无机胶黏剂在陶瓷纤维纸中的应用

陶瓷纸具有良好的性能，不仅可用作炉衬的内壁保温隔热材料和高温器具的密封材料，冰箱的保温材料，建材的隔热、隔音、防火材料，冶金、化工、石油的保 温保暖材料等，也可用作航空、航天的保温、隔热材料，其前景十分广阔.

由于无机纤维自身无结合性，所以常常需要使用黏合剂。所用有机黏合剂有丙烯酸系树脂、聚氨酯类 乳液、聚醋酸乙烯酯类、丙烯腈与丙烯酸丁酯的聚合 物、聚乙烯醇等，但这些有机系材料在高温下使用时， 会发生恶臭和产生有害气体、降低纸的质量等，所以也多使用胶体硅、硅酸钠、磷酸铝等无机黏合剂.

为了分析不同种类无机胶黏剂对陶瓷纤维纸特性的影响，实验中选用氧化铝、硅酸钠和硫酸铝-氨水三种无机胶黏剂，并对它们进行了两两组合实验：液体氧化铝与硅酸钠，胶体氧化铝与水玻璃，以及胶体氧化铝与硫酸铝-氨水。使用不同种类胶黏剂以及不同胶黏剂的组合抄造陶瓷纤维纸，通过测定陶瓷纤维纸的物理性能和烧失量，来探讨各种胶黏剂体系的不同效果。

实验

原料

硅酸铝纤维：三门峡市盛浦高温材料工程有限公 司；胶体氧化铝：浙江省中明化工科技有限公司；Al2 （SO4）3:AR,天津市永大化学试剂开发中心；NH4OH 溶液：AR,天津市北方天医化学试剂厂。

实验步骤

利用湿法工艺抄造陶瓷纤维纸的主要工艺过程包括打浆、离心除渣、疏解分散、抄片、干燥和测定纸张的相关性能。首先采用标准纤维解离器直接将纤维打散，然后进行重力沉降除渣，最后加入胶黏剂，使用纸 页抄片器进行抄片；使用喷雾器进行表面施胶，或采用一定浓度的氧化铝溶胶进行浸渍处理；利用烘缸进行干燥，干燥后的陶瓷纤维纸用于各项性能的测定。

陶瓷纤维纸性能的测试

物理性能的测定：根据纸品的国家标准进行测定，包括定量（GB/T451.2-1989）、厚度（GB/T451.3- 1989）和抗张强度（GB/T453-1989）。

热学性能的测定：烧失量。烧失量是在高温（620 ~750℃）灼烧之后的失量，主要包括陶瓷纤维纸中结构水的重量和掺加物因灼烧而失去的重量，烧失量是陶瓷纤维海泡石制品的一项重要技术指标，烧失量越低，制品的耐高温性能就越好

结果与讨论

单组分胶黏剂对陶瓷纤维纸特性的影响

胶体氧化铝的用量

随着胶体氧化铝添加量的不断增加，陶瓷纤维纸的抗张指数不断增大。胶体氧化铝的添加量为20%时，陶瓷纤维纸的抗张指数为0.82 N?m/g,胶体氧化铝用量增加至25%时，抗张指数为0.91N?m/g,提高了11.0%.当胶体氧化铝从25%增加至40%时，抗张指数从0.95N?m/g变化到1.92N?m/g,提高的百分率依次为13.7%、55.6%和14.3%，可见，陶瓷纤维纸的抗张指数随着胶体氧化铝用量的增加，一开始提高的速率较低，然后迅速变大，最后逐步降低。

同时可以看出，随着胶体氧化铝用量的增加，陶瓷纤维纸的烧失量也在逐渐上升。用量从20%到40%, 烧失量依次增加了23.1%、29.1%、7.3%和6.7%, 曲线一开始上升迅速，随着胶体氧化铝用量继续增加，上升幅度逐渐下降。

从上述的分析结果可以得到，陶瓷纤维纸的抗张指数随着胶体氧化铝用量的增加，出现不断提高的趋势，提高的速率是先小后大，最后逐步减小。烧失量的变化也是随着用量的增加不断上升，但上升幅度会逐渐下降。

