專利名稱：一種可耐高溫、高效保溫墻體材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種墻體材料，尤其是一種可耐高溫的墻體高效保溫 材料。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界，由于對節(jié)約能源與保護(hù)環(huán)境的需求不斷提高，建筑圍 護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫也在日益加強(qiáng)，其中墻體的保溫的發(fā)展最為迅速。十多 年來，隨著中國建筑節(jié)能工作的不斷推進(jìn)，在學(xué)習(xí)和引進(jìn)國外先進(jìn)技 術(shù)的基礎(chǔ)上，我國也加強(qiáng)了保溫技術(shù)的研究開發(fā)工作，涌現(xiàn)了多種采 用不同材料、不同做法的墻體保溫技術(shù)，目前的產(chǎn)品有墻體膠粉顆粒保溫材料，聚氨酯保溫材料，聚苯乙烯保溫材料，xps擠塑板保溫材料，空調(diào)軟管保溫材料，橡塑海綿保溫材料，聚乙烯保溫材料，硅酸 鋁保溫材料，玻璃棉保溫材料，泰柏板保溫材料，巖棉保溫材料，珍珠巖保溫材料，蛭石保溫材料等。其分為建筑屋面保溫材料，建筑 外墻保溫材料，熱力管道保溫材料，暖通空調(diào)保溫材料，墻體保溫材 料，地?zé)岜夭牧系?。在建筑，石油，化工，冶金，冰箱，船舶制造?航空航天，管道保溫等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。自上世紀(jì)80年代中期建設(shè)部在全國范圍啟動(dòng)建筑節(jié)能工作以來，墻體保溫經(jīng)歷了外墻內(nèi)保溫、夾心保溫和外墻外保溫的發(fā)展歷程。 "外墻內(nèi)保溫"技術(shù)，即在建筑空間內(nèi)部墻體附加保溫材料達(dá)到節(jié)能 目的，但存在占用室內(nèi)使用面積，不便于進(jìn)行室內(nèi)二次裝修，保溫隔熱效果不理想等問題；"夾心保溫"技術(shù)，即對外圍護(hù)墻采用分層處 理的措施，形成墻體——保溫材料——墻體體系，達(dá)到保溫節(jié)能目的， 但存在節(jié)能效果差、施工難度大等問題；"外墻外保溫"技術(shù)，即在 建筑物外墻外側(cè)附加保溫材料達(dá)到節(jié)能目的，這是目前大力推廣的一 種建筑節(jié)能技術(shù)，適用范圍廣、技術(shù)含量高，但也存在施工難度大等 問題。大量工程實(shí)踐證明，目前普遍采用的外墻外保溫技術(shù)是較好的 墻體保溫技術(shù)，目前該技術(shù)正在全國各地積極推廣運(yùn)用。我國墻體保溫材料技術(shù)水平低，低檔產(chǎn)品多。普通的墻體保溫材 料，現(xiàn)在國內(nèi)和國際市場五花八門，但主要是采用高分子發(fā)泡制作高 孔隙度的絕熱材料。其優(yōu)點(diǎn)是保溫效果好，價(jià)格低廉，質(zhì)輕。缺點(diǎn)是 不耐高溫，燃點(diǎn)低(即使使用阻燃劑)，強(qiáng)度低。隨著人們生活質(zhì)量 的提高，人們會(huì)越來越關(guān)注生命的安全，由于普通的墻體保溫材料建 筑在火災(zāi)中不能抵御高溫，所以人們必然會(huì)選擇更具安全理念的特殊 墻體保溫材料一可耐高溫的墻體高效保溫材料。目前，我國用于建筑外保溫的節(jié)能材料主要有聚苯乙烯泡沫塑 料板(EPS及XPS)、巖(礦)棉板、玻璃棉氈以及超輕的聚苯顆粒保溫料漿等。1、礦物棉巖(礦)棉和玻璃棉有時(shí)統(tǒng)稱為礦物棉，它們都屬于無機(jī)材料。巖棉(礦物棉)是一種來自天然礦物、無毒無害的綠色產(chǎn)品。