无机纤维复合材料

无机纤维复合材料（精选5篇）

无机纤维复合材料 第1篇

1 试验

1.1 试验材料和试验设备

(1) 试验材料

使用3种国产无机纤维编织的单向布进行试验。

a.无碱ECT玻璃纤维纱线:面密度为1 200 g/m2, 重庆国际复合材料有限公司生产。

b.玄武岩纤维:面密度为300 g/m2, 四川航天拓鑫玄武公司生产。

c.T300级碳纤维纱线:面密度为600 g/m2, 吉林碳素有限公司生产。

d.树脂:770E环氧树脂和776H胺类固化剂, 陶氏化学 (中国) 有限公司生产。

(2) 试验设备

a.CMT5105型万能拉力机:SANS公司生产, 测试力学性能。

b.Ultra-high Resolution S-4800型扫描电子显微镜:日本日立公司生产, 观察材料断口形貌。

c.ABAQUS6.10有限元分析软件:对3种纤维复合材料样件进行刚度分析。

1.2 样条的制作与测试

(1) 样条的制作

a.为防止玄武岩纤维复合材料和碳纤维复合材料的样条试验结果超过拉力机的载荷极限 (100 kN) , 按照ISO527-4标准将这两种复合材料拉伸样条的宽度定为15 mm;而玻璃纤维复合材料拉伸样条的宽度则按照GB/T 1447—2008标准定为25 mm。样条铺设的无机纤维布的层数分别为4层玄武岩纤维布、2层碳纤维布和2层玻璃纤维布。

b.采用真空灌注工艺制样。灌注完毕后使样条在70℃的条件下固化7 h, 然后使温度缓慢降至室温后脱模 (图1) 。

(2) 样条的测试

在CMT5105型万能拉力机上分别对样条加载, 加载速率为2 mm/min。根据ISO527-4和ISO14125进行拉伸性能 (图2) 和弯曲性能的测试。

1.3 有限元分析

a.采用ABAQUS6.10有限元分析软件模拟建立10层单向纤维铺层的样件, 样件的尺寸为200mm×1 000 mm, 共划分为3 000个单元。

b.对模拟样件的一端施加约束条件, 在另一端施加向下的200 N载荷, 测试模拟样件的刚度变化。

2 试验结果与分析

2.1 拉伸性能

3种无机纤维复合材料拉伸样条的拉伸性能测试结果如表1所示。加载方向与纤维铺层方向一致。

从表1的数据可以得出以下结论。

(1) 碳纤维的拉伸性能最高, 其中玄武岩纤维复合材料和碳纤维复合材料的拉伸强度均高于大部分钢材的拉伸强度[7];玻璃纤维复合材料的拉伸强度略低, 平均只有872 MPa, 但也高于高强度铝合金的拉伸强度。总体上看, 3种无机纤维的复合材料均表现出良好的拉伸性能。

(2) 钢材的拉伸模量为210 GPa、铝合金的拉伸模量为75 GPa, 玻璃纤维复合材料和玄武岩复合材料的拉伸模量均低于钢材和铝合金的拉伸模量, 碳纤维复合材料的拉伸模量比铝合金的拉伸模量略高但也低于钢材的拉伸模量。但钢材和铝合金的密度均高于这3种无机纤维复合材料的密度, 从图3可以看出, 碳纤维复合材料的比强度和比模量远远高于其他几种材料:比强度是钢材的7.65倍、铝合金的5.85倍, 比模量是钢材的2.50倍、铝合金的2.60倍, 因而采用碳纤维复合材料制作相同的产品可以有效减轻产品自身的质量。玻纤复合材料和玄武岩纤维复合材料的比强度优于金属材料, 但这两种纤维比模量的测试结果略低于钢材和铝合金的比模量, 说明这两种纤维复合材料具有较好的轻质、高强度性能, 但不适于替代钢材和铝合金制作刚度要求较高的部件。

2.2 弯曲性能

由于CMT5105型万能拉力机没有测试弯曲模量的引伸计, 在测试弯曲模量时近似认为加载横梁无变形情况发生, 这样可通过压头的位移量来计算复合材料的弯曲模量, 测得复合材料的弯曲性能数据如表2所示。

从测试结果看, 拉伸性能较好的碳纤维复合材料和玄武岩纤维复合材料的弯曲强度测试结果不如玻璃纤维复合材料。复合材料样件在测试弯曲强度时, 由于下表面受到拉伸而上表面受到压缩, 使得复合材料中的纤维和树脂基体受到一定程度的剪切力作用。从微观角度而言, 树脂通过界面剪应力将外力传递给纤维承载, 所以树脂和纤维的复合效果会影响到复合材料弯曲强度的测试结果。图4是用扫描电子显微镜观察到的玻璃纤维样件弯曲破坏后的断面形貌, 可以看出纤维边缘的树脂呈现出被剪切破坏的状态。另外, 由表2数据看出碳纤维无机复合材料的弯曲强度较低, 其原因在于碳纤维非轴向的力学性能较差, 同时碳纤维和树脂的复合性能也较差。

2.3 通过有限元模型对3种无机纤维复合材料的大型样件进行刚度分析

大型样件在进行有关的测试和分析时不太方便, 所以采用有限元模拟悬臂梁的形式对样件一端进行约束, 在另一端进行加载, 通过计算样件在加载后的形变量宏观地观察样件的形变和刚度状况。将复合材料的拉伸模量和泊松比 (见表3) 赋予已经建好的大型样件模型 (模量1和泊松比1是沿纤维轴向的性能, 模量2、3和泊松比2、3是垂直于纤维轴向的另两个方向的性能) , 并在虚拟样件自由端上表面的中间位置加载向下的200 N的作用力观察3种样件的应变状况, 见图5。