液体氧化铝的用量

随着浸入液体氧化铝浓度的增加，开始时陶瓷纤维纸的强度会迅速上升。当浸入液体氧化铝浓度为5%时，陶瓷纤维纸的抗张指数为3.59N?m/g,浸入浓度增加至7%时，抗张指数为4.53N?m/g,提高了26.2%.当浸入浓度继续增加至9%时，抗张指数上升至4.67N?m/g,提高了3.1%.可见，陶瓷纤维纸的抗张指数随着浸入液体氧化铝浓度的 增加，一开始迅速上升，然后上升幅度会下降。

同时可以看出，随着浸入液体氧化铝浓度的增加一开始烧失量增加缓慢。当其用量为5%和7%时，陶瓷纤维纸的烧失量大幅度上升，依次上升了52.6%和35.9%.

从上述的分析结果可以得到，陶瓷纤维纸的抗张指数随着浸入液体氧化铝浓度的增加，开始能够大幅提高，然后效果就逐渐不明显了。而烧失量的变化趋势却与其相反，一开始增加缓慢，液体氧化铝用量为5%时，增加非常迅速。

硫酸铝-氨水的用量

随着硫酸铝-氨水添加量的不断增加，陶瓷纤维的强度性能不断地得到明显的改善。当硫酸铝-氨水的添加量从80%增加到120%时，陶瓷纤维的抗张强度不断提高，特别是当添加量从80%增加到100%的时候，抗张指数从0.66N?m/g迅速提高至0.93N?m/g,但添加量再次增加至120%,陶瓷纤维纸的抗张指数强度仅从0.93N?m/g提高至0.94N?m/g,增强效果不是很明显。

同时可以看出，陶瓷纤维纸的烧失量依次增加了1.1%,4.7%和2.8%,上升幅度很小。

从以上的分析结果可以得出，单独使用硫酸铝-氨水作为陶瓷纤维纸的增强剂时，硫酸铝-氨水的添加量非常大，达到100%的时候才会出现明显的效果，而此 时的抗张指数仅为0.93N?m/g,强度非常小，因此单独使用硫酸铝-与氨水对陶瓷纤维纸的增强效果不是特别明显。

尽管单独使用硫酸铝-氨水时，对陶瓷纤维纸的增强效果不是特别明显，但是在实际操作时可以看到这两者能够使陶瓷纤维分散的更加均匀，有利于纸页的成型。并且硫酸铝溶液可以在打浆的时候先加入，由于其呈弱酸性，对纤维的疏解有利。

各种无机胶黏剂及其组合对纸张性能的影响

胶体氧化铝

单独使用胶体氧化铝时，陶瓷纤维纸的强度较低，与水玻璃配合使用时，从20%到 30%,强度依次增加了11%、153%和59%;与80% 硫酸铝-氨水配合使用时，从25%到35%,强度依次下 降了10%、0.6%和31%.由此可见，胶体氧化铝与水玻璃配合可以提高强度，特别是在胶体氧化铝用量为25%和30%时，增强效果非常显著。而与硫酸铝-氨水配合使用会降低强度。

液体氧化铝

单独使用液体氧化铝时已经 具有较高的强度，与硅酸配合使用时，以10%添加量为例，从5%到9%分别下降了43%、38%和15%.说明液体氧化铝不适合与其它种类的胶黏剂一起使用，不仅起不到协同作用，反而会破坏液体氧化铝的增强作用。

结论

采用液体氧化铝浸渍的陶瓷纤维纸强度最高，含有液体氧化铝的配方强度也很好，抗张指数可以达到4.70N?m/g.但这种陶瓷纤维纸的柔软性极差，烧失量也非常高，可见其耐热性能并不好。

采用胶体氧化铝及与水玻璃配合使用的陶瓷纤维纸，强度也不错，并且柔软性好，烧失量远低于液体氧化铝，耐热性能高。联系到工业实际对陶瓷纤维纸的要求，单独使用胶体氧化铝，或与水玻璃配合使用是比较合适的。