其防火性能 好、耐久性好，能夠做到與結(jié)構(gòu)壽命同步，價(jià)格較低，在滿足保溫隔 熱性能的同時(shí)還能夠具有一定的隔聲效果。巖棉外墻外保溫隔熱的應(yīng)用在歐洲、北美比較廣泛，北歐人均20kg，美國人均5-10kg，巖棉 外保溫隔熱系統(tǒng)尤其實(shí)用于防火等級要求高的建筑。但巖棉的質(zhì)量優(yōu) 劣相差很大，保溫性能好的密度低，其抗拉強(qiáng)度也低，耐久性比較差。 雖然其原料為天然礦物，但是經(jīng)過高溫加工過程能耗很大。玻璃棉與巖棉在性能上有很多相似之處，但其手感好于巖棉，可 改善工人的勞動(dòng)條件。但它的價(jià)格較巖棉為高，是一種高能耗的產(chǎn)品。2、 聚苯乙烯泡沫塑料板聚苯乙烯泡沫塑料板是以聚苯乙烯樹脂為主要原料，經(jīng)發(fā)泡劑發(fā) 泡而制成的內(nèi)部具有無數(shù)封閉微孔的材料。其表觀密度小，導(dǎo)熱系數(shù) 小，吸水率低，隔音性能好、機(jī)械強(qiáng)度高，而且尺寸精度高，結(jié)構(gòu)均 勻。因此在外墻保溫中其占有率很高。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有非常優(yōu)越的絕熱性能，它的導(dǎo)熱系數(shù)最 低為0.025W/ (m，K)，是其他材料所無法與之相比的。特別是當(dāng)保溫隔熱效能要求越高，保溫隔熱層要求越薄以便增加建筑物可用面積， 加工、施工、保養(yǎng)要求越方便的情況下，聚氨酯的優(yōu)越性尤其顯著， 同時(shí)其特有的閉孔結(jié)構(gòu)使其具有更優(yōu)越的耐水汽性能，由于不需要額 外的絕緣防潮，簡化了施工程序，降低了工程造價(jià)。但因其價(jià)格較高、 而且易燃，這就限制了它的使用。3、 聚苯顆粒保溫料漿聚苯顆粒保溫料漿是由聚苯顆粒和保溫膠粉料分別按配比包裝 組成。膠粉料采用預(yù)混干拌技術(shù)在工廠將水泥與高分子材料、引氣劑 等各種添加劑混均后包裝，使用時(shí)按配比加水在攪拌機(jī)中攪拌成漿體 后再加入聚苯顆粒，充分?jǐn)嚢韬笮纬伤苄粤己玫母酄铙w，將其抹于墻 體干燥后便形成保溫性能優(yōu)良的隔熱層。此種材料施工方便，保溫性 能良好。其中聚苯顆?？梢圆捎霉I(yè)品，也可以采用廢舊聚苯保溫板 經(jīng)機(jī)械破碎后的顆粒，這對于防制白色污染、保護(hù)環(huán)境十分有益的。 但此種保溫材料吸水率較其他材料為高，使用時(shí)必須加做抗裂防水 層?？沽逊浪Ｗo(hù)層材料由抗裂水泥砂槳復(fù)合玻纖網(wǎng)組成，可長期有 效控制防護(hù)層裂縫的產(chǎn)生。以上各種材料所具有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是在材料內(nèi)部都有大量的 封閉孔，它們的表觀密度都較小，這也是作為保溫隔熱材料所必備的； 它們也有一個(gè)共同的缺點(diǎn)就是其使用的條件為常溫環(huán)境，在高溫下高 分子物質(zhì)會(huì)燃燒分解或是產(chǎn)生可燃?xì)怏w。因此，大力發(fā)展墻體保溫技術(shù)，研發(fā)生產(chǎn)一種質(zhì)量穩(wěn)定可靠的建 筑產(chǎn)品——可耐高溫的墻體高效保溫材料，已經(jīng)勢在必行。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明之目的是提供一種可耐高溫、高效保溫墻體材料及其制造 方法，來取代目前普遍采用的不耐高溫、低強(qiáng)度的墻體保溫材料，以 滿足當(dāng)前人們對節(jié)能環(huán)保和生存環(huán)境安全性的要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的可耐高溫高效保溫的墻體材料，其特征在于它們的組份和重量份數(shù)分別是，10—40%可膨脹石墨、10 一30%聚氨酯、聚苯乙烯等熱塑性樹脂、5—25%環(huán)氧樹脂、酚醛樹 脂等熱固性樹脂、5 — 15%微粉石墨、5—25%微粉Na2Si03、 2 — 8 %碳纖維、3 —7%氫氧化鋁。