無機(jī)非金屬材料固化工藝

1、第七章 無機(jī)非金屬材料固化工藝固化工藝的作用及意義是提高產(chǎn)品性能，到達(dá)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，含枯燥脫水、分解、相變、 共熔、熔融、溶解、結(jié)晶、相的凝固、剩余玻璃、燒結(jié)等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反響。固化可分為加結(jié)合劑固化及變溫固化二大類。 結(jié)合劑是一種將礦物材料膠結(jié)成型并進(jìn)一步凝結(jié)固化的粘結(jié)材料。結(jié)合劑的使用能保證各 種材料集合體能粘結(jié)成型，保證材料產(chǎn)品具有所要求的強(qiáng)度和功能性能。粘結(jié)劑一般可分為無機(jī)粘結(jié)劑和有機(jī)粘結(jié)劑及復(fù)合粘結(jié)劑三類。選擇使用時(shí)應(yīng)考慮：是否符 合制品性能的要求，保證制品質(zhì)量，來源盡可能廣泛，本錢低，使用方便。第一節(jié) 無機(jī)結(jié)合劑一、無機(jī)膠凝材料無機(jī)膠凝劑分水硬性及氣硬性膠凝材料二大類一常見

2、的種類1、硅酸鹽水泥 水硬性材料原料種類，熟料成分，配料要求及調(diào)整：C3S+C2S 75%硅酸鹽礦物影響水泥強(qiáng)度和質(zhì)量C3A+C4AF疋25% 溶煤礦物一促進(jìn) C3S、C2S形成鋁酸鹽水泥高鋁水泥 、粉煤灰水泥、礦渣水泥、白色水泥、特種水泥等。 礦物組成 CA、 CA2、 C12A 7鈣英長石 C2AS、 C4AF。 在常溫下，高溫下均可作為粘結(jié)劑，在耐火材料中應(yīng)用廣泛。 要加速或延緩高鋁水泥硬化和改善作業(yè)性能，需用各種添加劑。2 、 石灰3、石膏氣硬性膠凝材料4、含水氯鎂鹽膠凝體，鎂質(zhì)膠凝材料是指苛性苦土 MgO 和苛性白云石，苛性苦土 由碳酸鎂加工，苛性白云石由白云石加工。由蛇紋石可生產(chǎn)鎂

3、質(zhì)膠凝材料，其它還有海水，冶 煉鎂合金的熔渣。菱鎂礦、白云石的煅燒細(xì)磨而得到鎂質(zhì)膠凝材料。 氯鎂礦在氧化鎂漿體中的作用：以氯化鎂溶液代替水作用MgO 的調(diào)和劑，可以提高鎂質(zhì)膠凝材料的性能。當(dāng)滿足4< MgO/MgCI < 6時(shí)可形成水化物 Mg 30H5C1 4H20，此時(shí)該水化物是穩(wěn)定的，但 超出這個(gè)范圍都會(huì)伴隨著硬化的進(jìn)行而發(fā)生相的轉(zhuǎn)變，而這種轉(zhuǎn)變將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)網(wǎng)的破壞和強(qiáng)度 降低。鎂質(zhì)膠凝材料的硬化強(qiáng)度來源：結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)多孔多相結(jié)構(gòu) 抗水性差，因?yàn)槁塞}吸濕性大結(jié)晶接觸點(diǎn)的溶解度高結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)的破壞改善：摻入少量的磷酸或磷酸鹽改氯鹽為硫酸鎂，鐵釩。二無機(jī)膠凝材料水化物 1水化硅酸鈣膠凝

4、性很強(qiáng)，強(qiáng)度高，水中溶解小。 2水化鋁酸鈣易溶于水，強(qiáng)度低。 3水化硫鋁酸鈣針狀大結(jié)晶體，不溶于水，強(qiáng)度很多。 4氫氧化鈣、碳酸鈣片狀晶體，易溶于水。 5含水硫酸鈣易溶于水。 6含水氯鎂鹽易溶于水。三無機(jī)膠凝材料的水化反響 水化反響的概念：水化反響是物質(zhì)在一定條件下與水分子所起的化學(xué)作用，即物質(zhì)從無水 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楹Y(jié)合水狀態(tài)、生成水化產(chǎn)物的化學(xué)反響。無機(jī)膠凝材料中新生礦物的穩(wěn)定性很低 原子排列的有序程度降低 ，與水接觸 水化時(shí)， 其 CaO 鍵鍵能增加顯著， 且趨向穩(wěn)定。 這說明水化反響是膠凝材料從脫水后的不穩(wěn)定狀態(tài)向 重新吸水轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)過程。水化反響的重要作用：CaO+H2O C

5、a0H2C2H4 乙烯CH2+H2OTCH3CH2OH 乙醇水泥的水化反響如下：C2S、C3S與水反響生成水化硅酸鈣類 C S H 并析出氫氧化鈣，成為水泥砂漿和混凝 土及其制品強(qiáng)度的根底。C3A 和 C4AF 在水的作用下與二水石膏和氫氧化鈣反響，分別生成水化硫鋁酸鈣類物質(zhì)， 對(duì)水泥凝結(jié)起調(diào)節(jié)作用，且填充硬化水泥漿體的孔隙，增進(jìn)水泥制品強(qiáng)度。粉煤灰、煤渣和?；郀t礦渣的作用： 其主要含活性二氧化硅，活性三氧化二鋁，在水存在的條件下與氫氧化鈣發(fā)生水化反響， 生成水化硅酸鈣類、水化鋁酸鈣類，從而成為以各種廢渣為主要原料的硅酸鹽制品的強(qiáng)度重要 根底。消石灰的反響：CaO 2+CO CaCO+HO消

