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        中能技術

        澆注料配方中必不可少的關鍵部分:結合劑、外加劑

        文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2021/3/17     瀏覽次數:    
        今天這篇文章就著重說這個結合劑外加劑。

        結合劑的定義及種類



        結合劑是指將耐火粗顆粒料和粉料組成的散狀耐火材料膠結在一起的物質,故也稱“膠結劑”或“粘結劑”。

        按化學性質分有機和無機結合劑。

        無機結合劑:

        (1)硅酸鹽類——硅酸鈣水泥、水玻璃(硅酸鈉)、硅酸鉀、硅酸乙酯等;

        (2)鋁酸鹽類——普通鋁酸鈣水泥、純鋁酸鈣水泥、鋁酸鋇水泥等;

        (3)磷酸鹽類——磷酸、磷酸二氫鋁、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、鋁鉻磷酸鹽等;

        (4)硫酸鹽類——硫酸鎂、硫酸鋁、硫酸鐵等;

        (5)氯化物類——氯化鎂、氯化鐵、聚合氯化鋁等;

        (6)溶膠類——硅溶膠、鋁溶膠、硅鋁溶膠等。

        有機結合劑

        (1)天然有機物——淀粉、糊精、軟質黏土、氧化物超粉、阿拉伯樹膠、紙漿廢液、焦油、瀝青、海藻酸鈉等。

        (2)合成有機物——環氧樹脂、線性酚醛樹脂、甲階酚醛樹脂、聚苯乙烯、硅酸乙酯、聚胺脂樹脂、聚丙烯等。

        (3)黏著劑或活化劑--羧甲基纖維素、聚乙烯乙醇、木質素磺酸鹽、聚丙烯酸等

        按結合劑硬化條件分類

        (1)水硬性結合劑——硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥等;

        (2)氣硬性結合劑——水玻璃加氟硅酸鈉、磷酸或磷酸二氫鋁加氧化鎂、氧化硅微粉加鋁酸鈣水泥等;

        (3)熱硬性結合劑——磷酸、磷酸二氫鋁、甲階酚醛樹脂等。

        按不同溫度下結合作用分暫時性和永久性結合劑。

        暫時性結合劑

        (1)水溶性結合劑——糊精、粉狀羧甲基纖維素、粉狀及液犾木質素磺酸類材料、聚乙烯乙醇粉狀晶體等;(2)非水溶性結合劑——硬瀝青類、石蠟、聚丙烯類等。

        永久性結合劑

        (1)炭素結合劑——焦油瀝青,酚醛樹脂等;(2)鋁酸鹽水泥;(3)硅酸鹽結合劑——水玻璃、硅酸乙酯等;(4)磷酸及磷酸鹽結合劑;(5)氯化鹽和硫酸鹽結合劑。

        (上面的結合劑均為不定型澆注料常用的類型。而不燒磚常用的結合劑則是磷酸鹽、水玻璃、硫酸鹽、氯化物、水泥、碳結合樹脂、瀝青等)。

        結合劑的結合方式



        (1)水化結合-借助于常溫下結合劑與水發生水化反應生成水化產物而產生結合。如鋁酸鈣水泥加水發生水化反應生成六方片狀或針狀CaO·Al?O?·10H?O、2CaO?·Al?O?·8H?O和立方粒狀3CaO·Al?O?·6H?O晶體和氧化鋁凝膠體,形成凝聚結晶網而產生結合。常見的如鋁酸鈣水泥、硅酸鹽水泥、ρ-Al?O?、MgO。

        (2)化學結合-借助于結合劑與硬化劑,或結合劑與耐火材料之間在常溫下發生化學反應,或加熱時發生化學反應生成具有結合劑作用的化合物而產生結合。常見的如磷酸或磷酸鹽、硅酸鈉或硅酸鉀。

        (3)聚合結合-借助于加催化劑或交聯劑,使結合劑發生縮聚形成網絡狀結構而產生結合強度。如甲階酚醛樹脂加酸作催化劑或加熱時可產生如下縮聚反應而產生較好結合強度。例如甲階酚醛樹脂加酸作催化劑或加熱時可產生縮聚作用。

        (4)陶瓷結合-也被稱為低溫燒結結合,即在散狀耐火材料中加入可降低燒結溫度的助劑或金屬粉末,以大大降低液相出現溫度,促進低溫下固-液反應而產生低溫燒結結合。例如剛玉質干式震動料中加入少量的硼酐,硼酐在450~550℃生成粘性液相,隨后與α-Al?O?發生液一固反應生成具有更高熔融溫度的化合物2Al?O?·B?O(不一致熔融溫度為1035℃,9Al?O?·2B?O(不一致熔融溫度為1950℃)而將剛玉骨料固結在一起。