本發(fā)明所述可耐高溫高效保溫的墻體材料制造方法如下(1) 配料按組合物配比稱取可膨脹石墨微粉、聚氨酯、聚苯 乙烯等熱塑性樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等熱固性樹脂、 微粉石墨、微粉Na2Si03、碳纖維、氫氧化鋁；(2) 混合混煉將以上組合物各組分材料在高溫反應(yīng)爐中高速混合，冷卻出料后在密煉機(jī)或開放式煉膠機(jī)上混煉，混煉后將料重新放入高溫反應(yīng)爐高速混合；(3) 模壓將混合料注入模具中，在溫度100-300°C，壓力 100-300MPa下熱壓成型；(4) 燒結(jié)將成型片料放入大尺寸高壓模具，再放入高溫爐中，控制溫度800-IIO(TC，在惰性氣體如N2保護(hù)下加熱實(shí)現(xiàn)瞬 間膨脹；(5) 碳化石墨化將膨脹成型材料升高溫度實(shí)現(xiàn)材料的碳化(溫 度400-70(TC)和部分石墨化(溫度1000-2500。C)。(6) 其制造工藝經(jīng)過高溫混煉、模壓、真空高溫?zé)Y(jié)、材料表 面碳化石墨化制成可耐1000 °C — 140(TC高溫的墻體保溫耐 火材料。通過此方法得到的材料在大氣中可耐溫1000 — 160(TC，抗壓強(qiáng)度8 — 15mPa，導(dǎo)熱系數(shù)0. 25—0. 8W/m. k，密度0. 2—0. 6 g/cm3,氣孔 率為50—95%。本發(fā)明主要工藝特點(diǎn)利用聚氨酯、環(huán)氧樹脂作粘結(jié)劑通過機(jī)械的混煉作用完成對無機(jī)填料的包覆改性，通過碳纖維的加入實(shí)現(xiàn)了材 料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提高，通過模壓實(shí)現(xiàn)料體排氣，利用可膨脹石墨在高溫下的膨脹性能實(shí)現(xiàn)材料的高孔隙率的形成，利用微粉Na2Si03作為 石墨晶體的聲子聲程調(diào)節(jié)劑，減小導(dǎo)熱聲子的自由程來增加其保溫性 能。本發(fā)明和現(xiàn)有保溫技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢1、高保溫性，該材 料具有普通高聚物類保溫材料的高孔隙率，孔隙率達(dá)53 — 92%，實(shí) 現(xiàn)材料的高保溫性能。2、耐高溫性，該材料具有耐高溫特性，主要 是材料中聚氨酯、環(huán)氧樹脂經(jīng)過碳化、石墨化處理后形成人造石墨的 晶體結(jié)構(gòu)，和其它無機(jī)非金屬成份燒結(jié)后可抵御100(TC — 140(TC高 溫。3、高強(qiáng)度，普通泡沫保溫材料不管是高聚物還是礦物棉，都因 強(qiáng)度不高而不能單獨(dú)使用，需要利用其它起增強(qiáng)作用的輔助材料才能 用于工程，而該材料本身具有增強(qiáng)基材料碳纖維，所以其抗壓強(qiáng)度最 高達(dá)13MPa。 4、該材料由于含有天然石墨成份及石墨化過程形成的 石墨晶體構(gòu)型，具有電磁屏蔽之功效，同時(shí)還具有隔離噪聲、吸收震 動(dòng)的能力。
具體實(shí)施方式