6、石灰與砂中所含的二氧化硅緩慢結(jié)合成為水化硅酸鈣，使石灰砂漿產(chǎn)生強(qiáng)度。 水泥與其它材料水化反響的區(qū)別： 硅酸鹽水泥的水化是依靠熟料中的組成礦物，迅速生成水化硅酸鈣凝膠類水化生成物，使 水化砂漿或混凝土在短期內(nèi)獲得高強(qiáng)度。 煤灰、二氧化硅、硅藻土、三氧化二鋁等是依靠摻合石灰或石膏，在水存在的條件下發(fā) 生水化反響而產(chǎn)生強(qiáng)度。而在高壓下水蒸汽及高溫條件下養(yǎng)護(hù)，那么水化反響更趨完善，從而可 制得高強(qiáng)度材料。 灰砂制品， 硅酸鈣板， 微孔硅酸鈣， 石棉水泥板及其它纖維增強(qiáng)無機(jī)復(fù)合材料正是基于 上述理論根底的。二、無機(jī)膠結(jié)材料膠凝材料與膠結(jié)材料的區(qū)別：膠凝膠結(jié)凝固，膠結(jié)材料本身是否會(huì)凝固。1、硅酸鈉又稱水玻

7、璃或泡花堿，分子式N&0nSQ2或N&0nSQ2 XH2O。有液體和粉末狀兩種。硅酸鈉含水量的多少影響其常溫下的流動(dòng)性(粘度)及被粘結(jié)的礦物材料的性能。 優(yōu)點(diǎn)：粘結(jié)性優(yōu)良，價(jià)格廉價(jià)，無毒，加熱時(shí)不臭，常用于耐火材料，保溫絕熱材料及建 筑材料。缺點(diǎn)：堿性強(qiáng)，密度大，常溫下硬化緩慢(應(yīng)加促硬劑) 。 硬化劑：氟硅酸鈉、聚氯酸鋁、氯化鋁、磷酸鈉等。2、磷酸鈉及磷酸鹽 二者可用于不燒磚和不定形耐火材料、絕熱材料。HPO正磷酸、也最穩(wěn)定，可直接用作結(jié)合劑。 磷酸具有反響性H+,與氧化物能形成膠結(jié)。MgO+bPQ t Mg(HP0)+H2O生產(chǎn)不燒制品要求 40%-45%的勺低濃度和1.

8、251.29g/cm3密度的磷酸。正磷酸加熱后熔化，脫水(100-200 °C)升華(3000C)形成焦磷酸和偏磷酸，此反響是 可逆的。 磷酸鋁 由磷酸與氫氧化鋁反響而制得。之是一種高溫粘結(jié)劑，受熱固化。為加速其常溫硬化，可適量增加促硬劑。常用于酸性耐火材料及絕熱材料的結(jié)合劑。 聚合磷酸鈉 是堿性耐火材料常用的結(jié)合劑。用第一磷酸鈉(NaHPQ)加熱縮合成聚磷酸鈉(NaPO) n,才能使結(jié)合體獲得較高的強(qiáng)度。 或?qū)aHPQ同堿土金屬氧化物(MgO等制成混合料，那么在常溫下即可反響，生成Mg(HPQ)2,枯燥后將形成 MgHPO之具有較高的粘結(jié)性，使混合料快速硬化。MgHPO再加熱(5

9、000C)時(shí)，分別縮合成聚磷酸鎂 Mg(PO3)2n和(MgzPzQ)，其結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)一 步提高。3、硫酸鋁 硫酸鋁受水解后,生成凝膠體而凝結(jié)硬化,反響為：Al2(SO4)3+2H2OtAl2(SO4)2(OH)+H2SO4 Al2(SO4)2(OH)2+2H2OtAl2(SO4)(OH) 4+H2SO4 Al2(SO4)(OH)4+2H2Ot2Al(OH) 3+H2SO44、聚合氯化鋁 之用作搗打料、澆注料及塑性料的結(jié)合劑。用促凝劑(MgO白云石，硅酸鎂、磯土水泥和固體水玻璃等)不提高聚合氯化鋁的結(jié)合效果。5、硅膠 硅膠硅酸溶液的膠體溶液。 主要用于高耐火度的含材料作結(jié)合劑。它的顆粒尺寸越細(xì)粒

10、度約為7卩m,SiO2 25% , 一般凝結(jié)時(shí)間越短，25天凝結(jié)。6、a -Al 2Q由三水鋁石Al 2Q 3fO在減壓條件下低溫脫水如 400Pa以下600 ° C制得。 具有復(fù)水性，a -AlAl2Q 3fO+Al2Q1-2H 2O。成為勃姆石凝膠。a -Al 2O主要作為耐火澆注料的有效粘結(jié)劑。7、粘土與超微細(xì)粉結(jié)合劑主要用于陶瓷及高溫耐火材料的澆注材料。如用高鋁水泥，SiO2, AI2Q, CrQ等0.1卩m以下的超微細(xì)粉與集料混合后，生產(chǎn)混合澆注料。第二節(jié) 有機(jī)粘結(jié)劑一、傳統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合劑1 、亞硫酸紙漿廢液用作結(jié)合劑可以提高磚坯或制品的強(qiáng)度， 提高料坯的可塑性及成型密度，

11、降低泥料的內(nèi)摩擦 力。一般使用酸性紙漿廢液。2、瀝青類粘結(jié)劑煤焦油瀝青煤油別離之后的殘?jiān)?，用于耐火材料及碳石墨、碳纖維制品。 石油瀝青煉制石油的副產(chǎn)品。瀝青軟化點(diǎn)與其組分有直接關(guān)系，其中 a樹脂甲苯不溶物或游離碳含量高，其軟化點(diǎn) 也越高，粘結(jié)性降低。瀝青粘度與溫度成反比，與 B樹脂含量成正比，參加添加劑可降低粘度甲苯、煤油、油 酸等。瀝青結(jié)合劑在應(yīng)用時(shí)，在被結(jié)合物料的顆粒之間被碳化，形成顆粒間的結(jié)合碳，產(chǎn)生牢固 的碳結(jié)合。結(jié)合劑揮發(fā)損失越少，碳化率越高，結(jié)合性越好。碳化率大小與瀝青的組成，苯及甲苯不溶物含量，升溫速度，環(huán)境壓力等相關(guān)。添加改性 劑，可以提高碳化率。瀝青結(jié)合劑優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：不含