复合材料整体由多个单层复合材料粘结在一起, 其结构刚度取决于各单层复合材料的性能和无机纤维布的铺层方向。在变形时为满足变形协调条件, 各层之间有层间内应力存在。由于复合材料的刚度分析比较复杂, 故采用宏观力学分析方法 (即把单层复合材料看成均匀的、各向异性的薄板, 再把单层复合材料合成整体的复合材料厚板) 分析刚度。通过计算, 在施加200 N向下的正压力后, 玻璃纤维复合材料沿受力方向的变形量为1.96‰、玄武岩纤维复合材料沿受力方向的变形量为1.52‰, 而碳纤维复合材料沿受力方向的变形量仅为6.93‰。

3 结论

(1) 碳纤维复合材料的比强度和比模量远高于钢材和铝合金, 如果在整车中部分采用碳纤维复合材料, 则可以达到减轻汽车自重、实现汽车轻量化的目的。

(2) 玻璃纤维复合材料和玄武岩纤维复合材料的刚度虽然不及碳纤维复合材料, 但因其具有适当的刚度、较好的强度和韧性, 可用于制作汽车的防撞横梁和板簧等部件, 同时较轻的产品自重和较低的价格更符合市场需求。

(3) 3种国产无机纤维复合材料较好的力学性能为其今后在中国汽车行业的应用提供了技术保障。

参考文献

[1]陈绍杰.先进复合材料在汽车领域的应用[J].高科技纤维与应用, 2010, 36 (1) :11-17.

[2]郑成刚.聚氨酯材料在汽车上的应用及发展状况[J].汽车工艺与材料, 2005, (3) :21-24.

[3]George Marsh.Composite Conguer with carbonsupercars[J].Reinforced Plastics, 2006, 50 (1) :20-24.

[4]段成金, 等.树脂基复合材料汽车构件的研制[J].中国材料进展, 2009, 28 (6) :40-43.

[5]崔世林, 邱贵溪.复合材料在汽车上的应用及发展趋势[J].矿用汽车, 2009, (3) :19-22.

[6]罗益峰.玄武岩纤维在高技术纤维中的定位与研发方向[J].高科技纤维与应用, 2010, 36 (1) :6-10.

超细无机矿物纤维喷涂保温施工技术 第2篇

随着城市现代化不断发展, 各种高层建筑幕墙装饰工程逐渐增多, 外墙保温施工工艺随着保温材料的变化不断更新换代, 传统粘贴式外墙保温施工技术 (挤塑板、岩棉板、聚氨酯板等传统保温材料) 存在接缝多、密封性差、安装工序复杂、易脱落变形等诸多缺点, 易破坏外墙保温的整体性、稳定性、耐久性, 造成渗水通道, 已达不到高效、节能、低碳环保的施工要求。为解决传统幕墙保温施工工艺存在的诸多缺点, 目前施工中常采用超细无机矿物纤维喷涂保温施工技术。超细无机矿物纤维喷涂施工技术是保温工程领域的一种新技术、新工艺, 利用超细无机矿物纤维棉的可靠的粘接和抗风蚀性能、保温绝热和防火性能、安全耐久和整体性能等显著优点, 有效地解决了传统保温施工工艺接缝多、密封性差、安装工序复杂的问题。

1技术特点

1.1超细无机矿物纤维喷涂保温施工技术采用机械化施工, 无需任何支撑、挂件和加固材料, 可直接喷涂于保温基层上, 施工方便, 效率高, 有效地加快施工进度, 综合施工费用大幅度降低。

1.2该施工技术利用超细无机矿物纤维棉可靠的粘接和抗风蚀性能、保温绝热和防火性能、安全耐久性能和整形性能等特点, 解决了传统保温材料接缝多、密封性差、安装工序复杂、易老化变形等技术问题的限制, 大大提高了建筑物整体绝热性能, 使能源损耗和运营成本显著降低。

1.3该施工技术采用的超细无机矿物纤维棉具有复杂结构的高适应性, 从根本上解决了复杂结构工程保温施工的难题, 彻底改变了传统保温行业施工的局限性, 具有显著社会效益。

1.4超细无机矿物纤维喷涂保温施工技术可直接喷涂于潮湿作业面基层, 抗真菌、抗冷凝、不结露。

2技术原理

超细无机矿物纤维喷涂保温技术是利用超细无机矿物纤维棉的可靠的粘接和抗风蚀性能、保温绝热和防火性能、安全耐久和整体性能, 采用专业纤维喷涂施工流程, 形成整体、密闭、无接缝、耐久的无机纤维喷涂保温层, 从而达到工程外墙保温效果。

3操作要点

3.1施工准备

3.1.1原材料外观质量检验

施工前, 应对超细无机矿物纤维棉和胶粘剂进行抽样检验, 纤维棉应干燥、无结块, 洁净无污物, 胶粘剂应无分层、无发泡、无变质和变色。

3.1.2喷涂基层处理

1) 喷涂基层处理:用压缩空气或清水清理喷涂基面灰尘和污垢;检查吊挂件及预埋件是否牢靠, 应将松动部件紧固, 如原基面已损坏或有严重裂缝, 以及漏水、渗水处, 应先进行修补。

2) 门窗及各种设备、管线和非喷涂部位防护遮挡, 堵塞非喷涂部位及通风管线通孔。

3) 清理工作面的障碍物, 保证喷涂手的顺畅移动空间及其安全性, 保证最好喷射距离和喷射角度, 以期达到最佳的喷涂效果。

3.2喷涂材料配置

3.2.1超细无机矿物纤维棉配置

打散压缩超细无机矿物纤维棉, 连续将喷涂纤维棉填入喷涂机内, 并保持料箱内纤维材料充足。

3.2.2胶粘剂 (或胶液) 配置

喷涂胶粘剂的配置工作由专人按照说明书负责, 使用洁净水在专业配套容器 (安装有高速搅拌器的200升刻度塑料容器) 内稀释胶粘剂原液, 严格控制配制比例, 不得随意增加水量稀释, 并持续开动电动搅拌器进行均匀搅拌, 搅拌时间不少于5分钟, 每桶逐一调配, 随配随用, 避免胶粘剂冻结失效。

