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硫酸鈣晶須在耐火隔熱材料中的應用

（荊門(men)市(shi)磊鑫石膏制品有限公司 湖北 荊門(men) 448000）

摘要：硫酸鈣晶須(xu)在耐(nai)(nai)火隔熱材料中(zhong)的應用才剛(gang)開始(shi)起步，由(you)于硫酸鈣晶須(xu)具有耐(nai)(nai)高溫(wen)、耐(nai)(nai)磨耗、電絕緣(yuan)性好(hao)、易進行表面(mian)處理等優(you)點，使其用在耐(nai)(nai)火隔熱材料中(zhong)能成為現實(shi)。

關鍵詞：硫(liu)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(yin)言

在(zai)航(hang)天、能源、化工和(he)(he)冶金等眾(zhong)多(duo)工業領域已被廣泛(fan)應(ying)用的(de)新型隔(ge)(ge)熱(re)材料(liao)，在(zai)近(jin)十多(duo)年中一個重要發展動向是具(ju)有(you)(you)復合(he)功能的(de)隔(ge)(ge)熱(re)材料(liao)的(de)研(yan)(yan)究和(he)(he)開發。傳(chuan)統耐(nai)火(huo)材料(liao)具(ju)有(you)(you)高(gao)溫強度，但隔(ge)(ge)熱(re)性(xing)(xing)能欠佳(jia)，一般隔(ge)(ge)熱(re)材料(liao)具(ju)有(you)(you)優異的(de)隔(ge)(ge)熱(re)性(xing)(xing)能，但缺乏高(gao)溫強度。因此(ci)，兼有(you)(you)隔(ge)(ge)熱(re)性(xing)(xing)能和(he)(he)高(gao)溫強度復合(he)功能的(de)耐(nai)火(huo)隔(ge)(ge)熱(re)材料(liao)成為新的(de)研(yan)(yan)究熱(re)點，其技術關鍵是在(zai)材料(liao)配(pei)方設計(ji)和(he)(he)工藝研(yan)(yan)究中如何協調和(he)(he)兼顧隔(ge)(ge)熱(re)性(xing)(xing)能和(he)(he)高(gao)溫強度這(zhe)兩個相互(hu)制約的(de)物性(xing)(xing)，或(huo)許是因為涉及技術訣竅(qiao)，有(you)(you)關這(zhe)方面的(de)系統研(yan)(yan)究結果至今報道甚少。

2硫酸鈣晶須

硫酸鈣(gai)(gai)晶(jing)(jing)(jing)須(xu)(xu)(xu)是以二水硫酸鈣(gai)(gai)作為原料(liao)，采(cai)用先(xian)進的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝及配(pei)方生產的(de)(de)(de)(de)具(ju)有半(ban)水、無水、死(si)燒硫酸鈣(gai)(gai)纖(xian)維(wei)(wei)狀單晶(jing)(jing)(jing)體。它(ta)(ta)具(ju)有均勻的(de)(de)(de)(de)橫截面、完(wan)整的(de)(de)(de)(de)外(wai)形(xing)和高(gao)度(du)完(wan)善的(de)(de)(de)(de)內(nei)部結(jie)構，是一種有著許(xu)多特殊性能的(de)(de)(de)(de)非金屬(shu)材料(liao)。硫酸鈣(gai)(gai)晶(jing)(jing)(jing)須(xu)(xu)(xu)應用于耐(nai)火(huo)隔熱材料(liao)中(zhong)，不僅能夠(gou)增強、增韌(ren)，而且(qie)還(huan)能起到增稠(chou)、耐(nai)熱、耐(nai)磨、耐(nai)油等(deng)作用。硫酸鈣(gai)(gai)晶(jing)(jing)(jing)須(xu)(xu)(xu)同(tong)其它(ta)(ta)短纖(xian)維(wei)(wei)比較，有極高(gao)的(de)(de)(de)(de)機械強度(du)，且(qie)價(jia)格(ge)在(zai)晶(jing)(jing)(jing)須(xu)(xu)(xu)行業中(zhong)最低(di)，有其他(ta)晶(jing)(jing)(jing)須(xu)(xu)(xu)無可比擬的(de)(de)(de)(de)性能價(jia)格(ge)比，應用范(fan)圍非常廣泛，其基(ji)本性能指(zhi)標如表1所列。

