一種隔熱密封用膨脹薄膜材料及其制備方法技術

一種用于隔熱密封膨脹薄膜材料由陶瓷纖維，膨體礦物，粘合劑及彈性材料混合制成，該材料中陶瓷纖維含量為２５～６５％，膨體礦物２５～６５％，彈性材料８～３０％，粘合劑１～２０％。這種隔熱密封薄膜材料消除了以往同種材料在１５０～３００℃間的負膨脹性能，從室溫開始升溫后，２００℃即開始體積膨脹，３００℃產生較大體積膨脹，使密封部件得到固緊，降溫后體積膨脹具有不可逆性。該材料特別適合作汽車排氣凈化器中整體式催化劑的外層防震隔熱包裹材料。（*該技術在2016年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是一種關于高溫下隔熱密封用無機薄膜材料，特別是機動車排氣凈化器中用于催化劑陶瓷構件與殼體之間的隔熱密封材料。隨著無機陶瓷纖維材料的發展，已有各種不同SiO2，Al2O3含量的硅鋁及氧化鋁纖維制成板材或纖維氈。這種材料具有良好的隔熱性能，耐高溫熱沖擊性能，因此被廣泛用于工業裝置及高溫爐的保溫或隔熱。此外，作為工業上常用的隔熱保溫材料還有珍珠巖、蛭石等礦物質(我們稱之膨體礦物質)。但由于汽車凈化器的組裝材料通常使用的不銹鋼絲氈綱，其導熱性及熱脹冷縮的特點，單用上述材料，難以適應凈化器溫度驟然性的大幅度變化及強烈振動，人們開始研制更適合凈化器組裝的催化劑陶瓷體的包裹材料。與本專利技術相近的已有工作為，美國專利3,916,05F；4,305,992；4,385,135以及日本專利昭58-13683。已有工作主要原材料基本相同，但制備方法各異其性能也有差異。主要存在的缺點是1)使用的膨脹材料僅限于蛭石。陶瓷纖維過長，如昭58-13683中纖維長達50mm以上，雖然改善了膜的抗彎曲性能，但使蛭石不易分散在纖維之間。2)以往的專利更多地注意了材料在＞200℃時的高溫膨脹性而忽略了150～200℃間的蛭石負膨脹效應引起的凈化器內催化陶瓷體的松動引起破壞。美國專利4,305,992雖然提出了解決方法；但也未完全消除負膨脹，新制得的材料仍然在300℃時保留有10％的負膨脹，350℃才能完全消除負膨脹。3)以往的專利為了增加材料的彈性減小密度，在制備過程中加入空心玻璃微球，溫石棉等無機填料使過程復雜化，且石棉物質有進入大氣中的危險。4)以往的專利中為了膜材料的表面光滑或增膜的柔軟性，在膜的一面或兩面使用特殊粘合劑及纖維構成薄層，如美國專利3,916,067中使用牛皮紙塑料膜作襯墊，使制備過程復雜化。為了克服已有工作存在的缺點，本專利技術的目的在于提供一種密封隔熱薄膜材料。此材料不但具有良好的絕熱性，同時具有不可逆的熱膨脹性，從常溫至高溫完全消除了負膨脹，使兩個密封部件之間產生壓力，達到固緊和密封作用，而當溫度下降后，這種膨脹后的體積或產生的壓力可以保留下來。此材料適宜作為氣體介質的隔熱密封，特別是作為汽車排氣凈化器的組裝材料，克服了已有工作存在的上述缺點。本專利技術所述的陶瓷纖維包括硅鋁纖維、氧化鋁纖維中的一種或其混合物，纖維長度平均為3～50mm，直徑2～30μm，硅鋁纖維中SiO2含量在1～65％，Al2O3含量為46～99％，容重0.1～0.2克/cm3為宜，最高使用溫度可達1700℃。本專利技術的無機隔熱密封膨脹薄膜材料，其膨體礦物不僅僅是蛭石，還包括珍珠巖，以及以蛭石為主要成份的水云母礦的混合礦物。這種礦物為層狀結構，內部具有真空狀孔隙，含有大量結晶水，其主要化學組成為(SiO2·MgO·Al2O3·H2O·Fe2O3·K2O·CaO)守熱系數0.05～0.15kcal/m.h.℃(300～1200℃)，比熱0.2cal/g·℃，比重2.2～2.8克/cm3。在150～1000℃范圍，厚度膨脹度可達15～20倍，體積膨脹度可達到8～40倍。本專利技術中使用的膨體礦物通過離子交換處理以消除150～200℃間的體積負膨脹。這些離子交換用的化學處理劑包括磷酸二氫銨，硝酸銨，氨水，脲素，氯化銨，硫酸銨，碳酸銨中的一種或幾種；或使用Mn，Cu，Ca，K，Na，Mg，Fe，Co，Ce，La的硝酸鹽或氯化物中的一種或幾種的混合物水溶液，其濃度為0.5～20％，于20～95℃范圍內交換1～24小時，120℃烘干，再經過表面活性劑處理，干燥后備用。