3.3厚度标尺设置及喷涂设备调试

3.3.1厚度标尺设置

校核图纸核, 确定超细无机矿物纤维的喷涂部位, 分区安放喷涂厚度标尺 (标块) 。

3.3.2喷涂设备调试

应严格按照设备操作说明调验喷涂主机风压、胶泵压力和给料装置, 通过样板试喷、对胶粘剂流量和出棉量进行测量, 逐步调整风压、胶压范围和进料搅拌速度, 直到无机纤维棉喷涂状态稳定, 达到喷涂工艺要求。

3.4基层表面预喷胶粘剂或专用界面剂处理

基层表面清理完成后, 使用已配好喷涂胶粘剂对基面预喷底层胶液处理, 胶量适当、均匀、不流淌, 用量宜控制在1~1.5kg/m2。

3.5喷涂施工

1) 与图纸核对校验, 确定超细无机矿物纤维棉喷涂部位, 对非喷涂部位做标记和必要的遮挡防护。

2) 通过样板试喷、对胶粘剂流量和出棉量进行测量, 逐步调整风压、胶压范围和进料搅拌速度, 直到纤维喷涂状态稳定, 达到喷涂工艺要求。

3) 展开对安放厚度标尺 (标块) 的部位进行无机纤维棉喷涂。喷涂角度应符合技术要求, 喷枪与基层表面的角度宜为45°, 以便获得较大的压实力和最小的回弹量。当喷涂厚度较厚 (对于喷涂厚度小于100mm厚的喷涂层可一次喷涂完成) 时, 可分多次喷涂, 并根据实际喷涂状况附加相应的锚固件支撑。

3.6喷涂表面整形

待喷涂保温层干燥约半小时后, 根据保温或吸声的不同要求, 使用毛滚、铝棍、压板或铝合金杠尺等不同的整形工具进行表面整形。

3.7 SPR防水膜面层及着色处理

在喷涂保温层表面整形完成后, 喷涂SPR防水膜面层, 利用SPR防水膜的防水性和透气性, 保证喷涂保温层含水率控制在1~1.5%, 增强喷涂保温层抗冻融性、耐久性、抗裂性。如设计要求表面着色要求, 可在选用各种颜色的SPR防水膜, 提高装饰效果。

3.8回弹料清理

喷涂后的施工现场应及时清理, 将回弹料清除现场, 并拆除喷涂防护等。

3.9喷涂成品保护

1) 对喷涂完成后的保温层, 应提供通风、干燥环境, 通常在平均温度25℃, 相对湿度≦60%时, 根据不同厚度干燥固化时间为24-72小时, 此后方可进行装饰等其他工序。

2) 对于经常处于机械碰撞的纤维喷涂部位, 覆盖玻璃纤维布或其他防护材料, 用以对喷涂保温层表面进行保护。同时, 保持喷涂区域清洁、干净, 避免灰尘飞扬, 污染成品喷涂层表面。

4质量保证措施

超细无机矿物纤维喷涂保温施工工法主要以《矿物纤维棉喷涂保温、吸声构造》GB 11CJ30 (以下简称“本图集”) 为基础进行组织施工。

4.1确保幕墙主次龙骨焊接完工后, 展开喷涂保温施工, 并掌握保温技术细部构造要求, 编制幕墙保温工程专项施工方案。

4.2超细无机矿物纤维棉保温原材料严格按照质量要求及检测方法进行检查, 纤维棉应干燥、无结块、洁净无污物, 粘结剂应无分层、无发泡、无变质和变色。

4.3喷涂施工前用清水喷涂、清理基面灰尘和污垢, 涂刷基层表面胶粘剂。

4.4喷涂施工前应安装各种管线、风道等设备挂件, 避免喷涂保温层完工后在基面钻孔、剔凿, 破坏建筑的整体保温效果。

4.5分区安放厚度标尺, 然后进行无机纤维棉喷涂, 喷涂角度应符合技术要求, 喷枪与基层表面的角度宜为45°, 以便获得较大的压实力和最小的回弹量。

4.6超细无机矿物纤维喷涂施工时, 注意梁柱、剪力墙与楼板的直角平整;喷涂专用SPR防水膜, 要求防水透气, 与保温层整体达到A级防火;喷涂施工完成后, 尽快安装幕墙, 并采取遮布覆盖措施, 保证喷涂保温层的整体质量效果。

5环保措施

5.1喷涂作业时, 喷涂操作人员应按照国家劳动保护条例相关规定, 佩戴防尘口罩, 高空操作人员应佩戴安全带等防护工具。

5.2喷涂施工中, 采取喷涂覆盖篷布, 防止超细无机矿物纤维棉“漫天飞扬”, 造成环境污染。

5.3喷涂施工阶段, 做到散落超细无机矿物纤维棉随时清理, 及时倒运至建筑工程垃圾存放处, 确保工程施工现场文明、环保。

5.4工具、材料的摆放须按施工总平面图布置的位置堆放、码放整齐。

5.5调整施工时间:早8:00至下午18:00进行喷涂保温施工, 减少施工噪音对周围社区的影响。

6效益分析

6.1超细无机矿物纤维喷涂保温施工技术利用其可靠的粘接性能、保温绝热和防火性能、安全耐久性能和整形性能等特点, 解决了传统保温材料接缝多、密封性差、安装工序复杂、易老化变形、耐久年限短等技术问题的限制, 大大提高建筑物整体绝热性能, 降低能源损耗和运营成本, 对未来保温工程的走向, 打下了较好的社会基础, 具有普遍的社会效益。

6.2该施工技术采用机械化施工, 无需任何支撑、挂件和加固材料, 可直接喷涂于保温基层上, 施工方便, 效率高, 有效地节省了施工工期和施工成本, 较传统粘贴式岩棉保温节省成本40元/m2, 取得较好的经济效益。