表1硫酸鈣晶(jing)須基本指(zhi)標

3耐火隔熱材料

3.1耐火隔熱材料介紹(shao)

隔熱(re)耐(nai)火材(cai)料是指氣孔率(lv)高、體(ti)積密度低、導熱(re)率(lv)低的(de)耐(nai)火材(cai)料，隔(ge)熱(re)耐(nai)火材(cai)料又稱輕質耐(nai)火材(cai)料，它包括隔(ge)熱(re)耐(nai)火制品、耐(nai)火纖維和耐(nai)火纖維制品。

隔(ge)熱耐(nai)火材料的特征是氣孔率(lv)高，一般(ban)為40%～85%，體積密度低(di)(di)，一般低(di)(di)于1.5g/cm³，熱導率低，一般低于1.0W(m·k)。它用(yong)作工業窯爐(lu)(lu)的(de)隔熱(re)(re)材料，可(ke)減少爐(lu)(lu)窯散熱(re)(re)損(sun)失，節省能源，并可(ke)減輕熱(re)(re)工設(she)備的(de)重量。隔熱(re)(re)耐(nai)火材料機械強度、耐(nai)磨損(sun)性和抗渣(zha)侵蝕(shi)性較差，不宜用(yong)于爐(lu)(lu)窯的(de)承(cheng)重結構和直接(jie)接(jie)觸熔渣(zha)、爐(lu)(lu)料、熔融金屬等部位。

3.2耐火隔熱材料分(fen)類(lei)

隔熱耐火(huo)材料制品(pin)的種類(lei)很多，其分類(lei)方法主要有以下幾種：

(1)按使(shi)用溫度分為低(di)溫隔熱耐(nai)火材料(使用溫度為600～900℃)、中溫隔熱(re)耐火材(cai)料(使用溫度為900～1200℃)和高溫(wen)隔熱耐火材料(使用(yong)溫度大(da)于1200℃)。

(2)按(an)體積密度分為一般輕質耐火材料(體(ti)積密度為0.4～1.0g/cm3)和超低輕質耐火材料(liao)(體(ti)積(ji)密度(du)低于(yu)0.4g/cm3)。

(3)按原料(liao)(liao)分為粘土質、高(gao)鋁質、硅(gui)質和鎂(mei)質等隔(ge)熱耐(nai)火(huo)材料(liao)(liao)。

(4)按生(sheng)產(chan)方法(fa)分(fen)為(wei)燃盡(jin)加入法(fa)、泡沫法(fa)、化(hua)學法(fa)和(he)多孔(kong)材料法(fa)等隔熱耐(nai)火材料。

(5)按制(zhi)品形狀分(fen)為定形隔(ge)熱耐火制(zhi)品和不定形隔(ge)熱耐火制(zhi)品。

4硫(liu)酸鈣晶須在耐火隔熱(re)材(cai)料中的應(ying)用

晶(jing)(jing)(jing)須(xu)一(yi)般是纖(xian)維(wei)狀態的單晶(jing)(jing)(jing)體，在這(zhe)種定義下，硫酸(suan)鈣晶(jing)(jing)(jing)須(xu)應該(gai)更嚴格(ge)地稱為(wei)(wei)硫酸(suan)鈣微(wei)纖(xian)，因(yin)為(wei)(wei)它是一(yi)種不完善的多晶(jing)(jing)(jing)結(jie)構(gou)，或稱之(zhi)為(wei)(wei)不完美的晶(jing)(jing)(jing)須(xu)。但由于它的諸多性(xing)能接近晶(jing)(jing)(jing)須(xu)，因(yin)此，國內外眾多的研究者(zhe)都(dou)將其(qi)稱為(wei)(wei)晶(jing)(jing)(jing)須(xu)。這(zhe)種晶(jing)(jing)(jing)須(xu)同碳化硅、鈦(tai)酸(suan)鉀晶(jing)(jing)(jing)須(xu)相比(bi)，價格(ge)十分低廉(lian)，其(qi)化學結(jie)構(gou)和晶(jing)(jing)(jing)體結(jie)構(gou)決(jue)定了它具有耐高(gao)溫、抗化學腐蝕等特性(xing)。

