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本论文以硅酸铝纤维为原料,通过对纤维进行打浆、除渣与表面改性处理,研究了硅酸铝纤维表面形态、亲水性能、分散性能与沉降性能的变化及变化机理;探索了无机胶粘剂和有机胶粘剂的性能、改性及作用机理,采用传统造纸湿法成形技术制造出满足不同环境要求的耐温隔热型硅酸铝纤维纸,对其纸页结构、强度指标和隔热性能进行了分析,并探讨了硅酸铝纤维纸的成形机理。
对硅酸铝纤维进行分析与预处理的实验结果表明,从硅酸铝纤维形态分析,硅酸铝纤维与植物纤维有相似的外观,而从硅酸铝纤维化学组成分析,硅酸铝纤维与植物纤维有较大差异。硅酸铝纤维在打浆、除渣方面与植物纤维有较大差别,最终确定了比较理想的打浆与除渣条件为:无筛板,1300r/min的切断方式和40目浆网三次洗涤除渣方式。硅酸铝纤维表面光滑,整个纤维成棒状,不利于纤维之间的交织,通过对其表面进行腐蚀处理,增加其比表面积和纤维的断层,提高了纤维之间的粘结。SEM图像分析表明,用10%酸溶液处理30分钟腐蚀后,纤维表面有了明显的脱落和断痕。
胶粘剂的加入对硅酸铝纤维成纸有重要的作用,在硅酸铝纤维纸的抄造过程中,可以显著提高其成纸强度。通过实验得出了几种典型的胶粘剂配方:温度要求在200℃以下时,采用PVA、CMC等有机胶粘剂;温度在200℃~400℃时,采用PVA与硅酸钠的复配;温度在400℃以上时,选用硅酸钠、硅溶胶和铝溶胶等无机胶粘剂。
通过采用磷酸氢二钠和四硼酸钠对硅酸钠进行改性,使其高温溃散性和成纸脆性得到很好的改善。确定改性剂磷酸氢二钠的使用量为4%、四硼酸钠使用量为2%。改性前后硅酸钠的X-衍射和红外光谱分析结果表明,改性剂对硅酸钠的作用并没有形成新的化合物或化学键,而是改性剂与硅酸钠形成了复合网络结构,改性剂与硅酸钠的热膨胀系数相差较大,这有利于硅酸钠膜的破裂,从而改善了硅酸钠的高温溃散性和成纸的脆性。
用硼酸对有机胶粘剂酚醛树脂进行改性,其最佳条件为:反应物摩尔比为n(苯酚):n(甲醛):n(硼酸)=1.0:1.5:0.4,氨水用量为反应物总质量的10%;缩合反应温度为60℃-70℃范围内,时间为2.0h~2.5h,酯化反应温度为100℃,时间为3小时左右。改性酚醛树脂可耐600℃高温。对硼酸改性酚醛树脂耐高温机理进行了探讨,硼酸改性后酚醛树脂,不仅减少了体系中的游离酚羟基,而且所引入硼氧键的键能远大于碳碳键的键能,使其可以耐一定的高湿。
对硅酸铝纤维的分散性能进行了探讨,研究了不同分散性能的影响因素,及其分散对成纸性能的影响,分析了硅酸铝纤维纸的成纸影响因素,探讨了胶粘剂的使用量,并对硅酸铝纤维纸的隔热性能以及传热方式进行了探讨,建立了硅酸铝纤维纸成纸机理的模型。
对隔热涂料的制备及涂料的流变性能进行了研究。通过对气相二氧化硅的分散性能研究,探讨了分散时间、分散剂的用量及转速对分散的效果的影响,并对涂料的相容性、流变性及影响因素进行了讨论,研究了隔热涂料对硅酸铝纤维纸性能的影响。实验得出,气相二氧化硅的最佳分散条件为:分散机转速为5000rpm,分散时间60min,阳离子分散剂用量5%,耐温隔热涂料的胶粘剂选用铝溶胶较适宜,用量为25%,耐低温隔热涂料选用PVA和胶乳,用量分别为30、35份,隔热涂料对硅酸铝纤维纸涂布后明显改善隔热效果,最后对涂料的隔热机理进行了研究。
硅酸铝纤维纸中渣球的含量对成纸性能有一定影响,考虑成纸的匀度、强度、隔热性能应尽量除去较大直径的渣球。
采用传统造纸湿法成形技术制造出电热锅隔热层用的与阻燃用的硅酸铝纤维纸,通过对纸页结构的研究,提出了硅酸铝纤维纸的成形机理。