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，對該工藝的應(yīng)用具有一定的理論指導(dǎo)意義。同時，針對目前應(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、選擇性吸收、便于控制和干燥速率高的優(yōu)點，較為系統(tǒng)的研究微波干燥技術(shù)對其濕坯的干燥工藝，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坯體干燥效率的影響規(guī)律。在實現(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，對制品的微觀結(jié)構(gòu)和物理性能進行測試，研究新型固化工藝和干燥過程對

4、材料各項性能的影響。其研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)以Al2O3-SiO2系無機泡沫料漿為研究對象，添加TAG、SS、HPC、PVA、PI等作為膠凝劑，研究其對粘度、觸變性、粘彈性及固化時間的影響，分析膠凝劑種類對泡沫料漿流變性能的影響及其與固化時間之間的關(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，儲能模量和線性粘彈性區(qū)間增大，縮短料漿的固化時間。當(dāng)膠凝劑加入量為2 wt.％ TAG

5、，1wt.％ SS和0.5 wt.％PVA時，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，該組試樣的固化時間為7h，比傳統(tǒng)工藝縮短了23 h。
　　(2)以Al2O3-SiO2系無機泡沫料漿為研究對象，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，粘彈性及固化時間的關(guān)系，分

6、析泡沫加入量對泡沫料漿流變性能的影響及其與固化時間之間的關(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，儲能模量增大，固化時間隨之縮短。當(dāng)泡沫加入量為600 mL/kg時，固化時間僅為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、泡沫加入量對干燥效率的影響，并對其干燥動力學(xué)行為進行研究。結(jié)果表明，隨微波輸出功率和泡沫加入量的增大，水分擴散速率增大，擴散過程的空間位阻減小，干燥時間縮短。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材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。研究結(jié)果表明，坯體干燥時間隨泡沫加入量增大而延長，新型干燥工藝的干燥時間比傳統(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