無機晶(jing)(jing)須增強(qiang)(qiang)(qiang)材料熔點均很高(gao)，耐(nai)熱性好，并可阻(zu)燃。如(ru)果(guo)將晶(jing)(jing)須加人(ren)到樹脂之(zhi)中(zhong)，高(gao)溫時強(qiang)(qiang)(qiang)度損失(shi)很少，即使(shi)是很弱的(de)基(ji)體，因晶(jing)(jing)須的(de)增強(qiang)(qiang)(qiang)作用，在高(gao)溫下(xia)也能成倍地提高(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度。由于晶(jing)(jing)須的(de)存在，不易(yi)引起樹脂和橡膠(jiao)中(zhong)的(de)大分子滑移，使(shi)玻(bo)璃化(hua)溫度升高(gao)，耐(nai)熱性也就必然提高(gao)^[1]。

4.1提高制(zhi)品的耐(nai)熱溫度

硫酸鈣晶須具有無機填料(liao)的熱均勻性，熔點為1450℃，在900℃時，仍保持其原有的機械性能。將(jiang)其添加到制(zhi)品中能顯著地提高制(zhi)品的耐(nai)熱溫(wen)度。如臺灣奇美757的ABS料(liao)，基體熱(re)變(bian)形溫(wen)度為84℃，硫酸鈣硫酸鈣增強后的熱(re)變形溫(wen)度為90℃；純PP粉對PP母粒(li)，可通過加入硫酸鈣晶須增強，且將(jiang)熱(re)變形溫度從(cong)81.73℃提高到118.64℃。

4.2阻(zu)燃填(tian)料

國外(wai)生產的Valu-Fil 650是一(yi)種(zhong)白色、柔軟的(de)二(er)水硫(liu)(liu)酸(suan)鈣粉末，它作為一(yi)種(zhong)經濟的(de)阻燃(ran)性(xing)(xing)填(tian)料(liao)被用(yong)于(yu)高(gao)分(fen)子聚酯中。這種(zhong)填(tian)料(liao)是由(you)高(gao)純度(du)的(de)石膏礦石加工而(er)成的(de)特定粒度(du)范圍的(de)粉體，它能在樹脂(zhi)中最大量(liang)填(tian)充(chong)，用(yong)這種(zhong)填(tian)料(liao)填(tian)充(chong)能增加樹脂(zhi)系統的(de)阻燃(ran)性(xing)(xing)、降(jiang)低樹脂(zhi)系統的(de)成本、減少樹脂(zhi)收縮。由(you)二(er)水硫(liu)(liu)酸(suan)鈣制得硫(liu)(liu)酸(suan)鈣晶須后，各項性(xing)(xing)能指標均有很大幅度(du)的(de)上升，在阻燃(ran)上的(de)效果(guo)更加顯(xian)著。

4.3防火(huo)板

硫酸鈣(gai)晶(jing)須可(ke)以(yi)作為玻璃纖維的替(ti)代品(pin)做(zuo)防(fang)(fang)火石(shi)膏板骨(gu)架，這樣結合(he)相(xiang)容更好，制(zhi)得的防(fang)(fang)火石(shi)膏板輕質、防(fang)(fang)火、隔(ge)(ge)聲、抗震、占地面積(ji)少，裝飾效果好，綜合(he)造(zao)價低(di)，可(ke)作為非承重的防(fang)(fang)火隔(ge)(ge)墻吊(diao)頂，還可(ke)以(yi)用于(yu)工程中(zhong)的外墻保溫(wen)、墻面裝飾、舊房改造(zao)、吸聲、降噪等場合(he)。硅酸鈣(gai)晶(jing)須用于(yu)硅酸鈣(gai)防(fang)(fang)火板也起到同樣的效果。