        (5)粘著結合(粘附)——是借助于如下幾種物理作用之一而產生結合的。1)物理吸附作用:依靠分子間的相互作用力-范德華力而產生結合;2)擴散作用:在物質分子熱運動的作用下,粘結劑與被粘結物的分子發生相互擴散作用,形成擴散層,從而形成牢固的結合;3)靜電作用:粘結劑與被粘結物的界面存在著雙電層,由雙電層的靜電引力作用而產生結合。

        產生粘著結合的結合劑多數為有機結合劑,其中有的為暫時性結合劑,經高溫處理后會燃燒掉,如糊精、羧甲基纖維素等。有的為永久性結合劑,經高溫處理后除部分揮發物外,其余的會碳化而形成碳結合,如瀝青、酚醛樹脂等有機結合劑。也有一些無機結合劑具有粘合作用,如磷酸二氫鋁、水玻璃、硅溶膠等。

        (6)凝聚結合-依靠加入凝聚劑使微粒子(膠體粒子)之間相互吸引緊密接觸,發生凝聚而產生結合。但使用時必須加凝聚劑才能使膠體粒子產生結合。例如黏土微粉、氧化物超微粉(SiO?、Al?O?、TiO?、Cr?O?等),硅溶膠、鋁溶膠和硅鋁溶膠等。

        常見的幾種耐火澆注料結合方式及結合劑類型如下表所示。

        圖片

        外加劑的定義及種類



        用于改善不定形耐火材料施工性能(作業性能)或物理性能或使用性能的物質稱外加劑,又稱添加劑。在不定形耐火材料組成物拌和時或拌和前摻入。加量隨外加劑的性質和功能差異而不同,為組成物總量的萬分之幾到百分之幾。

        活性填料是一種細填料,其粒徑一般小于10μm,如5μm、2μm甚至納米粉料等,具有高活性。如果能在耐火澆注料中加入適當形狀和具有活性的超細粉或納米材料,就能有效地填充氣孔、提高密度和強度,而獲得性能較佳、使用壽命較長的耐火澆注構件或者襯體。

        外加劑是具有強化結合劑作用和提高耐火澆注料(特別是基質)性能的一類材料。按其功能作用可劃分為5類:(1)改變流動性(作業性)類,包括減水劑(分散劑)、增塑劑(塑化劑)、膠凝劑(絮凝劑)、解膠劑(反絮凝劑)。(2)調節凝結、硬化速度類,包括促凝劑、遲效促凝劑、緩凝劑等。(3)調節內部組織結構類,包括發泡劑(引氣劑)、消泡劑、防縮劑、膨脹劑等。(4)保證材料施工性能類,包括抑制劑(防鼓脹劑)、保存劑、防凍劑等。(5)改善使用性能類,包括燒結劑、礦化劑、快干劑等。

        一般情況下,外加劑的作用主要是為了改善作業性和提高強度等性能。選擇一種或幾種外加劑,則取決于所用耐火澆注料的性能、施工作業和使用要求。結合系統的進步和發展是耐火澆注料成功和發展的關鍵。目前,結合劑向著提高強度、提高熔點、降低水分以及多種結合劑配合使用的方向發展。

        不定型耐火材料常用的添加劑如下表所示:

        圖片

        通常,添加5%(質量分數)以下并能按要求改善基本組成材料性能和施工性能的材料稱為外加劑;若添加材料含量高于5%時,則稱為外加物。實際應用時,外加物也俗稱外加劑。外加劑主要對結合劑和基本材料起作用,它們的品種很多,每個品種又都有一定的適用范圍,所以應當根據耐火澆注料性能的要求進行外加劑的確定和選擇。例如:

        (1)對于重燒收縮大的耐火澆注料,應向配料中添加一定數量的膨脹材料以補償其體積收縮,確保體積穩定,抑制結構剝落損毀。

        (2)當需要進一步改善或提高耐火澆注料的抗熱震性時,應向配料中添加適量的增韌材料以賜予其非線形性能,提高它們的熱震穩定性。

        (3)當需要進一步改善和提高耐火澆注料抗滲透性能時,可向配料中加入一定數量的具有抗滲透性能高的組分,以抑制熔渣向其內部滲透。

        (4)要進一步提高耐火澆注料的抗侵蝕性能時,可向配料中加入一定數量的能提高該耐火澆注料抗侵蝕能力的材料或者熔入熔渣中能增加熔渣黏度的材料。

        (5)通常,復合耐火澆注料都應配入抗氧化劑以抑制材料的氧化損毀,延長使用壽命。

        高性能耐火澆注料一般采用復合外加劑,即幾種外加劑復合使用,以保證材料的常溫指標和高溫性能。

        雖說不定型耐火澆注料的制作工藝簡單,但要想獲得性能優良的澆注料也并不是簡簡單單的混料,需要采用高品質的耐火原料,還需要優良的結合劑和外加劑,根據不同的工況環境采用不同的產品。

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