12、水，不浸水，殘?zhí)几?，適于作含鈣材料的結(jié)合劑與其它溶劑，配合使用，可以 冷態(tài)成型。缺點(diǎn)：呈固體，150°c以上才呈流動(dòng)性較好的液體狀，故須熱混煉、成型，生產(chǎn)工藝復(fù)雜， 污染環(huán)境，毒害人體。瀝青與樹脂混合使用，能提高高溫抗折強(qiáng)度。二、樹脂1、熱固性樹脂 熱固性樹脂是具有加熱固化特性的一類樹脂。 原料是處于固化狀態(tài)，在加工中通過催化劑或其它固化劑，使其完全固化，但需熱量以引 發(fā)化學(xué)反響。熱量可以來自加熱器，加壓燈光，也可來自固化和樹脂的反響熱或固化劑與樹脂催化劑的 反響?；瘜W(xué)交聯(lián)，由液態(tài)樹脂轉(zhuǎn)變成硬而脆的固體物質(zhì)。一旦固化完畢，熱固性樹脂優(yōu)成為不可熔融的物質(zhì)，具有脆性，可與增強(qiáng)纖維復(fù)合后，

13、制 成變強(qiáng)度的復(fù)合材料。1環(huán)氧樹脂 是一類含有一個(gè)或二個(gè)以上環(huán)氧基的混合物。 使用環(huán)氧樹脂作基體制造復(fù)合材料時(shí)，都要使用催化劑，催化劑能自身聚合，起到固化劑 的作用。聚合物在低溫下成玻璃態(tài)，在高溫下呈橡膠態(tài)。樹脂固化過程中可以參加各種添加劑以改善固化后的根本性能。包括：參加稀釋劑能降 低固化前的濃度， 以便于操作和浸潤 通常稀釋劑會(huì)降低工作溫度 。參加增塑劑 或軟化劑 能降低彈性模量，增加斷裂伸長率。橡膠增韌劑是從反響的基體中析出的橡膠態(tài)微粒，它能 防止或減少基體中裂紋的擴(kuò)展。 參加惰性填充物， 能改變材料密度、 本錢和基體的有效模量。環(huán)氧樹脂的優(yōu)點(diǎn)： 能為特殊用途提供最正確性能。 由于環(huán)氧分

14、子中具有羥基、 醚基和環(huán) 氧基等到極性基團(tuán)，與材料外表浸潤性好，故粘結(jié)力強(qiáng)。能控制斷裂韌性。無揮發(fā)物，收 縮率低?？够瘜W(xué)性好，熱穩(wěn)定性好，并具有高的膠結(jié)強(qiáng)度。環(huán)氧樹脂的缺點(diǎn)：本錢高。由于固化速度慢和粘度大，故使用不方便。對(duì)某些有機(jī) 材料如有機(jī)酸和酚的抗腐蝕性能和高溫性能差。性脆。環(huán)氧樹脂的用途：絕緣材料，力學(xué)工程材料，施工材料，高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料。 2聚酯樹脂是由二元酸與二元醇或二元酚的混合物縮合而成。優(yōu)點(diǎn)：初始粘度低，易浸潤增強(qiáng)體；本錢低，原材料易獲得；易于操作及改變固化 條件；對(duì)特殊用途易于施工與操作；有良好的環(huán)境耐久性。缺點(diǎn)：固化過程升溫高，收縮率大， 導(dǎo)致產(chǎn)生加工應(yīng)力， 從而使纖維/基體間的

15、膠接度較 差；假設(shè)體系具有足夠的剪切強(qiáng)度，那么變得較脆；耐堿蝕性差。 3酚醛樹脂是由酚類苯酚或甲酚和甲醛縮合，發(fā)生聚合反響而制得。酚醛樹脂的優(yōu)點(diǎn)： 具有良好的電絕緣性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高。酚醛樹脂的缺點(diǎn)： 聚合物反響期間需要施加高壓，并要加熱； 顏色差由棕褐色到黑 色；由于空隙含量高， 復(fù)合材料的力學(xué)性能比其它復(fù)合材料差些， 例如產(chǎn)品沖擊強(qiáng)度差； 制品硬度較高，易造成噪音及打滑現(xiàn)象。酚醛樹脂的用途： 酚醛樹脂的改善途徑，主要是采用一些有機(jī)化合物使其連結(jié)在苯酚環(huán)上，從結(jié)構(gòu)上形成具 有較大塑性的支鏈，從而改變樹脂性能。如：聚乙烯醇 -酚醛樹脂；松香改性酚醛樹脂；桐油改性酚醛樹脂，腰果殼油改

16、性酚醛樹脂；三聚氰胺-腰果油改性樹脂；橡膠-酚醛樹脂共混改性、磷酸酯阻燃劑改性酚醛樹脂等。生產(chǎn)耐火材料及碳石墨制品，使用酚醛樹脂比使用瀝青粘結(jié)劑更強(qiáng)，燒結(jié)后強(qiáng)度大，能在 較低溫度下產(chǎn)生硬化，有害物質(zhì)少。殘?zhí)剂渴菑?fù)合材料結(jié)合劑性能要求的指標(biāo)之一，隨成分的變化而變化，而且影響材料的高 溫性能，殘?zhí)悸视?，高溫性能越好。殘?zhí)悸?碳化率-未被揮發(fā)而產(chǎn)生牢固的碳結(jié)合。幾種熱固性樹脂的性能見表 7-1。表7- 1常用熱固性樹脂性能樹 脂 種 類密度3(kg/m )彈性模量2GN/m抗拉強(qiáng)度2MN/m壓縮強(qiáng)度2Mn/m 泊松比彎曲強(qiáng)度2MN/m環(huán)氧樹脂1100-14003-635-100-100-130聚酯