4.4防(fang)火(huo)紙填料

硫(liu)酸(suan)鈣晶須是很(hen)好的造(zao)紙原料，長徑(jing)比≥100(50以上)，即可代替部分或大部分紙漿，制(zhi)造特(te)種石(shi)膏紙，長徑比(bi)≤50的可(ke)作紙張的高級填(tian)料，這樣可(ke)以大大增加紙的產量，降低木(mu)材(木漿)消耗，即保護了環境，又減少造紙廠中的廢水(shui)排放，減少污(wu)染。

石膏晶須集超(chao)細(xi)無(wu)機材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)和增強纖維(wei)的優(you)勢于(yu)一身，作(zuo)為紙(zhi)張(zhang)增強材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)具有很好的發展前景。硫酸鈣晶須被廣泛用于(yu)難燃紙(zhi)張(zhang)，纖維(wei)素塑(su)料(liao)(liao)，建筑材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)和其(qi)他材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的補強劑。比如(ru)：

l 硫酸鈣晶須(xu)添加到纖維素紙(zhi)漿中可制(zhi)得高(gao)強(qiang)度的防火紙(zhi)；

l 硫酸(suan)鈣(gai)晶須可用(yong)于作瓦(wa)愣紙、包裝(zhuang)紙等(deng)的抗滑(hua)劑；

l 硫酸鈣晶(jing)須可用于具有抗水解性(xing)能和耐磨性(xing)的(de)樹脂基復合材料。

4.5復(fu)合材料增(zeng)強

硫酸(suan)鈣晶須(xu)(xu)適合作為塑料(liao)、橡膠、聚氨酯、金屬及陶(tao)瓷的(de)增強組元。在(zai)塑料(liao)中加入(ru)硫酸(suan)鈣晶須(xu)(xu)后(hou)，可提高(gao)材(cai)料(liao)的(de)機械強度(du)、耐熱(re)性、阻燃性及尺(chi)寸穩定(ding)性。

5小結

石膏晶須作(zuo)(zuo)為補強增韌材(cai)(cai)(cai)料已被廣泛應用于造紙、樹脂、塑料、橡(xiang)膠、涂料、油漆、瀝青、磨擦和密封材(cai)(cai)(cai)料等(deng)行業(ye)，又可(ke)直接作(zuo)(zuo)為過(guo)濾材(cai)(cai)(cai)料、保(bao)溫材(cai)(cai)(cai)料、耐火隔(ge)熱材(cai)(cai)(cai)料、紅外(wai)線反射材(cai)(cai)(cai)料和包覆電線的高絕緣材(cai)(cai)(cai)料^[2]。

6展望(wang)

硫酸鈣晶(jing)須(xu)具有耐高溫、抗化學(xue)腐蝕、韌性(xing)好、強(qiang)度高、耐磨(mo)耗、電絕緣性(xing)好、易進行表面處理(li)、和(he)橡膠塑(su)料等(deng)聚合物的親和(he)力強(qiang)等(deng)優點(dian)^[3]，而價格卻僅為碳(tan)化硅晶須的200～300分之一，具有較強的(de)(de)市場競爭能力。硫酸鈣晶須(xu)由于其性能優良，價(jia)格低廉而(er)具有極好的(de)(de)性能價(jia)格比，是(shi)(shi)一種應用領域(yu)較廣、市場前(qian)(qian)景極為廣闊的(de)(de)新型材料，也是(shi)(shi)目前(qian)(qian)國際上備受關注、極有發展(zhan)前(qian)(qian)途的(de)(de)無機鹽晶須(xu)材料。

參考文獻

[1] 孟季(ji)茹,趙磊,梁國正,賈巧英.無機晶須(xu)在聚合物中的應(ying)用[J].化工新型材料(liao),2001,(第12期).

[2] 劉焱,于鋼.石(shi)膏(gao)晶須用做紙張(zhang)增(zeng)強材料(liao)[J].紙和造紙,2010,(第1期).

[3] 李子(zi)東，李廣(guang)宇(yu)，于敏(min)．實用膠粘劑原材料手(shou)冊．北京：國防工(gong)業大學出版社(she)，1999：582

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此文章(zhang)已成功發表在《耐火(huo)與石灰(hui)》雜志2014年第(di)3期，未以書面(mian)同意不得轉載，違者(zhe)必究(jiu)！
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