6.3该施工技术采用的超细无机矿物纤维棉, 经欧美国家权威机构认证, 属于A级不燃材料, 在高温状态时融化为液态, 不分解, 无有毒气体和有害物质产生, 抗菌不霉变, 抗冷凝、不结露, 环保健康, 具有较好的技术效益。

摘要：超细无机矿物纤维喷涂保温是利用超细无机矿物纤维棉的可靠的粘接和抗风蚀性能、保温绝热和防火性能、安全耐久和整体性能, 采用专业纤维喷涂施工流程, 形成整体、密闭、无接缝、耐久的无机纤维喷涂保温层, 从而达到工程外墙保温效果。

新型无机材料 第3篇

【摘 要】功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功能等的介质材料。功能陶瓷材料种类繁多，用途广泛，主要包括铁电、压电、介电、热释电、半导体、电光和磁性等功能各异的新型陶瓷材料。它是电子信息、集成电路、移动通信、能源技术和国防军工等现代高新技术领域的重要基础材料。随着现代新技术的发展，功能陶瓷及其应用正向着高可靠、微型化、薄膜化、精细化、多功能、智能化、集成化、高性能、高功能和复合结构方向发展。

关键词：功能陶瓷材料；研究进展；趋势

利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。功能陶瓷种类繁多，用途各异。例如，根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料。

功能陶瓷的发展始于20世纪30年代，经历从电介质陶瓷→压电铁电陶瓷→半导体陶瓷→快离子导体陶瓷→高温超导陶瓷的发展过程，目前己发展成为性能多样、品种繁多、使用广泛、市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。近十年来，在人类社会对能源、计算机、信息、激光和空间等现代技术的迫切需求的牵引下，随着微电子技术、光电子技术、计算技术等高新技术的发展以及高纯超微粉体、厚膜和薄膜等制备工艺的进一步完善，功能陶瓷在新材料探索、现有材料潜在功能的开发和材料、器件一体化以及应用等方面都取得了突出的进展，成为材料科学和工程中最活跃的研究领域之一，也成为现代微电子技术、光电技术、计算技术、激光技术等许多高技术领域的重要基础材料。

当前功能陶瓷发展的趋势可以归纳为以下几个特点:复合化，多功能化，低维化，智能化和设计、材料、工艺一体化。单一材料的特性和功能往往难以满足新技术对材料综合性能的要求，材料复合化技术可以通过加和效应与藕合乘积效应开发出原材料并不存在的新的功能效应，或获得远高于单一材料的综合功能效应。最近提出的梯度功能材料也可看作一类特殊的复合材料。功能性与结构性结合的材料，或者具有多种良好功能性的材料，为提高产品的性能和可靠性，促使产品向薄、轻、小发展提供了基础。当材料的特征尺寸小到纳米级，由于量子效应和表面效应十分显著，可能产生独特的电、磁、光、热等物理和化学特性，功能陶瓷进入纳米技术领域是研究的热点之一，如铁电薄膜和超细粉体的制备等。智能材料是功能陶瓷发展的更高阶段，它是人类社会的需求和现代科学技术发展的必然结果。

一、研究现状

1、导电陶瓷

导电陶瓷具有良好的导电性能，而且能耐高温，是磁流体发电装置中集电极的关键材料。半导体陶瓷指采用陶瓷工艺成型的多晶陶瓷材料。与单晶半导体不同的是，半导体陶瓷存在大量晶界，晶粒的半导体化是在烧结工艺过程中完成的，因此具有丰富的材料微结构状态和多样的工艺条件，特别适用于作为敏感材料。除半导体晶界层陶瓷电容器外，目前已使用的敏感材料，主要有热敏材料、电压敏材料、光敏材料、气敏材料、湿敏材料等。如PTC（positive temperature coefficient的缩写）材料在国内无论是基础理论研究还是工业生产规模都有长足进步，其应用范围已渗透到航天、航空、航海、无线通讯、有线通讯、电子工业和民用电器等各个领域。而铬酸镧（La-CrO3）是一种钙钛矿型（ABO3）复合氧化物，具有很高的熔点（2490℃），它在掺杂Ca、Sr和Mg 等二价碱土金属后具有很多特殊的性质。在高温发热材料、固体氧化物燃料电池连接材料、催化剂、NTC热敏电阻等方面都得到广泛的应用，是一种很有前途的功能陶瓷材料。高温超导陶瓷指相对金属而言具有较高超导温度的功能陶瓷材料。从20世纪80年代对超导陶瓷的研究有重大突破以来，对高温超导陶瓷材料的研究及应用就倍受关注。目前高温超导材料的应用正朝着大电流应用、电子学应用、抗磁性等方面发展。

2、压电陶瓷

压电陶瓷的晶体结构上没有对称中心，因而具有压电效应，即具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。压电陶瓷材料具有成本低、换能效率高、加工成型方便等优点，常用于制作压电器材、滤波器、谐振器和变压器等。常用的压电元件：传感器、气体点火器、报警器、音响设备、医疗诊断设备及通讯等。通常的压电材料是 PZT，新型的压电陶瓷材料主要有高灵敏、高稳定压电陶瓷材料，电致伸缩陶瓷材料、热释电陶瓷材料等。压电陶瓷作为电、力、热、光敏感材料，在超声换能、传感器、无损检测和通讯技术等领域已获得了广泛的应用。

3、纳米功能陶瓷

纳米功能陶瓷是指通过有效的分散、复合而使异质相纳米颗粒均匀、弥散地保留于陶瓷基质结构中而得到的复合材料，当其具有某种特殊功能时便称之为纳米功能陶瓷。纳米功能陶瓷的性能是和其特殊的微观结构相对应的，它的性能不仅取决于纳米材料本身的特性，还取决于纳米材料的物质结构和显微结构。