17、樹脂1200-15002-4.540-9092-19060-120酚醛樹脂1300-132040-8588-11078-120有機(jī)硅樹脂1700-190020-4564-130-692、熱塑性樹脂與熱固性樹脂不同，熱塑性樹脂的分子間沒有交聯(lián)交聯(lián)導(dǎo)致了高分子鍵三維網(wǎng)絡(luò)的緊密 結(jié)合，機(jī)械性能取決于組成網(wǎng)絡(luò)的分子單元和交聯(lián)的長度與密度，強(qiáng)度和剛度來源于單體鍵所固有的性質(zhì)及其高分子量。熱塑性塑料中存在著高度集中的分子纏結(jié)一纏結(jié)起著類似交聯(lián)的作用，加熱時(shí)，分子間纏 結(jié)解脫，便以剛性固體變?yōu)檎承砸后w一這就是熱塑性樹脂受熱熔化的根本原理。熱塑性樹脂用作復(fù)合材料粘結(jié)劑，主要應(yīng)用于低溫常溫下工作環(huán)境。種類：聚乙

18、烯PE;聚氯乙烯PVC；聚乙烯醇PVA；聚丙烯PP;聚碳酸脂DC； 聚酰銨PA ；聚酰亞銨PL；聚甲醛。三、橡膠聚合物1、橡膠聚合物是彈性體高分子聚合物材料。具有高彈性，韌性和強(qiáng)度。良好的低溫磨擦 性及粘結(jié)性能。缺點(diǎn)：不耐高溫，在空氣中易老化，在使用時(shí)，須添加各種配合劑硫化劑、促進(jìn)劑、防 老化劑。硫化是橡膠形成高彈、高強(qiáng)和三維結(jié)構(gòu)的必需條件。2、硫化機(jī)理橡膠同硫磺或其它硫化劑相互作用發(fā)生關(guān)聯(lián)的過程叫硫化。生膠的分子鏈具有運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性，所以生膠是可溶性的而又是熱塑性的。硫化后分子鏈結(jié) 合在一起生成空間網(wǎng)，硫化膠便失去可溶性，而只能有限地膨脹。由于分子鏈間生成橫鏈，塑 性流動(dòng)發(fā)生困難，故硫化膠比生

19、膠彈性更大。硫化橡膠中分子之間除范德華吸引力外，同時(shí)在分子鏈彼此結(jié)合的地方有原子價(jià)力發(fā)生作 用，故強(qiáng)度增大。3、橡膠性能1是良好的彈性體；回彈力高。2機(jī)械強(qiáng)度高，耐撓屈性好。3良好的耐透氣性。4是良好的電絕緣材料，且不受環(huán)境的影響。5化學(xué)反響能力強(qiáng)，故易形成硫化橡膠。6耐堿不耐酸。缺點(diǎn)：在空氣中易吸氧而變成氧化物，使分子鍵斷裂和過度交聯(lián)， 發(fā)生粘化和龜裂一老化,但可添加防老劑而得以改善。耐濃強(qiáng)酸，耐油，耐溶劑性很差。表7-2硫化對(duì)制品性能的影響工程硫化前硫化后項(xiàng)目硫化前硫化后可塑性有無耐老化差好彈性低高適用溫度范圍狹寬強(qiáng)度低高溶解性溶不溶僅溶脹伸長高低硬度低高變形大小電性能根本不變4、橡膠分類

20、：天然橡膠、合成橡膠。合成橡膠：是烯類聚合物，通過聚合方法合成的。A. 丁苯橡膠B. 丁晴橡膠 C.氟橡膠D.硅橡膠等。5、橡膠應(yīng)用的處理A. 橡膠在氣油或其它溶劑中溶化成膠漿，后與纖維填料混合。B. 橡膠與纖維、填料在練膠機(jī)上混練。C. 橡膠塑煉t壓片t溶化t與樹脂摻與t與纖維、填料混合。橡膠主要用于密封材料中。四、有機(jī)粘結(jié)劑的作用機(jī)理基體主要是將應(yīng)力傳遞和分配到各處纖維上，并將孤立的纖維粘結(jié)在一起，使之按要求取 向?；w可保護(hù)纖維，使其免受磨損，與濕空氣及其它環(huán)境介質(zhì)的填接接觸。同時(shí)基體能使纖 維成為一個(gè)整體，抵抗受負(fù)荷后的破壞和變形。纖維一基體界面的結(jié)合強(qiáng)度是決定復(fù)合材料在使用過程中能以

21、何種程度發(fā)揮并維持其潛在 性能的關(guān)鍵因素。界面粘結(jié)力必須滿足以抵抗因纖維和基體熱膨脹系數(shù)不同以及固化過程中基體的收縮等因 素產(chǎn)生的應(yīng)力。此外，基體最好能耐液體滲透且無空洞。五、纖維與基體的粘結(jié)作用方式 纖維和基體粘結(jié)劑依靠界面的粘結(jié)組成復(fù)合材料，故纖維基體界面、結(jié)構(gòu)和性能對(duì) 復(fù)合材料的力學(xué)性能及物理性能起著重要作用。作用在基體上的應(yīng)力是通過界面?zhèn)鬟f給纖維的。纖維與基體的粘結(jié)方式 吸附和浸潤當(dāng)兩個(gè)電中性的外表不很粗糙的物體在足夠靠近時(shí)會(huì)產(chǎn)生物理吸附。粘結(jié)的首 要條件是必須浸潤基材，假設(shè)增強(qiáng)材料完全被樹脂浸潤，那么由物理吸附所提供的粘結(jié)強(qiáng)度從理論 上講能超過樹脂的內(nèi)聚能。 但在實(shí)際上系統(tǒng)中， 樹脂

