高翠玲. 中国标准化. 2016(15)
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博士论文
[1]多孔硅酸钙填料的造纸特性及其加填纸结构与性能的研究[D]. 宋顺喜.陕西科技大学 2014
[2]纳米多孔SiO2、Al2O3气凝胶及其高效隔热复合材料研究[D]. 高庆福.国防科学技术大学 2009
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硕士论文
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[3]硬硅钙石基复合相变储能材料的制备及其性能表征[D]. 付英.华南理工大学 2010
[4]硬硅钙石型硅酸钙纤维的合成和应用[D]. 张瑞芝.长沙理工大学 2010
[5]超轻硬硅钙石的制备与性能研究[D]. 陈小佳.武汉理工大学 2007
[6]动态水热法合成硬硅钙石球形团聚体形成机理的研究[D]. 梁宏勋.中国建筑材料科学研究院 2001
本文编号：3238619
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硬硅钙石的晶体结构
山东理工大学硕士学位论文第三章硬硅钙石粉料的合成与表征23图3.1不同保温时间合成产物的XRD谱图Fig3.1XRDpatternsofproductssynthesizedatdifferentholdingtimes从上面的结果可以说明，通过水热反应在高温高压下，硅质和钙质原料可以反应生成硬硅钙石晶体。但超轻硬硅钙石制品的先决条件是针状纤维团聚成中空结构良好的粒子球。对硬硅钙石纤维形成中空二次粒子的机理进行探讨时可以从反应过程的反应速度来考虑。根据化学反应动力学，一般化学反应的速率与时间的关系符合下式：n131）（t-1-1（3.1）其中α—反应物转化率。K—化学反应速率常数，在温度一定时为一确定值。t—化学反应时间。n—反应级数，不同机制的化学反应，反应级数不同。化学反应由反应物的溶解控制时，n≈1；化学反应由扩散控制时，n≈2。在动态水热合成硬硅钙石的化学反应中，反应级数由石英粉溶解速度控制，故n≈1。硬硅钙石粒子球的形成，可以看做三个过程：（1）在SiO2-CaO-H2O的反应体系中，保温开始时，首先在石英粉表面形成网状结构的硅酸钙水化物CSH(II)和细小纤维状或针状的硅酸钙水化物CSH(I)。（2）随着保温时间的延长，石英粉不断溶解，使得内部中空，同时CSH(II)和CSH(I)都转化成为托贝莫来石晶体。（3）在最后保温阶段，托贝莫来石晶体完全转变为硬硅钙石，形成由针状硬硅钙石晶体交织合成的中空二次粒子球。
山东理工大学硕士学位论文第三章硬硅钙石粉料的合成与表征24如上分析，这三个化学反应时间都需在系统保温过程中发生并完成，所以保温时间对硬硅钙石的水热合成有决定性的影响。3.1.2硬硅钙石粉料的松装密度分析图3.2是不同的保温时间合成产物的松装密度柱状图，通过对比可以看出，保温0h时，反应产物的松装密度值为0.2725g/cm3，保温2h时，松装密度值为0.2682g/cm3，两者的松装密度值比较接近。保温4h时，松装密度值为0.2101g/cm3，保温6h时，反应产物的松装密度最低，达到0.1434g/cm3。这初步说明保温6h时效果为佳。松装密度反映了硬硅钙石材料的体积密度，同时也和二次粒子颗粒形貌相关，对硬硅钙石的保温特性有重要的表征作用。一般情况下，松装密度小，说明硬硅钙石颗粒体积密度越小，二次中空粒子占比较大，硬硅钙石制品的气孔率就越高，孔隙中的空气导热系数很低，能降低硬硅钙石制品整体的导热系数。图3.2不同保温时间合成产物的松装密度图Fig3.2Bulkdensityofsynthesizedproductsatdifferentholdingtimes3.1.3SEM结果分析经不同保温时间合成的硬硅钙石晶体的微观形貌如图3.3所示。可以发现，在不保温条件下合成产物的颗粒形貌为粒状和短柱状，硬硅钙石纤维不明显(图3.3a和图3.3b)；保温2h合成产物的形貌为粒径较小的球状粒子，表面可以看到有少量的絮状生成物，结合XRD分析可知，固相中生成了明显的纤维状硬硅钙石晶体，但粒子间密实度较高，并非中空的蚕茧状结构(图3.3c和图3.3d)；保温4h合成的硬硅钙石微观形貌是针状纤维相互缠绕形成的球形团聚体，有明显的中空结构(图3.3e和图3.3f)；保温6h合成的硬硅钙石团聚体粒径较大，一次纤维明显变得细长，部分蚕茧状粒子因搅拌不均或制样过程而破裂，中空结构良好，故合成产物的松装密度较
【参考文献】：
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[6]以熔融石英为硅质原料动态水热合成硬硅钙石[J]. 王前,张尚尚,李森,徐会君,齐晓勇,杜庆洋. 山东理工大学学报(自然科学版). 2016(03)
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[9]以脱铝赤泥-脱铝粉煤灰为原料制备硬硅钙石[J]. 郭曦尧,马淑花,吕松青,郑诗礼,邹兴. 中国有色金属学报. 2015(02)
[10]硬硅钙石晶须的水热合成[J]. 唐振华,马淑花,王月娇,郭曦尧,郑诗礼. 过程工程学报. 2013(06)
博士论文
[1]多孔硅酸钙填料的造纸特性及其加填纸结构与性能的研究[D]. 宋顺喜.陕西科技大学 2014
[2]纳米多孔SiO2、Al2O3气凝胶及其高效隔热复合材料研究[D]. 高庆福.国防科学技术大学 2009
[3]纳米磷酸钙、硅酸钙及其复合生物与环境材料的制备和性能研究[D]. 林开利.华东师范大学 2008
硕士论文
[1]硅酸钙粉体水热合成技术研究[D]. 刘巧红.东北大学 2015
[2]锆硅渣制备硬硅钙石型保温绝热材料的研究[D]. 苏振.山东理工大学 2014
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[4]硬硅钙石型硅酸钙纤维的合成和应用[D]. 张瑞芝.长沙理工大学 2010
[5]超轻硬硅钙石的制备与性能研究[D]. 陈小佳.武汉理工大学 2007
[6]动态水热法合成硬硅钙石球形团聚体形成机理的研究[D]. 梁宏勋.中国建筑材料科学研究院 2001
本文编号：3238619
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