4、光催化功能陶瓷 先制备钛酸溶胶和掺入 Fe3+的钛酸溶胶，用溶胶-凝胶法分别将它们负载于炻器管和矩形蜂窝陶体上，再用程序升温法煅烧得到纳米TiO2光催化功能陶瓷。经扫描电镜（SEM）测定炻器载体上负载的光催化膜厚度为300～400nm，TiO2的粒径为15～20nm。将光催化炻器管用于模拟苯酚废水和某地表水的处理试验，在紫外光强一定、流速为 40ml/min条件下的结果表明无论掺Fe3+与否的TiO2光催化炻器管都有净化效果。其中以掺Fe3+最好，苯酚去除率为70.3%，灭菌率亦能达到99.5%。将光催化蜂窝陶瓷体用于净化空气试验时，在紫外光强、循环风量一定的条件下，其净化效果也是以掺Fe3+的TiO2最好。

5、陶瓷泡沫

陶瓷泡沫(Ceramic Foam)含有大量的亚结构一胞单元，具有比表面积大、热导率低、耐热性能优异等特性，这些性质引起学者们极大地关注。根据其结构组成特点，可将其分为开孔泡沫和闭孔泡沫。由固体棱柱组成的具有三维网络结构的泡沫体，称为开孔泡沫体，如图1(a)所示。由棱柱和壁面组成的具有空腔结构的泡沫体，称为闭孔泡沫体，如图1(b)所示。

(a)开孔陶瓷泡沫

(b)闭孔陶瓷泡沫

图1 陶瓷泡沫材料的发展始于20世纪70年代，Schwartzwalder运用有机泡沫浸渍法制备了高孔隙率陶瓷，并将其过滤熔融金属，大大提高了产品质量。陶瓷泡沫产品极大的商业价值引起了科技界的重视，各国陆续开展相关的研究工作。我国在陶瓷泡沫力一面的研究工作始于20世纪80年代初，据报道，哈尔滨工业大学于1982年研制出用于铝合金过滤的陶瓷泡沫过滤器。此后，南昌航空工业学院、上海机械制造工艺研究所等单位先后开展了相关工作。近年来，陶瓷泡沫材料的应用又扩展到航空、电子应用、热能管理等领域，展现出良好的应用前景。

二、功能陶瓷发展的趋势

当前功能陶瓷发展的趋势可以归纳为以下几个特点：复合化，多功能化，低维化，智能化和设计、材料、工艺一体化。单一材料的特性和功能往往难以满足新技术对材料综合性能的要求，材料复合化技术可以通过加和效应与耦合乘积效应开发出原材料并不存在的新的功能效应，或获得远高于单一材料的综合功能效应。最近提出的梯度功能材料也可看作一类特殊的复合材料。功能性与结构性结合的材料，或者具有多种良好功能性的材料，为提高产品的性能和可靠性，促使产品向薄、轻、小发展等方面提供了基础。当材料的特征尺寸小到纳米级，由于量子效应和表面效应十分显著，可能产生独特的电、磁、光、热等物理和化学特性，功能陶瓷进入纳米技术领域是研究的热点之一，如铁电薄膜和超细粉体的制备等。智能材料是功能陶瓷发展的更高阶段，它是人类社会的需求和现代科学技术发展的必然结果。

参考文献

【1】_功能陶瓷材料的制备与研究进展探讨.pdf 【2】_功能陶瓷材料研究进展综述.pdf 【3】_功能陶瓷研究进展与发展趋势.pdf

无机纤维复合材料 第4篇

随着全球对能源问题的高度重视,国家和地方相继制定了一系列建筑节能设计规范。但是,因有机保温材料(如聚苯乙烯泡沫塑料EPS、XPS)保温性能好,价格低,而被广泛应用于公共与民用建筑的外墙保温中,这对我国人口高度密集、又以多层和高层为主的建筑所取得的结果是节能问题解决了,却带来了很大的火灾安全隐患。我国公安部和城乡建设部于2009年9月共同颁布了《民用建筑外保温及外墙装饰防火暂行规定》(公通字[2009]46号)。“暂行规定”在第二章第五条中规定,对于幕墙式建筑应符合建筑高度大于等于24 m时,保温材料的不燃性应为A级的规定。从以上规定可以看出,对于幕墙式建筑来说,我国现在使用的所有有机类保温材料都要被淘汰。

纤维喷涂技术起源于20世纪80年代的北美,20世纪90年代在北美和欧洲及亚太等发达国家和地区迅速发展[1]。无机纤维喷涂是一种新型环保建筑保温材料,喷涂层是将无机纤维棉与水基特种粘接剂,通过专用纤维喷涂设备喷涂于建筑围护结构基层表面,经自然干燥后,形成一定厚度的弹性保温、吸声层,具有良好的绝热、吸声降噪、防火、适应复杂结构等优异特性。目前,无机纤维喷涂工艺被广泛应用在多个领域,如地下室顶棚保温(采暖房间与非采暖房间的分隔区域),设备机房、电梯井的保温隔声,压型钢板屋面底面的吸音保温,异形(圆形及拱形)屋顶底面的吸声保温,体育馆、博物馆、展览馆、游泳馆、图书馆、影剧院、教堂、音乐厅、演播厅、会议厅的吸声保温,隧道、地铁等领域的吸声保温、幕墙结构或石材结构的外墙外保温隔声[1]。此外,无机纤维材料质轻、无毒无味、吸声、耐候性好、高效隔热、耐火安全,可实现5 h以上高耐火极限保护。还适用于建筑物和隧道的防火保护,尤其是耐火极限要求比较高的高层钢结构的防火保护,同样也适用于建筑物的保温吸声和机械设备的保温节能。

1 试验

1.1 试验材料

无机纤维棉,粒状棉,其主要性能指标见表1,其外观见图1。F-16胶,北京星牌建材;707乳胶,四川维尼仑公司、北京有机化工厂;661乳液,北京东方明天化工;天坝2000乳液,罗门哈斯公司。阻燃剂LM-8088、LM-8083,青岛联美;阻燃剂Doher-6208,天津和创;阻燃剂PA-Z5,北京平安天宇。憎水剂BS 43CN、BS 1306CN,瓦克公司;憎水剂DR-H520,武汉道尔;憎水剂BP9705,蓝星公司。

