佛山市晋渝耐火材料有限公司

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浇注料配方中必不可少的关键部分:结合剂、外加剂

浏览: 发表时间:2021-03-29 23:11:23

浇注料的制作工艺中,有两个很重要的部分,一个是结合剂,是将耐火骨料和耐火粉料胶结在一起,使材料具有一定的强度;另一个是则是外加剂,外加剂是用来补偿或者提高耐火浇注料的某项性能,向材料中添加与主成分不同的颗粒或者细粉,提高浇注料的抗氧化性能、抗渗透性能等等,延长浇注料的使用寿命。

今天这篇文章就着重说这个结合剂外加剂

结合剂的定义及种类



结合剂是指将耐火粗颗粒料和粉料组成的散状耐火材料胶结在一起的物质,故也称“胶结剂”或“粘结剂”。

按化学性质分有机和无机结合剂

无机结合剂:

(1)硅酸盐类——硅酸钙水泥、水玻璃(硅酸钠)、硅酸钾、硅酸乙酯等;

(2)铝酸盐类——普通铝酸钙水泥、纯铝酸钙水泥、铝酸钡水泥等;

(3)磷酸盐类——磷酸、磷酸二氢铝、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、铝铬磷酸盐等;

(4)硫酸盐类——硫酸镁、硫酸铝、硫酸铁等;

(5)氯化物类——氯化镁、氯化铁、聚合氯化铝等;

(6)溶胶类——硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶等。

有机结合剂

(1)天然有机物——淀粉、糊精、软质黏土、氧化物超粉、阿拉伯树胶、纸浆废液、焦油、沥青、海藻酸钠等。

(2)合成有机物——环氧树脂、线性酚醛树脂、甲阶酚醛树脂、聚苯乙烯、硅酸乙酯、聚胺脂树脂、聚丙烯等。

(3)黏着剂或活化剂--羧甲基纤维素、聚乙烯乙醇、木质素磺酸盐、聚丙烯酸等

按结合剂硬化条件分类

(1)水硬性结合剂——硅酸盐水泥、铝酸盐水泥等;

(2)气硬性结合剂——水玻璃加氟硅酸钠、磷酸或磷酸二氢铝加氧化镁、氧化硅微粉加铝酸钙水泥等;

(3)热硬性结合剂——磷酸、磷酸二氢铝、甲阶酚醛树脂等。

按不同温度下结合作用分暂时性和永久性结合剂。

暂时性结合剂

(1)水溶性结合剂——糊精、粉状羧甲基纤维素、粉状及液犾木质素磺酸类材料、聚乙烯乙醇粉状晶体等;(2)非水溶性结合剂——硬沥青类、石蜡、聚丙烯类等。

永久性结合剂

(1)炭素结合剂——焦油沥青,酚醛树脂等;(2)铝酸盐水泥;(3)硅酸盐结合剂——水玻璃、硅酸乙酯等;(4)磷酸及磷酸盐结合剂;(5)氯化盐和硫酸盐结合剂。

(上面的结合剂均为不定型浇注料常用的类型。而不烧砖常用的结合剂则是磷酸盐、水玻璃、硫酸盐、氯化物、水泥、碳结合树脂、沥青等)。

结合剂的结合方式



(1)水化结合-借助于常温下结合剂与水发生水化反应生成水化产物而产生结合。如铝酸钙水泥加水发生水化反应生成六方片状或针状CaO·Al₂O₃·10HO、2CaO·Al₂O₃·8HO和立方粒状3CaO·Al₂O₃·6HO晶体和氧化铝凝胶体,形成凝聚结晶网而产生结合。常见的如铝酸钙水泥、硅酸盐水泥、ρ-Al₂O₃、MgO。

(2)化学结合-借助于结合剂与硬化剂,或结合剂与耐火材料之间在常温下发生化学反应,或加热时发生化学反应生成具有结合剂作用的化合物而产生结合。常见的如磷酸或磷酸盐、硅酸钠或硅酸钾。

(3)聚合结合-借助于加催化剂或交联剂,使结合剂发生缩聚形成网络状结构而产生结合强度。如甲阶酚醛树脂加酸作催化剂或加热时可产生如下缩聚反应而产生较好结合强度。例如甲阶酚醛树脂加酸作催化剂或加热时可产生缩聚作用。

(4)陶瓷结合-也被称为低温烧结结合,即在散状耐火材料中加入可降低烧结温度的助剂或金属粉末,以大大降低液相出现温度,促进低温下固-液反应而产生低温烧结结合。例如刚玉质干式震动料中加入少量的硼酐,硼酐在450~550℃生成粘性液相,随后与α-Al₂O₃发生液一固反应生成具有更高熔融温度的化合物2Al₂O₃·BO(不一致熔融温度为1035℃,9Al₂O₃·2BO(不一致熔融温度为1950℃)而将刚玉骨料固结在一起。

