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高性能隔热保温陶瓷板/陶瓷粉料高效节能干法制备技术及成套设备

时间:2018-05-06 15:27来源:佛山市溶洲建筑陶瓷二厂 作者:xuchen 点击:
高性能隔热保温陶瓷板/陶瓷粉料高效节能干法制备技术及成套设备

研发单位:佛山市溶洲建筑陶瓷二厂有限公司
主要研发人:罗淑芬  罗明坚

一、成果来源
成果来源于本公司承担的广东省重大专项工业攻关项目《高性能隔热保温陶瓷外墙砖的关键技术研究及产业化》,项目编号2009A010300005,并于2013年1月22日由广东省住房和城乡建设厅组织完成成果鉴定,鉴定专家一致认为,该成果实现了陶瓷废渣的资源化利用,研发的产品可在屋面和墙体节能工程中推广应用,技术达到国内领先水平,获得了2012 年度佛山市禅城区科技二等奖。
    产品经广东省建设工程质量安全监督检测总站和国家陶瓷及水暖卫浴产品质量监督检验中心等单位检测,所检项目优于《轻质绝热陶瓷砖》QB/440600 29 3991-2011要求。产品适用于屋面与墙体保温隔热工程,经用户使用,反映良好,具有明显的社会效益和经济效益。
二、性能指标
容重≤250-300kg/m3、热导:0.08-0.01 W/mK、抗压强度≥1-2MPa,生产原料中工业废渣的加入量达到40%以上。
三、技术原理
    隔热材料在选用时应考虑材料的导热系数、吸水率、强度等性能指标。而陶瓷具有吸水率低、抗燃烧、强度大等特点。对隔热效果起决定作用的导热系数,不同陶瓷的变化范围很大。有些陶瓷是极为优良的绝热材料,有些又会是热的良导体。
由傅里叶定律ΔQ=-λ×dT/dxΔsΔt可知,单位时间内的导热量与截面积、温度梯度以及导热系数成正比,在建筑中,温度梯度和导热面积为固定值,导热系数成为导热量的决定性因素,也是我们研究的重点。
固体中的导热主要是由晶格振动的格波和自由电子的运动来实现的,而在陶瓷中,自由电子是很少的,因此,晶格振动是它们的主要导热机构。格波可以分为声频支和光频支两类。在温度不太高时,光频支格波的能量很微弱,在导热过程中,声频支格波有主要贡献。晶体材料的热导率公式为λ=1/3cvt(其中c是声子的体积热容,v是声子的平均速度,1是声子的平均自由程。格波间的相互作用越强,也就是声子间的碰撞几率越大,相应的平均自由程就越小,导热率也就越低。因此声子间碰撞引起的散射是晶格中热阻的主要来源。
影响材料热导率的主要因素有:材料的显微结构,化学组成,复相陶瓷,气孔等。
(1)显微结构的影响   
声子传导与晶格振动的非谐性有关。晶体结构越复杂,晶格振动的非谐性程度愈大。格波受到的散射愈大,因此,声子的平均自由程较小,热导率较低。
(2)化学组成的影响
 不同组成的晶体,热导率往往有很大的差异。这是因为构成晶体的质点的大小、性质不同。它们的晶格振动状态不同,传导热量的能力也就不同。一般来说,质点的原子量愈小,密度愈小,杨氏模量愈大,德拜温度愈高,则热导率越大。
晶体中存在的各种缺陷和杂质会导致声子的散射,降低声子的平均自由程,是导热率变小。
(3)复相及气孔的影响   
常见的陶瓷材料典型微观结构是分散相均匀地分散在连续相中。这时的热导率可由下式计算


λc,λd分别为连续相和分散相物质的热导率,Vd为分散相的体积分数。由于气体的导热系数很小近似为零,上式可以化简为 :
                            
在不改变结构状态的情况下,气孔率的增大,总是使λ降低。
    因此,在保证发泡陶瓷板材的各项性能的前提下,尽可能的降低其导热系数,以保证其有优良的隔热保温效果。
四、成果的创造性、先进性
本项目的创新点:
(1)研制出发泡陶瓷材料新型配方,采用MgO矿化剂对基料在高温时液相的表面张力和粘度进行控制;利用混合均匀的SiC、MgCO3、Li2CO3三种组分之间的协调发泡作用来控制单个发泡剂粒子的产气量;配方料在矿化剂和发泡剂的协同作用下得到产品容重低、强度高、吸水率小的隔热保温陶瓷板。
(2)研究开发了生产隔热保温陶瓷板材的半干法制粉造粒机;创新了自动装填布料成型机,自动脱模取坯机,自动切割打磨机等多台设备,与辊道窑一起组成全自动生产线,免除了大量的人力物力,节省资源,实现了产业化大生产。
(3)高效隔热保温陶瓷板的烧成是采用匣钵承烧,创新了辊道窑冷却带的结构,加装了用于冷却带保温的烧嘴来消除热应力,首创性实现低密度陶瓷材料的高效节能辊道窑烧成技术,降低了烧成能耗。
(4)在配方中引入大于40%的工业废渣,节约了优质陶瓷原料。本项目的关键技术:(1)通过加入适量的矿化剂MgO,以保证基材在高温下有充足的溶剂量,满足发泡效果要求。
(2)通过选用合适的发泡剂、组合发泡剂的比例、发泡剂用量及细度,以保证发泡陶瓷发泡均匀,气孔率高,强度好。
(3)通过选用成分合适的陶瓷废渣,并进行预处理加工,以保证不影响基料的高温玻璃相的粘度,能够正常发泡,又大量使用废料。
(4)通过加入添加剂FP,以及调控添加剂FP与MgO含量的比例,从而可以使得发泡陶瓷的烧成温度降低,所得的制品的气孔率高,强度好。
(5)制定升温速率较快,高温保温时间长为30min,冷却时间长的烧成制度,以保证生产的制品容重轻、吸水率低,导热系数小、成品率高。
(6)研究开发了生产隔热保温陶瓷板材的自动布料机,免除了产品生产的压制成形这一环节。自动脱模机、自动切割打磨机,与现行的陶瓷墙地砖生产迥然不同的生产设备。 
五、国内外同类技术比较
目前国内外广泛应用的外墙隔热保温技术主要包括外墙内保温、外墙外保温、轻质墙体材料和夹层保温四大类。并且,在国内未见利用辊道窑烧成制备容重≤300kg/m³,热导率低于0.1W/mK,抗压强度≥2MPa隔热保温陶瓷板材料的报道。
六、应用领域
    在建筑节能领域,墙体的隔热保温是节能达标的一个重要环节。隔热保温陶瓷板材作为有机隔热保温材料XPS、EPS板材的替代品用于墙体保温系统中,适用于新建的结构工程,也适用于旧楼改造,其适用范围广,技术含量高。保证室内温度稳定,提高了居住的舒适度。同时达到节能降耗的目标。所以,具有隔热保温效果的发泡陶瓷板材的开发具有很好的经济价值和应用前景。
七、社会经济效益
高效隔热保温陶瓷板的已经实现产业化生产,产能达到100万㎡/年,实现每年9000万元的产值,年利税1000万左右。
本成果的完成对建筑陶瓷行业提升产品科技含量起到示范性作用,推动了无机保温材料在建筑节能领域的大规模应用,促进了建筑保温技术的进步。未做EPS板的替代材料,发泡陶瓷板材具有良好的耐火性、与EPS板接近的导热系数,能够起到良好的耐火性、与EPS板接近的导热系数,能够起到良好的建筑节能作用,并消除了火灾隐患,带来显著的社会经济效益。

(责任编辑:admin)

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