本專利技術中所述的粘合劑為天然或人工合成的乳膠，如橡膠乳液，水溶性樹脂，甲基纖維素，乙基纖維素，羧甲基纖維素，聚乙烯醇，聚乙二醇，聚醋酸乙烯脂中的一種或幾種混合物，性能較佳者為丁苯橡膠乳液；無機粘合劑為硅酸鈉或膨潤土。本專利技術中使用彈性材料增加薄膜的可壓縮性，其中包括膨體礦物，蛭石或珍珠巖，水云母中的一種或幾種經過300～900℃處理后已發生體積膨脹后的顆粒物或膨潤土顆粒物。本專利技術中的薄膜材料在制備過程中使用的絮凝劑，其中包括高分子絮凝劑動物膠，淀粉，聚丙烯，聚乙烯類化合物，如聚丙烯酰胺，聚丙烯酸鈉，聚乙烯亞胺中的一種或幾種；還包括無機絮凝劑硫酸鋁，三氯化鐵或聚合氯化鋁。本專利技術所述的無機隔熱密封膨脹薄膜材料其制備方法按以下步驟1.將膨體礦物破碎，取18～50目中間篩份放入容器中，再加入如上所述的離子交換劑水溶液浸泡，在一定溫度下交換一次或多次，使交換度＞90％，過濾后在100～120℃干燥或陰干。2.將上述顆粒用2～20％濃度的疏水性表面活性劑浸漬處理，過濾后陰干或90～100℃烘干備用。3.膨體礦物經300～900℃下焙燒1～10小時，為已形成膨體的顆粒，該顆粒或膨潤土顆粒可按2步驟進行相同處理。4.稱取一定量陶瓷纖維放入打漿機中加H2O打漿，纖維/水＝1/20～100，最佳重量比為1/55～85，測定纖維長度達到主留份3～20mm。5.將上述2和3的物料顆粒物連續放入攪拌狀態下的纖維漿中直至均勻，再徐徐加入上述膠乳，如丁苯橡膠乳液，待分散好后加入有機或無機絮凝劑10～60秒后停止攪拌，將此混合漿液噴撒到抄紙機真空吸濾鼓上。吸濾封上布有疏水性滌綸或尼龍布作為墊襯并在吸濾層外同時連續地布有相同襯墊，經過滾壓，拿掉滌綸襯布墊，60～100℃干燥脫水后成為本專利技術材料。控制本專利技術的無機隔熱密封用薄膜材料厚度為3～10mm，最佳4～5mm，經裁剪和輾壓后作為凈化器和催化陶瓷體的組裝用材料。下面通過實施例對本專利技術的技術給予進一步地說明。實施例1稱取硝酸銨40克放入550ml水中溶解，稱取18～50目蛭石200克放入其中，90℃攪拌下浸泡交換10小時，過濾后90～100℃干燥3小時。用10％濃度的XJ型防水劑溶液浸泡混合10分鐘，過濾后在90℃下烘干備用，作為物料(A1)。取硅鋁纖維100克放入8立升水中浸泡攪拌打漿至纖維長度為3～20mm時將物料(A1)與25克18～50目的膨潤土連續加入含固量20％的丁苯橡膠腋46ml，在攪拌狀態下使之分散均勻再加入10％濃度的明礬水溶液103ml，2分鐘后停止攪拌，將上述漿液倒入吸濾槽中抽負壓吸濾出水，取出濾餅放入壓模中，濾瓶上下各放一片滌綸布，加壓2～5Kg/cm2，去掉滌綸布，取出成型薄膜放入鼓風干燥葙60～90℃烘干后在滾壓機上輾壓整型即為隔熱薄膜材料(I)其后度為4mm。實施例2稱取硝酸錳40克放入550ml水中溶解，取18～50目蛭石190克放入溶液中，在60℃下浸泡并攪拌15小時，再放入2％濃度的XJ型防水劑浸泡30分針鐘過濾后在90～100℃下烘干作為物料(BI)備用，取25克18～50目蛭石在500℃下焙燒2小時，用于替代實施例1中的膨潤土。取100ml含有聚丙烯酰胺的水溶液代替實施例1中的明礬水溶液，其余步驟與實施例1相同，制備出高溫隔熱密封用薄膜材料(II)。厚度為4.2mm。實施例3取18～50目的蛭石和珍珠巖各100克混合均勻代替實施例1中的200克純蛭石，其余條件與實施例1相同制備出薄膜材料(III)。實施例4取硝銨，磷酸二氫胺，氨水，脲素，氯化銨，硫酸銨，碳酸銨各40克，分別溶解成550ml水溶液，取氨水10％濃度550ml，H本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于汽車凈化器整體催化劑與殼體之間的陶瓷纖維和膨體礦物制成的隔熱密封膨脹薄膜材料，其特征在于膜材料各組份重量百分比為：膨體礦物２５～６５％，陶瓷纖維２５～６５％，彈性材料８～３０％，粘合劑１～２０％。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李北蘆，李恒強，李時瑤，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：91[中國|大連]