1.2 仪器设备

电子天平JA1103,上海民桥公司;养护箱HWHS-40A,浙江璟瑞科学仪器有限位公司;成套喷涂设备、自行组装。

1.3 测试方法

按JC/T 909—2003《矿物棉喷涂绝热层》进行测试。

2 结果与分析

2.1 水基粘结剂

水基粘结剂是无机纤维喷涂保温系统中除无机纤维外的另一种主要原材料,该粘结剂应具有合适的黏度、良好的粘结强度及防腐性能。本研究对F-16胶、川维707乳胶、北京有机707乳胶、661乳液、天坝2000乳液等水性粘结剂的基本性能进行了分析、测试,结果见表2。

对表2数据分析:F-16胶为厂家提供的进口粘结剂,性能优异;2种707乳胶的各项指标差异不大,661乳液和天坝2000乳液的黏度和拉伸剪切强度均低于707乳胶,所以选用707乳胶为主进行试验。

2.2 阻燃剂

对LM-8088、LM-8083、6208、PA-Z阻燃剂进行选择试验。无机纤维喷涂保温系统用水基粘结剂除具有良好的强度等物理性能外,还应具有一定的阻燃性能,这样才能保证无机纤维喷涂保温系统具有良好的不燃性。本文对几种阻燃剂与粘结剂的相容性进行了试验。青岛联美化工有限公司提供的LM-8088、LM-8083阻燃剂为粉状,若想在乳液中使用需先配制成溶液。按厂家说明书将LM-8083配制10%溶液,发现其难溶于水,24 h后仍有大量颗粒;LM-8088配制20%溶液,成无色透明液体,因此,选用LM-8088进行后续试验。6208和PA-Z均为液体,直接用于下一步试验。

将以上3种阻燃剂LM-8088溶液、PA-Z溶液、6208溶液,以占粘结剂质量10%的比例与粘结剂进行混合,发现PA-Z与707乳胶混合发生破乳,其余2种与粘结剂溶合较好。故用LM-8088溶液和6208进行后续试验。

将阻燃剂分别以占粘结剂质量的10%、15%、18%的比例添加到粘结剂中,在平整洁净的聚四氟乙烯板上涂覆成面积相等的涂膜,涂膜干燥后用酒精灯点燃测试。6208添加量为10%时已有明显阻燃效果,达到18%时,涂膜基本不燃,其阻燃效果见表3。

LM-8088阻燃效果一直不佳。试验继续,将6208的添加量降为8%、5%、2%,待涂膜干燥后点燃,添加量为8%时尚有一定的阻燃效果,表现为点燃后将火焰移走,涂膜上的火焰迅速熄灭(见图2)。添加量降到5%以下时,阻燃效果达不到要求。

添加量相同情况下,阻燃剂在各种粘结剂中的阻燃效果差别不大。

综合以上试验结果,确定无机纤维喷涂用水基特种环保粘结剂以707为主要材料,四川维尼仑厂或北京有机化工厂产品均可。阻燃剂选用天津和创化工有限公司生产的Doher-6208,添加量为粘结剂质量的10%。

2.4 憎水剂的选择

按照JC/T 909—2003中关于憎水率、质量吸湿率的要求“有防水要求时,喷涂绝热层的质量吸湿率不大于5%,憎水率不小于98%”,选择了4种憎水剂(见表4)。

将表4中的4种憎水剂均按5%添加到707乳胶中,均未发生破乳现象,说明相溶性良好。随后进行无机纤维喷涂试验,涂层干燥后进行吸湿量、憎水率测试,均能达到标准要求。降低憎水剂的添加量继续试验,当添加量小于3%时,出现不合格项,憎水剂添加量对涂层性能的影响见表5。

最终确定德国瓦克化学品公司的BS 43CN憎水剂,添加量为3%。

2.5 喷涂试验

无机纤维喷涂层是将无机纤维棉与水基粘结剂,通过专用纤维喷涂设备,喷涂于建筑围护结构基层表面,经自然干燥后,形成一定厚度、具有弹性的保温、吸声层。喷涂试验采用m(无机棉)∶m(原胶)=10∶1。具体原料配比见表6。

将707乳胶与Doher-6208阻燃剂混合搅拌均匀,加10倍水稀释。粒状棉在设备中搅拌打散后,经风管喷出的同时,胶料经压缩泵输送,成雾状喷出,两者混合喷涂在基材上,在自然条件下干燥,喷涂试验结果见表7。

3.6 棉胶比对喷涂层性能的影响

棉胶比的改变对喷涂层性能的影响主要表现在导热系数、降噪系数和空气隔声量等方面,对比见表8。

根据表8数据分析,最终确定棉胶比为10∶1。所得无机纤维喷涂绝热层性能经国家建筑材料测试中心检测,各项技术指标均符合JC/T 909—2003《矿物棉喷涂绝热层》标准要求(见表9)。

注:(1)用于窑炉等高温工作面时,喷涂绝热层加热线收缩应≤4.0%;(2)有防水要求时,喷涂绝热层的质量吸湿率不大于5%,憎水率不小于98%,吸水性由供需双方协商决定;(3)GB/T 13350—2000《绝热用玻璃棉及其制品》,GBJ 75—1984《建筑隔声测量规范》,GB/T 50121—2005《建筑隔声评价标准》,GBJ 47—1983《混响室法吸声系数测量规范》。

3.7 无机纤维棉喷涂保温层特点

无机纤维棉喷涂层厚度一般在10~300 mm,密度为38~150 kg/m3,其主要特点如下:

