一种用泡沫分散粉煤灰纤维制备超轻质隔热材料的方法

技术领域

本发明公开了一种粉煤灰纤维的泡沫分散工艺，以及用该工艺制备超轻质粉煤灰纤维隔热材料的方法。属硅酸盐类轻质隔热材料制备方法。该泡沫分散工艺也适合于，与本文描述的“粉煤灰纤维”有类似性质的其他纤维的分散与材料制备。该工艺与传统纤维制浆、抄制、压滤工艺成型制备板材比较，用水量降幅明显、板材烘干能耗降幅明显。用该工艺制备的粉煤灰纤维超轻质隔热材料适用于保温、隔热、防火、吸音等建筑、装修领域。材料燃烧等级为A级均质材料，可长期工作在650℃以下环境。该材料具有耐水、防火的特性。其导热系数为0.035W/(m·K)到0.043 W/(m·K)之间，其表观密度在0.08g/cm

背景技术

本世纪初，环保与大宗工业固废综合利用被提到一定高度，一些单位上马了粉煤灰综合利用项目，其中就包括粉煤灰纤维项目。粉煤灰纤维是以火电厂固废粉煤灰为原料，经熔融喷丝、拉丝制备的纤维。有别于岩棉、矿棉、玻璃丝棉、硅酸铝棉等矿物纤维，本文描述的粉煤灰纤维是一种短纤维，长度为毫米级。通常粉煤灰纤维以直径区分，分为超细粉煤灰纤维和普通粉煤灰纤维，其中80%以上直径分布在1μm以上的纤维称为普通粉煤灰纤维，而80%以上直径分布在200 nm±100 nm的粉煤灰纤维称为超细粉煤灰纤维。

粉煤灰纤维与超细粉煤灰纤维两者的物理性质区别很大，超细粉煤灰纤维可以分散在纸浆中，经过造纸工艺，可与纸浆纤维或自身形成一定的扣解度，干燥后形成范德华力。而普通粉煤灰纤维则无此特征，即无法形成纤维扣解又不产生范德华力，甚至会沉淀在制浆池底部。因此超细粉煤灰纤维可用于造纸，普通粉煤灰纤维却不行。

因为粉煤灰成分因煤而异，所以，生产中粉煤灰纤维直径很难把控。多数本世纪初上马的项目在工艺、设备、控制上缺陷明显，导致了国内粉煤灰纤维厂生产的多是普通纤维，目前超细纤维占比不足10%。因此找到普通粉煤灰纤维的应用场景是该行业急需解决的问题。

中国专利CN 101249664A《一种沥青改性粉煤灰纤维板材的制备方法》、中国专利CN 101250039A《一种粉煤灰纤维板材的制备方法》是在粉煤灰纤维上喷、淋粘接剂，以热压成型工艺制备出板材，根据技术特征得到了表观密度0.350g/cm

中国专利CN107324690A《一种聚乙烯醇-石蜡乳液复合改性的防水型粉煤灰纤维板及其制备方法》以纱网过滤器滤去液体，压制成型得到的板材，根据技术特征得到的是低密度的疏水粉煤灰纤维板。

中国专利CN 102826817A《粉煤灰纤维外墙隔热保温板及其制备方法》经梳棉；施胶；压模；干燥切割得到的板材，根据文案记录得到了表观密度0.2g/cm

中国专利CN 102826786A《轻质粉煤灰纤维吸声板及其制备方法》以粉煤灰纤维的质量浓度为1～3wt%浆料通过纱网抄取、注模，压制成型，得到粉煤灰纤维湿板坯。干燥后得到的板材。根据技术特征得到的是轻质或超轻质粉煤灰纤维板。

中国专利CN 102826789A《粉煤灰纤维保温吸声板及其制备方法》以粉煤灰纤维的质量浓度为0.6～2.5wt%，将浆体浇注到模具中，采用机械挤压成型法或手工成型制成湿坯，湿坯自然干燥或在干燥箱中加热干燥处理，得到粉煤灰纤维保温吸声板，根据技术特征得到的是轻质粉煤灰纤维板。

上述CN 101249664A、CN 101250039A、CN 107324690A、CN 107324690A技术具有工艺简单，工艺成本低的特征，但实现耐火等级A级均质很难，也不适合轻质、超轻质板材生产。由于粉煤灰纤维没有合适的分散体系，因此在微分的单位面积上密度一致性不好。CN102826817A虽然记录了0.2g/cm

上述CN 102826786A、CN 102826789A专利，使用纤维制浆技术将粉煤灰纤维以2.5wt%以下浓度均匀的分散在液体中，纤维有充足的伸展空间，不起球、不打团，经过抄制、压滤工艺得到了轻质煤灰纤维板。这种技术尤其适用于轻质、超轻质纤维材料成型。在微分的单位面积上密度一致性很好，材料的比强度也好。但大量的工艺用水造成环保压力大、烘干能耗高，在工业化生产时环评复杂、生产成本高的问题难以克服。