(5)粘着结合(粘附)——是借助于如下几种物理作用之一而产生结合的。1)物理吸附作用:依靠分子间的相互作用力-范德华力而产生结合;2)扩散作用:在物质分子热运动的作用下,粘结剂与被粘结物的分子发生相互扩散作用,形成扩散层,从而形成牢固的结合;3)静电作用:粘结剂与被粘结物的界面存在着双电层,由双电层的静电引力作用而产生结合。

产生粘着结合的结合剂多数为有机结合剂,其中有的为暂时性结合剂,经高温处理后会燃烧掉,如糊精、羧甲基纤维素等。有的为永久性结合剂,经高温处理后除部分挥发物外,其余的会碳化而形成碳结合,如沥青、酚醛树脂等有机结合剂。也有一些无机结合剂具有粘合作用,如磷酸二氢铝、水玻璃、硅溶胶等。

(6)凝聚结合-依靠加入凝聚剂使微粒子(胶体粒子)之间相互吸引紧密接触,发生凝聚而产生结合。但使用时必须加凝聚剂才能使胶体粒子产生结合。例如黏土微粉、氧化物超微粉(SiO、Al₂O₃、TiO、Cr₂O₃等),硅溶胶、铝溶胶和硅铝溶胶等。

常见的几种耐火浇注料结合方式及结合剂类型如下表所示。

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外加剂的定义及种类



用于改善不定形耐火材料施工性能(作业性能)或物理性能或使用性能的物质称外加剂,又称添加剂。在不定形耐火材料组成物拌和时或拌和前掺入。加量随外加剂的性质和功能差异而不同,为组成物总量的万分之几到百分之几。

活性填料是一种细填料,其粒径一般小于10μm,如5μm、2μm甚至纳米粉料等,具有高活性。如果能在耐火浇注料中加入适当形状和具有活性的超细粉或纳米材料,就能有效地填充气孔、提高密度和强度,而获得性能较佳、使用寿命较长的耐火浇注构件或者衬体。

外加剂是具有强化结合剂作用和提高耐火浇注料(特别是基质)性能的一类材料。按其功能作用可划分为5类:(1)改变流动性(作业性)类,包括减水剂(分散剂)、增塑剂(塑化剂)、胶凝剂(絮凝剂)、解胶剂(反絮凝剂)。(2)调节凝结、硬化速度类,包括促凝剂、迟效促凝剂、缓凝剂等。(3)调节内部组织结构类,包括发泡剂(引气剂)、消泡剂、防缩剂、膨胀剂等。(4)保证材料施工性能类,包括抑制剂(防鼓胀剂)、保存剂、防冻剂等。(5)改善使用性能类,包括烧结剂、矿化剂、快干剂等。

一般情况下,外加剂的作用主要是为了改善作业性和提高强度等性能。选择一种或几种外加剂,则取决于所用耐火浇注料的性能、施工作业和使用要求。结合系统的进步和发展是耐火浇注料成功和发展的关键。目前,结合剂向着提高强度、提高熔点、降低水分以及多种结合剂配合使用的方向发展。

不定型耐火材料常用的添加剂如下表所示:

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通常,添加5%(质量分数)以下并能按要求改善基本组成材料性能和施工性能的材料称为外加剂;若添加材料含量高于5%时,则称为外加物。实际应用时,外加物也俗称外加剂。外加剂主要对结合剂和基本材料起作用,它们的品种很多,每个品种又都有一定的适用范围,所以应当根据耐火浇注料性能的要求进行外加剂的确定和选择。例如:

(1)对于重烧收缩大的耐火浇注料,应向配料中添加一定数量的膨胀材料以补偿其体积收缩,确保体积稳定,抑制结构剥落损毁。

(2)当需要进一步改善或提高耐火浇注料的抗热震性时,应向配料中添加适量的增韧材料以赐予其非线形性能,提高它们的热震稳定性。

(3)当需要进一步改善和提高耐火浇注料抗渗透性能时,可向配料中加入一定数量的具有抗渗透性能高的组分,以抑制熔渣向其内部渗透。

(4)要进一步提高耐火浇注料的抗侵蚀性能时,可向配料中加入一定数量的能提高该耐火浇注料抗侵蚀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,复合耐火浇注料都应配入抗氧化剂以抑制材料的氧化损毁,延长使用寿命。

高性能耐火浇注料一般采用复合外加剂,即几种外加剂复合使用,以保证材料的常温指标和高温性能。

虽说不定型耐火浇注料的制作工艺简单,但要想获得性能优良的浇注料也并不是简简单单的混料,需要采用高品质的耐火原料,还需要优良的结合剂和外加剂,根据不同的工况环境采用不同的产品。


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