22、浸潤必須與水及其它可能的弱外表層競(jìng)爭。 當(dāng)兩個(gè)固體外表靠在一起時(shí)， 外表微觀原子尺寸上的粗糙不平， 使得它們之間不能有效地接觸， 此外，外表被沾污等都影響物理吸附。要使纖維外表有效地浸潤，使液態(tài)覆蓋外表上的每一個(gè)峰谷，須將空氣排凈，才可得到良 好的物理吸收粘著。1. 相互擴(kuò)散 兩種聚合物外表化，有可能通過一個(gè)外表上聚合物分子向另一個(gè)外表分子網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散而形成 粘接。粘結(jié)的強(qiáng)度取決于界面上分子纏結(jié)的數(shù)量各所包含的分子數(shù)目。相互擴(kuò)散自粘著 一個(gè)外表上聚合物分子向另一個(gè)外表分子網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散而形成粘結(jié)，粘結(jié)強(qiáng)度取決于界面上分 子纏結(jié)的數(shù)量和所包含的分子數(shù)目。溶劑和增塑劑的存在有助于相互擴(kuò)散。相互擴(kuò)散可以局部說

23、明在纖維與基體復(fù)合之前進(jìn)行 聚合物涂層處理而實(shí)現(xiàn)結(jié)合的原因。相對(duì)于粘結(jié)，相互擴(kuò)散被稱為自粘著作用。2. 靜電吸引 當(dāng)一個(gè)外表攜帶有凈正電荷，而另一個(gè)外表攜帶凈負(fù)電荷時(shí)，兩個(gè)外表產(chǎn)生吸引力。像酸 堿反響與離子鍵合那樣，界面強(qiáng)度取決于電荷密度。3. 化學(xué)鍵結(jié)合 化學(xué)鍵結(jié)合是在纖維外表的化學(xué)基團(tuán)同基體中相容的化學(xué)基團(tuán)之間形成的結(jié)合。鍵合強(qiáng)度 取決于化學(xué)鍵的數(shù)量及類型主要界面粘結(jié)力。偶聯(lián)劑可以進(jìn)一步改善化學(xué)鍵和力。4. 機(jī)械粘著 是兩外表的純機(jī)械連鎖而形成的粘結(jié)。樹脂將纖維外表完全浸潤，固化后依外表的各個(gè)細(xì) 部形狀而定型。這種結(jié)合力拉抻強(qiáng)度不高，以剪切強(qiáng)度為主，并取決于外表粗糙程度。而外表 的純機(jī)械連

24、鎖而形成的粘結(jié)，結(jié)合強(qiáng)度不高。仙相互擴(kuò)JR的 自粘看作用打mULiujj« W XZWWAc»電吸引的 粘結(jié)5植11度毒膻的 機(jī)秋聯(lián)ttttftv7/Q化學(xué)會(huì)的X7 Q 0 :B歲申敬 吐 、&圖7-1聚合物與纖維或填料粘結(jié)機(jī)理示意圖第三節(jié)高溫固化一、概述高溫固化是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反響過程，這個(gè)反響過程可分為枯燥脫水、分解、熔融、 相變、共熔、溶解、玻璃相的凝固、燒成結(jié)晶等步驟。二、高溫固化工藝過程一枯燥過程1. 原材料中水分存在的形式根據(jù)結(jié)合方式分類，可分為：1吸附水不參加晶格，不屬于原材料組分，滲入在礦物集合體中，為顆?；蛄严锻獗頇C(jī)械吸附的中 性水分子。100

25、110° C時(shí)即可逸出破壞晶格。2結(jié)晶水以中性水分子存在于礦物材料中，在晶格中有固定的位置，是礦物化學(xué)組成的一局部，如 CaSQ2fQ不同礦物，脫水溫度不同，但脫水溫度高于吸附水脫水溫度。一旦脫水，晶體結(jié) 構(gòu)即遭破壞。3沸石水存在于沸石簇礦物質(zhì)中的中性水分子，加熱至804000C時(shí)大量逸出，但不引晶格破壞。只引起物理性質(zhì)變化。 4層間水是存在于某些層次狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽的結(jié)構(gòu)層之間的中性水分子。加熱至110C時(shí)，可大量逸出, 但在潮濕環(huán)境中又可重新吸水。 5結(jié)構(gòu)水又稱化合水，是以為OH、H、H0離子形成參加礦物晶格的水霧。600-1000 C才能逸出， 此時(shí)結(jié)構(gòu)也相應(yīng)完全破環(huán)。 6機(jī)械結(jié)合

26、水含毛細(xì)管水分 ， 潤濕水分和空隙水分。如潤濕水僅是水和物料的機(jī)械混合。 7物理化學(xué)結(jié)合水又稱吸附水 ， 以水化膜的形式存在于物料外表 內(nèi)外外表 ，對(duì)這三類水枯燥除去 ， 坯料體積 會(huì)發(fā)生收縮等缺陷。2. 根據(jù)能否用于燥方法除去來分類1平衡水分 物料中所含水分與周圍空氣環(huán)境到達(dá)平衡狀態(tài)材料外表的水蒸氣分壓與周圍空氣中水蒸 氣分壓相等時(shí)吸附水稱為平衡水。難以枯燥除去。 2自由水分 物料中所含的大于平衡水分的那一局部水分 ，可在空氣狀態(tài)下自濕物料中枯燥除去。3. 根據(jù)礦物中水分去除的難易程度分為1非結(jié)合水潤濕水 ， 也稱孔隙水 ， 純屬物料與水分的機(jī)械結(jié)合 ， 易于除去。 2結(jié)合水這種水分主要是于

27、物化結(jié)合方式 ， 故難以枯燥除去。4. 枯燥過程枯燥: 是采用熱加工的手段除去礦物或材料中的自由水和吸附水的工藝過程。 熱運(yùn)動(dòng)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系1特點(diǎn) :傳熱和傳質(zhì)并存 ， 兩者相互影響、相互制約。 對(duì)固體加熱使?jié)櫇袼制倪^程叫傳熱過程。 汽化后的潤濕水分蒸汽由于其分壓較大而擴(kuò)散進(jìn)入氣相的過程叫傳質(zhì)過程。 內(nèi)部傳質(zhì)過程： 為到達(dá)枯燥目的必須作到 : 水分易于從外表蒸發(fā) 水分易于從材料內(nèi)部擴(kuò)散 液體和蒸汽二種形式 枯燥的難易的程度取決于材料內(nèi)部擴(kuò)散的難易 ， 外表狀態(tài)和由環(huán)境條件的差異引起的蒸發(fā)快慢程度。 2枯燥過程分為 : 加熱階段、等速枯燥階段、降速枯燥階段、平衡枯燥階段。 外表蒸發(fā)與吸附