需要说明的是，上述内容属于发明人技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

发明内容

研究了普通粉煤灰纤维泡沫分散体系，研究了水泥熟料在泡沫分散体系中的堆积，硬化过程。发明了粉煤灰纤维泡沫分散装置，如图1所示，在此装置上实现了以泡沫形成体积、分散粉煤灰纤维的，泡沫纤维分散体系，得到了纤维舒展、分布均匀的物理结构，形成了泡沫分散粉煤灰纤维超轻质材料成型工艺。找到了在微分面积上密度一致性很好，同时又能大量减少工艺用水，降低干燥能耗的技术手段。在稀浆料中，产生沉淀的无机胶凝材料，在本体系中实现了低水量配比，使水泥熟料类，易沉淀的胶凝材料，能够在本体系中得以应用。纤维泡沫分散体系，泡沫壁中裹胁的水泥熟料，随着泡沫破灭，沿纤维滑动堆积到纤维搭接处，硬化，形成了硬节点连接的纤维立体空间网状结构。随着水泥熟料与粉煤灰纤维的水化反应，节点焊接效果逐渐明显，材料抗压强度和弹性模量逐步提高，彻底解决了超轻质粉煤灰纤维材料的耐水、防火、耐候、耐久问题。

一种用泡沫分散粉煤灰纤维制备超轻质隔热材料的方法，由以下4个步骤①前驱体制备：在纤维泡沫分散装置中加入10～100质量份水、2.5～25质量份水泥熟料、0.125～1.25质量份超细粉煤灰纤维、0.025～0.25质量份石膏充分搅拌分散均匀，②纤维泡沫分散体制备：上述前驱体中加入0.25～2.5质量份发泡剂，继续搅拌形成泡沫，同时逐渐加入25～75质量份粉煤灰纤维，继续搅拌达到预算表观密度的体积，③成型：上述达到体积的泡沫混合体放入底部为托盘、四边可拆解的模具，静置1小时以上，打开模具，拆除四边，④养护：将上述托盘及成型的材料在室内环境中养护28天，⑤干燥：自然环境或烘箱、烘房中烘干，得到泡沫分散粉煤灰纤维超轻质隔热材料；上述纤维泡沫分散装置如“图1”所示；上述水泥熟料为普通硅酸盐水泥熟料，经磨细，过120目筛；上述超细粉煤灰纤维为80%以上直径分布在200 nm±100 nm的粉煤灰纤维；上述粉煤灰纤维为80%以上直径分布在1μm以上的粉煤灰纤维；上述石膏为脱硫石膏；上述发泡剂是K12、S35、OP-10、6501、二乙醇胺、月桂酰胺的混合发泡剂40倍水稀释液；上述干燥条件为常压≤55℃。

附图说明：图1，纤维泡沫分散装置示意图

附图标注：1超细纤维喂料机、2 纤维喂料机、3 主电机、减速器、4 发泡液储罐、5水管线、6 上叶桨、7 泡沫分散罐、8搅拌轴、9下叶桨、10 泡沫分散纤维料出口。

术词注解：超细粉煤灰纤维――80%以上直径分布在1μm以上的粉煤灰纤维；

粉煤灰纤维――80%以上直径分布在1μm以上的粉煤灰纤维；高密度板――表观密度≥0.8g/cm

检测标准：参考GB10294绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法；参考GB/T 6343-2009泡沫塑料及橡胶表观密度的测定。

具体实施例1

1、前驱体制备：在纤维泡沫分散装置中加入35kg水、25kg质量份水泥熟料、0.5kg质量份超细粉煤灰纤维、0.025kg石膏，开启低速档搅拌15min，2、纤维泡沫分散体制备：上述前驱体中加入K12、6501、月桂酰胺的混合发泡剂40水倍稀释液2.5kg，开启高速档搅拌2min后，开启粉煤灰纤维喂料机，边搅拌边喂料，逐渐加入共计50kg粉煤灰纤维，继续搅拌达到1m

实施例1检测：导热系数0.038W/(m·K)，表观密度0.08g/cm

具体实施例2

1、前驱体制备：在纤维泡沫分散装置中加入50kg水、25kg质量份水泥熟料、1.5kg质量份超细粉煤灰纤维、0.025kg石膏，开启低速档搅拌10min，2、纤维泡沫分散体制备：上述前驱浆中加入S35、二乙醇胺的混合发泡剂40水倍稀释液2.25kg，开启高速档搅拌2min后，开启粉煤灰纤维喂料机，边搅拌边喂料，逐渐加入共计75kg粉煤灰纤维，继续搅拌达到1m

实施例2检测：导热系数0.042W/(m·K)，表观密度0.1g/cm