Al2O3-SiO2系泡沫料漿流變特性及固化規(guī)律.pdf

1、泡沫法制備多孔輕質(zhì)材料因其工藝簡單，結(jié)構(gòu)可控以及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)被廣泛重視，具有很大的應(yīng)用潛力。但該方法的制備工藝中存在著泡沫料漿固化周期長，濕坯體干燥工藝不易控制兩大問題，限制了其應(yīng)用。作為一種懸浮流體，泡沫料漿流變性能反映了其結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律。系統(tǒng)研究泡沫料漿的流變性能以及添加膠凝劑對(duì)其的影響規(guī)律，分析其流變性能和固化特性之間的關(guān)系規(guī)律，對(duì)該工藝的應(yīng)用具有一定的理論指導(dǎo)意義。同時(shí)，針對(duì)目前應(yīng)用較多的熱風(fēng)干燥普遍存在干燥周期長，升溫制度

2、不易控制，極易造成輕質(zhì)坯體開裂、毀損等問題，利用微波穿透性強(qiáng)、選擇性吸收、便于控制和干燥速率高的優(yōu)點(diǎn)，較為系統(tǒng)的研究微波干燥技術(shù)對(duì)其濕坯的干燥工藝，為微波干燥多孔輕質(zhì)材料坯體的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。為此，本論文擬采用泡沫法結(jié)合凝膠注模工藝制備Al2O3-SiO2質(zhì)多孔輕質(zhì)材料，選擇有機(jī)水凝膠作為膠凝劑，如二醋酸甘油酯(TAG)、硅溶膠(SS)、羥丙基纖維素(HPC)、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亞胺(PI)等，取代依靠單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑

3、聚合反應(yīng)凝膠的體系，系統(tǒng)研究膠凝劑種類和泡沫加入量對(duì)Al2O3-SiO2系泡沫料漿流變性能的影響，探索流變性能和固化特性之間的關(guān)系規(guī)律。系統(tǒng)研究微波干燥技術(shù)對(duì)濕坯的干燥過程的影響，探討輕質(zhì)多孔陶瓷坯體微波干燥的可行性，闡明微波功率與泡沫加入量對(duì)坯體干燥效率的影響規(guī)律。在實(shí)現(xiàn)泡沫法制備輕質(zhì)材料工藝優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用優(yōu)化的泡沫凝膠注模工藝制備Al2O3-SiO2質(zhì)多孔輕質(zhì)材料，對(duì)制品的微觀結(jié)構(gòu)和物理性能進(jìn)行測試，研究新型固化工藝和干燥過程對(duì)

4、材料各項(xiàng)性能的影響。其研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)以Al2O3-SiO2系無機(jī)泡沫料漿為研究對(duì)象，添加TAG、SS、HPC、PVA、PI等作為膠凝劑，研究其對(duì)粘度、觸變性、粘彈性及固化時(shí)間的影響，分析膠凝劑種類對(duì)泡沫料漿流變性能的影響及其與固化時(shí)間之間的關(guān)系規(guī)律。結(jié)果表明改變膠凝劑種類，可有效改變泡沫料漿的流變特性，使其粘度增大，觸變性變差，儲(chǔ)能模量和線性粘彈性區(qū)間增大，縮短料漿的固化時(shí)間。當(dāng)膠凝劑加入量為2 wt.％ TAG

5、，1wt.％ SS和0.5 wt.％PVA時(shí)，含1200 mL/kg泡沫的泡沫料漿內(nèi)形成了致密程度較高的穩(wěn)定三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其各項(xiàng)流變性能均顯示其具有最優(yōu)的固化特性，該組試樣的固化時(shí)間為7h，比傳統(tǒng)工藝縮短了23 h。
　　(2)以Al2O3-SiO2系無機(jī)泡沫料漿為研究對(duì)象，以TAG(2 wt.％)，硅溶膠（1wt.％），聚乙烯醇(0.5 wt.％)作為凝膠體系，改變泡沫加入量，研究其與料漿粘度，觸變性，粘彈性及固化時(shí)間的關(guān)系，分

6、析泡沫加入量對(duì)泡沫料漿流變性能的影響及其與固化時(shí)間之間的關(guān)系規(guī)律。結(jié)果表明，隨著泡沫加入量的減少，料漿內(nèi)凝膠網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性減弱，其線性粘彈性區(qū)間縮短。但料漿內(nèi)形成的網(wǎng)絡(luò)密度增大，導(dǎo)致其初始粘度增大，觸變性變差，儲(chǔ)能模量增大，固化時(shí)間隨之縮短。當(dāng)泡沫加入量為600 mL/kg時(shí)，固化時(shí)間僅為4h，與加入量為1200 mL/kg的料漿相比，縮短了3h。
　　(3)在上述優(yōu)化后的固化工藝的基礎(chǔ)上，采用微波干燥與熱風(fēng)干燥結(jié)合的方式干燥Al2O

7、3-SiO2質(zhì)陶瓷濕坯，研究了微波輸出功率、泡沫加入量對(duì)干燥效率的影響，并對(duì)其干燥動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行研究。結(jié)果表明，隨微波輸出功率和泡沫加入量的增大，水分?jǐn)U散速率增大，擴(kuò)散過程的空間位阻減小，干燥時(shí)間縮短。坯體的微波干燥過程符合Page方程，坯體的微波干燥動(dòng)力學(xué)方程為MR=exp{-(1.5032-1.7377×0.63124P)·t[0.30691P/(P-0.297)]}，能較好地預(yù)測陶瓷坯體微波干燥過程中不同時(shí)刻的干燥程度。
　

8、　(4)采用優(yōu)化的泡沫凝膠注模工藝，以TAG（2wt.％），SS（1wt.％）和PVA(0.5wt.％)作為膠凝劑制備莫來石質(zhì)多孔輕質(zhì)材料，研究新型固化工藝和干燥過程對(duì)材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。研究結(jié)果表明，坯體干燥時(shí)間隨泡沫加入量增大而延長，新型干燥工藝的干燥時(shí)間比傳統(tǒng)工藝縮短了24～36h左右。制品內(nèi)部氣孔分布均勻且孔壁圓滑，與傳統(tǒng)工藝制備的制品微觀結(jié)構(gòu)相似。通過調(diào)節(jié)泡沫的加入量(600～1200mL/kg)試樣體積密度最低為0.528