28、到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，表現(xiàn)枯燥速度為零。 3枯燥過程與水分?jǐn)U散外擴(kuò)散一材料外表水分汽化，動(dòng)力是材料外表的水蒸汽壓與周圍介質(zhì)的水蒸汽分壓之差。內(nèi)擴(kuò)散一材料內(nèi)部水分移至外表的過程，主要借助于擴(kuò)散滲透力通過毛細(xì)血管的滲透作用，服從于擴(kuò)散定律。內(nèi)擴(kuò)散主要有二種形式： 一是因材料內(nèi)部濕度梯度引起的水分濕擴(kuò)散水分濃度差，二是因溫度梯度引起的水分熱擴(kuò)散。等速枯燥：內(nèi)擴(kuò)散速度等于外擴(kuò)散速度，外擴(kuò)散控制枯燥速率，生坯收縮的體積相當(dāng)于排 除水的體積。降速階段：枯燥引起材料收縮，內(nèi)擴(kuò)散阻力增大，擴(kuò)散速度下降，內(nèi)擴(kuò)散控制枯燥速率。平衡階段自由水分排除完畢，內(nèi)擴(kuò)散降至零，外表水分與外界介質(zhì)到達(dá)平衡。這時(shí)含水率 過高會(huì)降低生坯

29、強(qiáng)度，過低那么會(huì)在大氣中增濕，浪費(fèi)枯燥用的能量。以接近生坯與車間環(huán)境處 于平衡狀態(tài)的平衡含水率為宜。影響內(nèi)擴(kuò)散的主要因素：材料組分的性質(zhì)；坯體溫度；材料外表與內(nèi)濕差濕擴(kuò)散 與濕度梯度成正比關(guān)系?？菰镞^程中的水分?jǐn)U散與內(nèi)擴(kuò)散過程表現(xiàn)了物質(zhì)的轉(zhuǎn)移一傳質(zhì)過程。但傳質(zhì)過程是在熱能作用下進(jìn)行的，故枯燥過程的本質(zhì)是能量交換與物質(zhì)轉(zhuǎn)移的過程。4枯燥過程中的收縮與變形開裂濕坯料中，固體顆粒被水膜所分隔，但隨著水分的排除，水膜不斷變薄，顆粒逐漸靠攏，材料 發(fā)生收縮。收縮量大約等于排出自由水的體積。 故在預(yù)成型時(shí)應(yīng)盡可能降低含水率 ，提高填充密 度。水膜厚度減薄至臨界點(diǎn)狀態(tài)時(shí)，內(nèi)擴(kuò)散阻力增大，收縮根本結(jié)束。粘土物

30、料枯燥與收縮特點(diǎn)：收縮率大小與礦物材料性能、復(fù)合材料組分、含水率及加工工藝因素有密切關(guān)系。顆粒越 細(xì)，吸附的水化膜厚度越大，收縮率也越大。粘土收縮率大，脊性材料收縮率低。纖維礦物枯燥收縮具有各向異性，纖維排列方向收縮率低，而短軸方向收縮率高。層狀粘土也如此。粘土礦物中所含陽離子種類對(duì)材料的收縮率也有明顯影響。如表7-3所示。采用鈉離子作稀釋劑制備材料坯體時(shí)，可促使粘土顆粒平行排列，從而使用其徑向收縮率大于使用鈣離子的 粘土礦物。表7-3高嶺土所含陽離子對(duì)枯燥性能的影響陽離子種類枯燥收縮枯燥后固體物含量體積%枯燥后抗折強(qiáng) 度 Mpa長度%直徑%Na+4.810.061.02.94Ca+6.58.

31、559.11.60Ba+5.97.657.21.00La+6.67.454.70.82H0+7.48.955.61.34 5枯燥缺陷產(chǎn)生原因及克服方法 6枯燥方法與設(shè)備以枯燥熱能的提供方式可將枯燥方法分為自然空氣枯燥、熱空氣枯燥、輻射枯燥、微波干 燥等。熱源：燃煤、煤氣、燃油、蒸汽、導(dǎo)熱油、電加熱等形式。枯燥器分類：共有八類 間歇箱式枯燥器 物料移動(dòng)型枯燥器，如隧道式枯燥器 物料攪拌型枯燥器，如圓筒型和槽型攪拌枯燥器 回轉(zhuǎn)枯燥器，如通氣回轉(zhuǎn)枯燥器 物料懸浮枯燥器，如噴霧枯燥器 傳熱加熱型物料枯燥器，如滾筒枯燥器 膏糊狀物料枯燥器 其它特殊類型枯燥器，如紅外及遠(yuǎn)紅外枯燥器。自然空氣枯燥：受空氣濕

32、度、溫度、空氣流動(dòng)情況影響大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，但本錢低。 適用于對(duì)含水率要求不高的脊性、粗粒礦物材料。如蛭石，珍珠巖保溫材料，硅砂品等。熱空氣枯燥：以對(duì)流傳熱為主，輻射傳熱形式為輔?？菰锝橘|(zhì)將熱量傳給材料，又將蒸發(fā)的水汽帶離材 料外表，可分為： 室式枯燥箱式枯燥 把濕料置于容器中間或間隔堆碼在載體上，在枯燥室中進(jìn)行枯燥。 熱源：利用窯爐或鍋爐加熱空氣，盡量作到循環(huán)利用。 厚層物料：用高溫低濕熱空氣 。薄層物料：用低溫高濕法作業(yè)，以均勻受熱升溫，防止缺陷。箱式枯燥也可用于對(duì)復(fù)合材 料進(jìn)行預(yù)處理，以消除其內(nèi)應(yīng)力。 隧道式枯燥紙石膏板枯燥設(shè)備物料在窯內(nèi)可以流動(dòng)的大型枯燥室，一般采用逆流枯燥，熱流方向與物