取可膨脹石墨微粉、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、微粉石墨、微粉Na2Si03、碳纖維、氫氧化鋁分別為10—40%、 10—30%、 5—25%、 5_15%、 5 — 25%、 2—8%、 3_7%放入30(TC — 80(TC高溫反應(yīng)爐中高速混 合10_30分鐘，得糊狀混合料，高溫射出或停止加熱冷卻至120°C 出料，將高溫射出料或冷卻至常溫后的料在密煉機(jī)或開放式煉膠機(jī)上 混煉20—40分鐘，經(jīng)混煉后將料重新放入高溫反應(yīng)爐高速混合IO — 20分鐘，將混合料注入尺寸長寬為40cm x 40cm ，厚度為O. l — lcm 模具，模具在溫度為150°C、壓力為5 — 20MPa下熱壓成型，最后將 成型片料放入40cm x 40cm x 2cm尺寸高壓模具，放入熱爐在惰性氣 體保護(hù)下加熱至IOOO'C，材料實(shí)現(xiàn)瞬間膨脹，此后將溫度升至2600 "C維持溫度60—80分鐘，實(shí)現(xiàn)材料的碳化和部分石墨化。通過此方 法得到的材料在大氣中可耐溫1200—80(TC，抗壓強(qiáng)度8—15mpa，導(dǎo) 熱系數(shù)0. 25—0, 8W/m. k，密度0. 2—0. 6 g/cr^，氣孔率為50_95% 。實(shí)施例一取可膨脹石墨微粉30 kg、聚氨酯20kg、雙酚A環(huán)氧樹脂15kg、 微粉石墨15kg、微粉Na2Si03 10kg、碳纖維3kg、氫氧化鋁7kg放 入高溫反應(yīng)爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱至4S0'C，高速混合30分 鐘，得到整體呈糊狀混合料，停止加熱冷卻至12(TC出料，冷卻至常 溫后將料在開放式煉膠機(jī)上混煉40分鐘，經(jīng)混煉后將料重新放入高 溫反應(yīng)爐設(shè)定溫度為260°C，高速混合20分鐘，然后將混合料注入 40cm x 40cm x 0. 1 cm模具，在溫度為150°C、壓力為5MPa下熱壓 成薄片，最后將成型片料放入40cm x 40cm x 2cm尺寸高壓模具，放入熱爐在惰性氣體保護(hù)下加熱至IOO(TC，材料實(shí)現(xiàn)瞬間膨脹，將溫 度升至260(TC維持溫度80分鐘，實(shí)現(xiàn)材料的碳化和部分石墨化。通 過此方法得到的材料在大氣中可耐溫IOO(TC，抗壓強(qiáng)度6MPa，導(dǎo)熱 系數(shù)0. 25W/m. k，密度0. 2 g/cm 氣孔率為92% 。實(shí)施例二取可膨脹石墨微粉20 kg、聚氨酯15kg、雙酚A環(huán)氧樹脂20kg、 微粉石墨15kg、微粉Na2Si03 15kg、 碳纖維8kg、氫氧化鋁7kg放 入高溫反應(yīng)爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱至500°C,高速混合30分 鐘，得到整體呈糊狀混合料，停止加熱冷卻至12(TC出料，冷卻至常 溫后將料在開放式煉膠機(jī)上混煉20分鐘，經(jīng)混煉后將料重新放入高 溫反應(yīng)爐設(shè)定溫度為260°C，高速混合20分鐘，然后將混合料注入 40cm x 40cm x 0. 5 cm模具，在溫度為150°C、壓力為10MP下熱壓 成薄片，最后將成型片料放入40cm x 40cm x 2cm尺寸高壓模具，放 入熱爐在惰性氣體保護(hù)下加熱至IOO(TC，材料實(shí)現(xiàn)瞬間膨脹，將溫 度升至260(TC維持溫度60分鐘，實(shí)現(xiàn)材料的碳化和部分石墨化。通 過此方法得到的材料在大氣中可耐溫1200°C，抗壓強(qiáng)度8MPa，導(dǎo)熱 系數(shù)0. 30W/m. k，密度0. 5 g/cm 氣孔率為75 % 。