(1)保温绝热性好。其导热系数不大于0.04 W(/m·K)。

(2)良好吸声降噪和隔声性能。从表9可以看出,无机纤维装饰保温系统的涂层厚度为25 mm和50 mm时,吸声降噪系数分别达到0.7和0.85。通过喷涂,其内部纤维交织在一起,形成具有一定强度和韧性、极其复杂的立体网络结构,从而表现出优异的吸声性能[2],尤其降低雨噪声,50 mm计权隔声量可达29 dB。

(3)优异的防火性能。经国家权威部门检验,无机纤维保温系统为A级不燃材料。

(4)可装饰性。无机纤维装饰保温系统在铺设完成后,其表面可按设计要求进行着色处理。着色后的涂层将呈现其独有的装饰效果[2];依据GB 50222—97《建筑装修设计防火规范》,可在所有建筑物上作装修使用。

(5)易施工。采用机械化施工,可以在任意复杂或异型结构表面任意喷涂,避免接缝,尤其基体安装有复杂密集的吊挂件、管线,即使是施工人员很难到达的空间,也可以轻松喷涂施工,充分展示其可塑性和完整的密闭包裹性,大大提高其绝热和吸声效果[3]。无机纤维装饰保温系统的喷涂施工工艺流程如图4所示。

4 结语

(1)采用改性水基特种粘接剂为基料,A级不燃超细玻璃短纤维棉、无碱或低碱的柔软细腻无机纤维为保温材料,通过专用纤维喷涂设备,喷涂于建筑围护结构基层表面,经自然干燥后,形成一定厚度的弹性喷涂层,它具有绝热、吸声降噪、防火、适应复杂结构等优异特性。

(2)以707乳胶为基料,配以阻燃剂、憎水剂等多种助剂研制的无机纤维喷涂用水基特种粘结剂具有良好的粘结力和阻燃、环保性能。喷涂层经国家建筑材料测试中心检测,各项性能指标均符合JC/T 909—2003标准要求,其隔声性能达到29 dB,25 mm厚涂层的降噪系数达到0.7,燃烧性能为A级。

(3)该项技术可广泛应用于复杂构造及异型表面的保温、吸声、防火纤维喷涂工程。包括室内采暖区与非采暖区楼板、混凝土或钢结构金属顶棚等无需装饰覆盖层、暴露使用的保温、吸声喷涂工程。在建筑保温防火领域将具有良好的市场前景。

摘要：介绍一种无机纤维喷涂用水性阻燃粘结剂的制备工艺,研究了阻燃剂和憎水剂对粘结剂的阻燃性、防水性的影响,以及棉胶比与喷涂层性能关系,并对无机纤维棉喷涂层性能进行了测试,结果表明,该水性粘结剂具有良好的粘结力、阻燃性和环保性,无机纤维棉喷涂层具有良好的防火、保温、吸声降噪性能,各项指标均符合JC/T 909—2003《矿物棉喷涂绝热层》标准要求。

关键词：无机纤维喷涂,粘结剂,防火保温,吸声降噪

参考文献

[1]石瑛.新一代外墙保温技术———无机纤维喷涂[J].辽宁建材,2008(8):83-84.

[2]孙健.金隅星牌无机纤维装饰保温系统[C]//中国绝热节能材料协会.2009全国新型墙体保温材料新技术、新产品及施工应用技术交流大会,北京:2009,11:21-24.

无机纤维复合材料 第5篇

目前建筑外墙外保温用保温材料仍以有机保温材料为主, 其防火性能较差, 存在很大的安全隐患。外保温工程所使用的有机保温材料本身材性不能满足现有产品标准的阻燃性指标要求, 尤其是挤塑聚苯乙烯 (XPS) 保温板。所以, 自2007年, 随着有机材料如EPS、XPS板开始被广泛应用于公共与民用建筑, 火患也如影随形, 国内连续发生多起建筑火灾事故, 尤其2009年2.9央视和2010年11.15上海火灾及2011年2.3沈阳火灾, 损失巨大、触目惊心, 社会反响极大, 引起国家领导重视。易燃性外墙保温材料已成为引发建筑火灾的一个重要诱因, 为此公安部、住建部, 2009年9月25日联合出台了公通字[2009]46号《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》和公安部2011年3月14日公布的公消[2011]65号, 要求“民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料”。纵观市场, 目前众多外墙保温系统仍无法做到节能与防火兼备, 无法做到两全, 所以, 目前市场急需一种A级高效保温材料及其外墙外保温系统。

2、研究思路及技术路线

无机纤维棉板作为一种高效的保温材料, 与有机聚苯乙烯、聚氨酯等泡沫保温材料相比, 遇火不燃 (A级) , 不具备火焰点火性和传播性, 且其具有容重轻、导热系数低、防火无毒、化学性能稳定、使用周期长等突出优点, 是国内外公认的理想保温材料, 广泛应用于建筑等各个行业。

但是在具体应用过程中, 无机纤维棉板还存在着一些问题, 如:无机纤维棉板吸湿较严重, 导致其下垂脱落;抗拉强度较低, 会从墙面剥离;以及系统防护层开裂等。

我们所研制的ACF无机纤维棉板外墙外保温系统, 通过对无机纤维棉板进行预处理, 合理设计系统构造, 调整施工工艺等方法, 有效解决了应用中的问题。系统主要由ACF无机纤维棉板、粘结砂浆、锚栓、金属托架、轻质找平砂浆、热镀锌钢丝网、抹面砂浆和耐碱网布及饰面材料等组成。其基本构造如表1所示。

3、ACF无机纤维棉板在既有建筑节能改造中的应用研究

3.1 界面处理

使用ACF无机纤维棉板专用界面剂, 在ACF无机纤维棉板上墙前进行界面处理, 涂抹在ACF板六个表面。这样处理不仅可防止ACF无机纤维棉板面层的细小纤维到处飞扬, 还可增强ACF无机纤维棉板的防水性, 阻断ACF无机纤维棉板从找平层吸水的路径, 保证了找平材料不会因过快失水而开裂, 并且有利于提高找平材料与ACF无机纤维棉板表面的粘接强度, 进而保证整个外墙外保温系统的稳定性。 (见图1)