33、料移動(dòng)方向相反， 物料先與低溫高濕熱空氣接觸，可使物料平穩(wěn)均勻升溫。物料前進(jìn)過程中與相遇的熱空氣溫度 越來越高，濕度越來越低，逐漸被枯燥。在窯尾，含水已很低的物料與高溫低濕氣流接觸，干 燥速度很快。因此隧道式干枯燥法可根本上與物料枯燥四個(gè)階段特性要求相統(tǒng)一。物料的移動(dòng) 可采用窯車或采用鏈板或網(wǎng)帶等，可連續(xù)工作，也可間歇作業(yè)。與室式枯燥相比，隧道式枯燥 熱利用率和生產(chǎn)效率較高，枯燥質(zhì)量穩(wěn)定，便于調(diào)節(jié)控制。但操作中必須防止枯燥介質(zhì)氣體出 口溫度過低，以免水汽冷凝在已枯燥的物料上，而且要求進(jìn)口的濕料溫度要高于氣體出口的氣 體溫度。術(shù)壞風(fēng)卻Lin R :m一 圖亍-？帶廢氣再循環(huán)的隧道十燥器流程隧道式

34、枯燥優(yōu)點(diǎn)：利用率和生產(chǎn)效率高，枯燥質(zhì)量穩(wěn)定，易于調(diào)節(jié)控制。熱空氣來源可以是窯爐的余熱，也可用燃燒爐產(chǎn)生的熱風(fēng)，或采用過熱水蒸汽，導(dǎo)熱油等將冷 空氣加熱而得到。 鏈?zhǔn)娇菰?鏈?zhǔn)絙 Ph式仏綜合式圖了7 鏈?zhǔn)接谠锲魇疽鈭D 轉(zhuǎn)筒枯燥器輕鈣枯燥設(shè)備以對(duì)流傳熱為主，熱煙氣為介質(zhì)，枯燥容器為一轉(zhuǎn)動(dòng)的筒體。主要適用于枯燥塊狀、粉、粒狀礦物材料。工作機(jī)理：轉(zhuǎn)筒枯燥器主體為一回轉(zhuǎn)的金屬圓筒，物料由一端給入，由另一端卸出，筒體 內(nèi)裝有揚(yáng)料板，可起攪拌分散物料的作用，枯燥介質(zhì)按順流或逆流方式與物料進(jìn)行熱交換。按 傳熱方式分直接傳熱熱空氣與物料直接接觸、間接傳熱和復(fù)合傳熱三種。轉(zhuǎn)筒枯燥器系統(tǒng)及 類型見圖6-4及圖6-

35、5。 傳運(yùn)帶式載物料加熱空氣，通過噴射嘴向帶面物料噴流加熱枯燥的設(shè)備。 特征：風(fēng)速快，枯燥速率高，時(shí)間短，枯燥容積小，結(jié)構(gòu)簡單，費(fèi)用低。適用于保溫材料等。 物料攪拌型枯燥器適用于粉體或粘土礦物等精選物料，在攪動(dòng)狀態(tài)下可獲得高的枯燥速率，分低速攪拌及高 速攪拌二種。 膏糊狀物料枯燥器介紹強(qiáng)化沸騰氣流枯燥設(shè)備工作原理：其工作原理見圖6-9、圖6-10。膏糊狀物料經(jīng)定量加料器后由螺旋加料器的多孔圓筒擠壓成條，連續(xù)參加枯燥器內(nèi)，在下落時(shí)經(jīng)初步枯燥，并在 外表粘附一層干粉，粘性大減。落到床層底下的強(qiáng)化器中，在一邊枯燥一邊粉碎的過程中變成 細(xì)粉，又被吹回床層內(nèi)繼續(xù)枯燥成干粉，最后被氣流送入旋風(fēng)別離器和袋濾

36、器。在一套設(shè)備中 把預(yù)成型、預(yù)枯燥、粉碎、枯燥結(jié)合在一起，解決了膏糊狀物料在流化枯燥中因粘結(jié)而不能流 化的問題。圖八4回轉(zhuǎn)烘干機(jī)流程圖1-料倉A皮帶運(yùn)輸機(jī)3-燃燒室4-鼓風(fēng)機(jī)了-拱十機(jī)A旋鳳收塵器了-排鳳機(jī)合-煙囪b順流式逆流式圖7-5 回轉(zhuǎn)烘干機(jī)內(nèi)物料與氣流的流向和溫度變化 噴霧枯燥器使固一液分散相物料，通過壓力輸送彌散進(jìn)入熱氣流中進(jìn)行枯燥的方法。噴霧枯燥與噴霧造粒常同步進(jìn)行。工藝過程：礦漿進(jìn)料彌散為霧滴t霧氣混合t枯燥t固 氣別離。設(shè)備組成：六大系統(tǒng)，其中霧化、噴出霧滴與熱空氣接觸是三個(gè)關(guān)鍵作業(yè)。 注意噴霧枯燥塔的形狀選擇錐管噴出、離心霧化器甩出。二熱分解熱分解是材料固化過程中的第二階段。

37、概念：熱分解是礦物晶體分子結(jié)構(gòu)在熱處理過程中發(fā)生分解的熱化學(xué)反響，工藝學(xué)上常稱 為輕燒或煅燒?？胀枞丝?xat!導(dǎo)入口'JlHfT玄心欄帚協(xié)爲(wèi)葉常F岀口Ta*t出口丿 卡張曲出口叭*圖,7 間接加圖何接加熱式抽型曲樣平煥器1. 熱分解脫水熱分解脫水作用： 1它是指在熱狀態(tài)下使礦物分子內(nèi)部的結(jié)合水分解排出的過程。 2不同礦物的結(jié)合水脫水失重曲線差異很大，這是用差熱法分析鑒定礦物質(zhì)的根本依據(jù)。例如高嶺石脫水：Al 203 2SiO2 2出0t AI2O3 2SiO2+2H2Of偏高嶺石石膏脫水：CaSO > CaSO4+ 1/2H 2O不同的煅燒條件，脫水程度不同，可制得不同性能的熟