實(shí)施例三取可膨脹石墨微粉25kg、聚氨酯25kg、環(huán)氧樹脂15kg、微粉石 墨10kg、微粉Na2Si03 13kg、 碳纖維5kg、氫氧化鋁7kg放入高溫反應(yīng)爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱至4S(TC，高速混合30分鐘，得 到整體呈糊狀混合料，停止加熱冷卻至12(TC出料，冷卻至常溫后將 料在開放式煉膠機(jī)上混煉40分鐘，經(jīng)混煉后將料重新放入高溫反應(yīng) 爐設(shè)定溫度為26(TC，高速混合20分鐘，然后將混合料注入40cm x 40cm x 0. 7 cm模具，在溫度為150°C、壓力為15MPa下熱壓成薄片， 最后將成型片料放入40cm x 40cm x 2cm尺寸高壓模具，放入熱爐在 惰性氣體保護(hù)下加熱至IOO(TC，材料實(shí)現(xiàn)瞬間膨脹，將溫度升至2600 卩維持溫度60分鐘，實(shí)現(xiàn)材料的碳化和部分石墨化。通過此方法得 到的材料在大氣中可耐溫1400°C，抗壓強(qiáng)度10.5MPa,導(dǎo)熱系數(shù) 0. 35W/m. k，密度0. 65 g/cm3,氣孔率為65% 。實(shí)施例四取可膨脹石墨微粉15kg、聚氨酯25kg、雙酚A環(huán)氧樹脂15kg、 微粉石墨15kg、微粉Na2Si03 20kg、 碳纖維3kg、氫氧化鋁7kg放 入高溫反應(yīng)爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱至50(TC，高速混合30分 鐘，得到整體呈糊狀混合料，停止加熱冷卻至12(TC出料，冷卻至常 溫后將料在開放式煉膠機(jī)上混煉50分鐘，經(jīng)混煉后將料重新放入高 溫反應(yīng)爐設(shè)定溫度為300°C,高速混合35分鐘，然后將混合料注入 40cm x 40cm x 1 cm模具，在溫度為170°C、壓力為20MP下熱壓成 薄片，最后將成型片料放入40cm x 40cm x 2cm尺寸高壓模具，放入 熱爐在惰性氣體保護(hù)下加熱至IOO(TC，材料實(shí)現(xiàn)瞬間膨脹，將溫度 升至260(TC維持溫度60分鐘，實(shí)現(xiàn)材料的碳化和部分石墨化。通過此方法得到的材料在大氣中可耐溫1600'C,抗壓強(qiáng)度12.5MPa，導(dǎo)熱 系數(shù)0. 42W/m. k，密度0. 73 g/cm 氣孔率為53 % 。本發(fā)明的可耐高溫墻體高效保溫材料，孔隙率達(dá)53—92%，能 夠?qū)崿F(xiàn)材料的高保溫性能；該材料中的聚氨酯、環(huán)氧樹脂經(jīng)過碳化、 石墨化處理后形成人造石墨的晶體結(jié)構(gòu)，具有耐高溫特性，可以在火 災(zāi)中抵御1000°C —1600'C高溫；該材料使用碳纖維作增強(qiáng)體，其抗 壓強(qiáng)度最高達(dá)13MPa高強(qiáng)度；該材料含有天然石墨成份及石墨化過 程形成的石墨微晶構(gòu)型，具有超強(qiáng)的電磁屏蔽之功效，除此之外，由 于材料的多孔隙特性使其具有隔離噪聲、吸收震動(dòng)的能力，因此它是 一種良好的墻體材料。
權(quán)利要求
1、一種可耐高溫、高效保溫墻體材料，其特征在于其組份和重量百分比為，10-40％可膨脹石墨、10-30％熱塑性樹脂、5-25％熱固性樹脂、5-15％微粉石墨、5-25％微粉Na2SiO3、2-8％碳纖維、3-7％氫氧化鋁。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可耐高溫、高效保溫墻體材料，其特 征在于熱塑性樹脂包括聚氨酯、聚苯乙烯。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可耐高溫、高效保溫墻體材料，其特 征在于熱固性樹脂包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂。