3.2 粘贴及锚固

使用ACF无机纤维棉板专用粘结砂浆, 进行点框式粘贴, 再用锚栓进一步加固。锚固件采用聚酰胺、聚乙烯或聚丙烯材料制成, 且不得使用回收的再生料;金属螺钉应采用不锈钢材料或者经过表面防腐处理的金属制成, 且具有断热桥设置, 塑料圆盘的直径不小于6mm。

锚栓安装的数量单位面积多层砖混结构每平米6~8只, 高层 (18层以下) 每平米8~10只。

3.3 热镀锌钢丝网

ACF无机纤维棉板粘结后, 锚固件压盘压住ACF无机纤维棉板;铺设热镀锌钢丝网, 用锚固件压盘和盖板夹住, 钢丝网保持在轻质找平砂浆的中部。在此处使用热镀锌钢丝网, 主要是基于以下几点考虑:首先, 使用热镀锌钢丝网, 可以起到固定和保护ACF无机纤维棉板的作用。另外, 钢丝网的使用还有助于轻质找平砂浆的施工, 而且还可以弥补ACF无机纤维棉板本身强度不够大、易于分层的缺陷, 同时, 还可以增强无机纤维棉板面层的承载负荷能力。 (见图2)

3.4 轻质找平砂浆

为防止外墙外保温工程中出现的开裂问题, 在ACF无机纤维棉板外墙外保温系统的构造中采用了柔性渐变、逐层释放应力的柔性抗裂技术, 轻质找平砂浆, 其主要作用是:1) 不仅可以起到良好的找平作用, 还可以阻断热镀锌钢丝网和锚固件所产生的热桥, 提高整个系统的保温性能;2) 具有良好的柔性和抗裂性能, 复合柔性渐变的抗裂理论;3) 具有较低的干密度, 因此用这种材料找平可以减小对ACF无机纤维棉板面层的荷载, 进而起到可以防止ACF无机纤维棉板面层开裂的作用。 (见图3)

3.5 金属托架

ACF无机纤维棉板在上墙时, 考虑到由于吸湿可能引起板下垂, 所以在安装时每两排ACF无机纤维棉板设置一层金隅金属托架 (参看图) 。金属托架一般采用L型角钢材料制成, 金属螺钉应采用不锈钢材料或者经过表面防腐处理的金属制成, 且具有断热桥设置。 (见图4)

3.6 防护层

用A C F无机纤维棉板专用抹面砂浆进行表面增强防护, 抹灰厚度3~5mm, 同时压入金隅耐碱网格布。耐碱网格布需位于抹面砂架中间, 边缘部位使用反包法施工。

3.7 饰面层

由于ACF无机纤维棉板所能承受的荷载不大, 因而其面层一般采用涂料饰面或装饰砂浆做法。不建议贴石材或瓷砖。 (见图5)

4、ACF无机纤维棉板外墙外保温系统性能 (见表2、3)

5、总结

ACF无机纤维棉板外墙外保温技术是一项新型建筑节能技术, 已经成功应用于北京市西城区既有建筑节能改造工程, 施工面积30万平米。

经过在工程实例中的运用、检验, 其所具有的优点包括:

1) 保温性能好

ACF无机纤维棉板的导热系数为0.033w/ (m·K) , 轻质找平砂浆的导热系数为0.060w/ (m·K) , 通过无机纤维棉板与轻质找平砂浆的复合, 使整个系统具有相当好的保温性能, 同时轻质找平砂浆还可对金隅ACF无机纤维棉板无法处理的部位及热桥部位起到补充保温和阻断热桥的作用。

2) 优异的防火性能

ACF无机纤维棉板外墙外保温系统, 选用的轻质找平材料也具有难燃特性, 从而保证了整个系统具有非常优异的防火功能, 对保护建筑结构起到很好的作用。

3) 抗冲击性能优越

ACF无机纤维棉板虽然强度比较低, 但是由许多纤维构成, 具有相当好的弹性, 且回弹率也比较高。同时, ACF无机纤维棉板外墙外保温系统还使用了弹性比较好的热镀锌钢丝网, 在抗裂防护层又使用了耐碱玻纤网格布, 形成了一个双网结构的构造系统, 因而具有相当好的抗冲击性能, 即使在经过耐候性试验后, 它的抗冲击性能也大于10J, 远远优于其它外墙外保温系统。

4) 对主体结构变形适应能力强

ACF无机纤维棉板是一种柔性变形量较大的材料, 在热镀锌钢丝网的作用下, 抵抗外界变形能力强。在外力和温度变形、干湿变形等作用下, 变形量都比较小, 而且变形后回弹能力强, 有效地保证了系统的稳定性、耐久性。同时, 整个外墙外保温系统是一个柔性渐变、逐层释放应力的柔性抗裂系统, 具有很好的抗裂性能。

ACF无机纤维棉板为A级不燃保温材料, 达到了公安部发布的公消[2011]65号要求, 并且已经在北京市西城区既有建筑节能改造工程中得到了很好地应用, 施工达面积30万平米。ACF无机纤维棉板外墙保温技术是一项新的建筑防火保温技术, 既可满足国家建筑节能的要求, 又达到了防火安全的要求, 具有良好的市场前景和推广意义。

摘要：本文介绍了ACF无机纤维棉板外保温系统材料组成及功能、系统构造及施工工艺, 并对ACF无机纤维棉板及其系统的性能指标进行了研究和测试, 各项性能指标均达到了企业标准要求。该系统通过在北京西城区既有建筑节能改造中的应用示范, 取得了良好的效果, 证明ACF无机纤维棉板外墙保温技术是一项新的建筑防火保温技术, 既可满足国家建筑节能的要求, 又达到了防火安全的要求, 具有良好的市场前景和推广意义。