38、石膏。 凹凸棒石、海泡石粘土特征：主要排出吸附水和結(jié)構(gòu)水。 鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁，水鎂石制造氧化鎂等均是脫水分解。 熱分解脫水主要是脫除結(jié)晶水或結(jié)構(gòu)水，并使礦物晶體結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞。但滑石在 600oC 以上溫度下脫水后，晶格內(nèi)部可重新排列結(jié)合，形成偏硅酸和活性二氧化硅。 利用脫水效應(yīng)生輕質(zhì)保溫材料。三氧化分解1. 碳酸鹽礦物的分解：0550-1000 CCaCO> CaO+CQf550-7500CMgCO> MgO+CO2 T600- 1 0500CCaMgCO32 > CaO+MgO+CO 2T連續(xù)反響：CaO+H2O > CaOH 2 消石灰CaOH2+CO &

39、gt; CaCQ+HO 輕鈣制取所需化合物。2. 硫酸鹽礦物的熱分解 硫化物、碳素及有機(jī)物的氧化增白機(jī)理之一。 一些粘土礦物中常含有一定的碳素，硫化物及有機(jī)物。碳素及有機(jī)物在6000C 以上才開始氧化：C+O2 > CO2T其夾雜的硫化物的氧化反響直至8000C 才根本結(jié)束：350FeS2+O24500C> FeS+SO f8000C> 2Fe2O3+4SO2f5004FeS+7O3. 氧化鐵的分解 不同氣氛下，其分解溫度不同。注意：高溫氧化分解產(chǎn)物 CO、SQ及有機(jī)物氣體都必須要在氧化分解期充分逸散完畢，否 那么在后期過程中引起氣泡破壞作用。(四) 分解熔融 硅酸鹽礦物高溫

40、下熱解，轉(zhuǎn)變成新的結(jié)晶礦物，同時(shí)產(chǎn)生具有補(bǔ)充組分的液相異元熔融化合物。如：9259500C高嶺石 3 (Al 2Q3 2SiQ2)> 3AI 2Q 2SiQ2+4SiQ2 (液相)堇青石(2MgQ. 2AI2Q 5SiQ2) > 莫來石(3AI203 2SiQ2)+SiQ (液相)高溫液相的生成，對(duì)陶瓷、耐材、玻璃、鑄石等材料的制造過程有著重要的作用。 熔劑化合物在燒成過程中可能生成的低共熔化合物的作用：降低熔融溫度、 節(jié)能、 加速結(jié)晶的形成。(五) 熔融1. 作用：重新結(jié)晶，制造纖維，有利成型，但與固化有關(guān)的是熔融后的重結(jié)晶作用。2. 概念：將固體礦物或巖石在熔點(diǎn)條件轉(zhuǎn)變?yōu)橐合喔?/p>

41、溫流體的工藝過程。3. 熔融的分類：( 1)單一成分的熔融 將單一成分的高純氧化物用電弧爐或高頻電爐或高頻電爐熔融，以獲得穩(wěn)定的結(jié)晶塊。如熔融AI2Q、ZrQ2高級(jí)耐火材料，熔融 SiQ2用于制造石英玻璃。( 2)復(fù)合成分的熔融 由兩種以上的被熔融物經(jīng)過相互熔融，使之發(fā)生高溫反響的工藝過程，目的是生產(chǎn)各類材 料制品。被融物要事先按組分進(jìn)行配料，然后對(duì)配料混合物進(jìn)行高溫熔融。 熔融玻璃 熔融耐火材料原料熔融T澆注至耐火模具中T凝固T結(jié)晶而成。如熔鑄鋯剛玉磚、熔爐鑄莫來石磚等，它與燒結(jié)法相比，致密，氣孔少，密度大，機(jī)械 強(qiáng)度，抗渣性好。 熔融鑄石 用于工業(yè)生產(chǎn)工藝設(shè)備中作耐磨材料及耐用酸堿材料 制

42、造高鋁水泥熔融水泥鐵磯土 + 石灰石T完全溶化T爐外冷卻凝固為熟料T細(xì)磨成粉末。 熔融生產(chǎn)磷肥 人造礦物纖維4. 熔融工藝設(shè)備 1 電弧爐高溫雙極碳棒電弧熔爐，溫度可達(dá) 2000°C,由電源變壓器、電弧爐、空氣壓縮機(jī)三局部構(gòu) 成，主要用于生產(chǎn)耐火纖維。 工作原理 生產(chǎn)過程中主要影響因素2坩鍋窯原料盛在坩鍋內(nèi)熔制 它主要用于坩鍋法、拉絲、溫度控制系統(tǒng)。3池窯 - 原料盛在窯池內(nèi)熔制 , 可直接對(duì)原料加熱，用火焰或電流加熱。 工藝流程原料自投料口投入t熔化受熱熔化和澄清t不斷沿縱向流動(dòng)進(jìn)入冷卻部均化冷卻t經(jīng)過成型通道分配至各成型部t引上成型為玻璃平板或經(jīng)供料通道給下步成型工序用如器皿玻璃。 設(shè)備結(jié)構(gòu)A. 熔化部下部為窯池 , 上部為火焰空間 , 窯池是配合料熔化成玻璃液并進(jìn)行澄清的地方。B. 冷卻部是熔化好的玻璃液進(jìn)一步均化和冷卻的部位 , 也是將玻璃液分給各供料通路的部位 , 也分 上部空間與窯池兩局部 , 結(jié)構(gòu)與熔化局部大致相同 ,但較為簡單。C. 成形部由冷卻部來的玻璃液 , 經(jīng)成形通路到達(dá)成形部。六燒結(jié)固化1. 燒結(jié) 坯體及固體細(xì)粉料在高溫加熱時(shí) , 隨著溫度的升高要發(fā)生一系列物理化學(xué)變化， 如膨脹、 收縮、氣體的產(chǎn)生、液相的出現(xiàn)、晶相的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)變、消失等。隨著這些變化 , 氣孔率降低、體積