4、 一種可耐高溫、高效保溫墻體材料制造方法，其特征在于(1) 配料按以下重量百分比稱取原料，可膨脹石墨10 — 40%、熱塑性樹脂10—30%、熱固性樹脂5—25%、微粉石墨5 — 15%、微 粉Na2Si035—25%、碳纖維2—8%、氫氧化鋁3_7%。(2) 混合混煉將以上組合物各組分材料置入反應(yīng)爐，在高溫 下高速混合，高溫射出或停止加熱冷卻后出料，將射出料或冷卻料在 密煉機(jī)或開放式煉膠機(jī)上混煉，混煉后將料重新放入高溫反應(yīng)爐高速 混合；(3) 模壓將混合料注入小尺寸模具，模具在一定條件下熱壓成型；(4) 燒結(jié)將成型片料放入大尺寸高壓模具，再放入高溫爐中， 在惰性氣體保護(hù)下加熱實(shí)現(xiàn)瞬間膨脹,-(5)碳化石墨化將膨脹成型材料升高溫度實(shí)現(xiàn)材料的碳化和 部分石墨化。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可耐高溫、高效保溫墻體材料的制造方法，其特征在于其混料工藝為將混合料加入反應(yīng)爐中溫度為300。C一80(TC，高速混合時(shí)間為10 — 30分鐘，出料方式為高溫射出或停 止加熱冷卻至12(TC出料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可耐高溫、高效保溫墻體材料的制造 方法，其特征在于其成型為將出料經(jīng)混煉后將料重新放入高溫反應(yīng) 爐高速混合10 — 20分鐘，將混合料注入的模具尺寸長寬為40cm x 40cm ,厚度為O. l — lcm，溫度為150°C、壓力為5—20MPa下熱壓成 型，高壓膨脹模具尺寸為40cm x 40cm x 2cm，膨脹溫度為IOO(TC， 模料石墨化溫度為2600°C，維持溫度時(shí)間為60—80分鐘。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可耐高溫、高效保溫墻體材料的制造 方法，其特征在于通過此方法得到的材料在大氣中可耐溫1000 — 1600°C，抗壓強(qiáng)度8 —15MPa,導(dǎo)熱系數(shù)0, 25—0. 8W/m. k，密度0. 2 —0. 6 g/cm3，氣孔率為50—95 % 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可耐高溫、高效保溫墻體材料及其制造方法，該材料組份和重量百分比為10-40％可膨脹石墨、10-30％熱塑性樹脂、5-25％熱固性樹脂、5-15％微粉石墨、5-25％微粉Na₂SiO₃、2-8％碳纖維、3-7％氫氧化鋁，其中，熱塑性樹脂為聚氨酯、聚苯乙烯，熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂。該材料制造方法是，將配比后原料置入反應(yīng)爐中混合混煉；將混合混煉料注入小尺寸模具，熱壓成型；將成型片料放入大尺寸高壓模具，再放入高溫爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱實(shí)現(xiàn)瞬間膨脹；隨后對材料進(jìn)行碳化石墨化。通過此方法得到的材料在大氣中可耐溫1000-1600℃，抗壓強(qiáng)度8-15MPa，導(dǎo)熱系數(shù)0.25-0.8W/m.k，密度0.2-0.6g/cm³，氣孔率為50-95％。
文檔編號C04B35/536GK101333111SQ20071002462
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月25日
發(fā)明者耿世達(dá) 申請人:晟茂(青島)先進(jìn)材料有限公司