一种隔热密封用膨胀薄膜材料及其制备方法技术

一种用于隔热密封膨胀薄膜材料由陶瓷纤维，膨体矿物，粘合剂及弹性材料混合制成，该材料中陶瓷纤维含量为２５～６５％，膨体矿物２５～６５％，弹性材料８～３０％，粘合剂１～２０％。这种隔热密封薄膜材料消除了以往同种材料在１５０～３００℃间的负膨胀性能，从室温开始升温后，２００℃即开始体积膨胀，３００℃产生较大体积膨胀，使密封部件得到固紧，降温后体积膨胀具有不可逆性。该材料特别适合作汽车排气净化器中整体式催化剂的外层防震隔热包裹材料。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种关于高温下隔热密封用无机薄膜材料，特别是机动车排气净化器中用于催化剂陶瓷构件与壳体之间的隔热密封材料。随着无机陶瓷纤维材料的发展，已有各种不同SiO2，Al2O3含量的硅铝及氧化铝纤维制成板材或纤维毡。这种材料具有良好的隔热性能，耐高温热冲击性能，因此被广泛用于工业装置及高温炉的保温或隔热。此外，作为工业上常用的隔热保温材料还有珍珠岩、蛭石等矿物质(我们称之膨体矿物质)。但由于汽车净化器的组装材料通常使用的不锈钢丝毡纲，其导热性及热胀冷缩的特点，单用上述材料，难以适应净化器温度骤然性的大幅度变化及强烈振动，人们开始研制更适合净化器组装的催化剂陶瓷体的包裹材料。与本专利技术相近的已有工作为，美国专利3,916,05F；4,305,992；4,385,135以及日本专利昭58-13683。已有工作主要原材料基本相同，但制备方法各异其性能也有差异。主要存在的缺点是1)使用的膨胀材料仅限于蛭石。陶瓷纤维过长，如昭58-13683中纤维长达50mm以上，虽然改善了膜的抗弯曲性能，但使蛭石不易分散在纤维之间。2)以往的专利更多地注意了材料在＞200℃时的高温膨胀性而忽略了150～200℃间的蛭石负膨胀效应引起的净化器内催化陶瓷体的松动引起破坏。美国专利4,305,992虽然提出了解决方法；但也未完全消除负膨胀，新制得的材料仍然在300℃时保留有10％的负膨胀，350℃才能完全消除负膨胀。3)以往的专利为了增加材料的弹性减小密度，在制备过程中加入空心玻璃微球，温石棉等无机填料使过程复杂化，且石棉物质有进入大气中的危险。4)以往的专利中为了膜材料的表面光滑或增膜的柔软性，在膜的一面或两面使用特殊粘合剂及纤维构成薄层，如美国专利3,916,067中使用牛皮纸塑料膜作衬垫，使制备过程复杂化。为了克服已有工作存在的缺点，本专利技术的目的在于提供一种密封隔热薄膜材料。此材料不但具有良好的绝热性，同时具有不可逆的热膨胀性，从常温至高温完全消除了负膨胀，使两个密封部件之间产生压力，达到固紧和密封作用，而当温度下降后，这种膨胀后的体积或产生的压力可以保留下来。此材料适宜作为气体介质的隔热密封，特别是作为汽车排气净化器的组装材料，克服了已有工作存在的上述缺点。本专利技术所述的陶瓷纤维包括硅铝纤维、氧化铝纤维中的一种或其混合物，纤维长度平均为3～50mm，直径2～30μm，硅铝纤维中SiO2含量在1～65％，Al2O3含量为46～99％，容重0.1～0.2克/cm3为宜，最高使用温度可达1700℃。本专利技术的无机隔热密封膨胀薄膜材料，其膨体矿物不仅仅是蛭石，还包括珍珠岩，以及以蛭石为主要成份的水云母矿的混合矿物。这种矿物为层状结构，内部具有真空状孔隙，含有大量结晶水，其主要化学组成为(SiO2·MgO·Al2O3·H2O·Fe2O3·K2O·CaO)守热系数0.05～0.15kcal/m.h.℃(300～1200℃)，比热0.2cal/g·℃，比重2.2～2.8克/cm3。在150～1000℃范围，厚度膨胀度可达15～20倍，体积膨胀度可达到8～40倍。本专利技术中使用的膨体矿物通过离子交换处理以消除150～200℃间的体积负膨胀。这些离子交换用的化学处理剂包括磷酸二氢铵，硝酸铵，氨水，脲素，氯化铵，硫酸铵，碳酸铵中的一种或几种；或使用Mn，Cu，Ca，K，Na，Mg，Fe，Co，Ce，La的硝酸盐或氯化物中的一种或几种的混合物水溶液，其浓度为0.5～20％，于20～95℃范围内交换1～24小时，120℃烘干，再经过表面活性剂处理，干燥后备用。本专利技术中所述的粘合剂为天然或人工合成的乳胶，如橡胶乳液，水溶性树脂，甲基纤维素，乙基纤维素，羧甲基纤维素，聚乙烯醇，聚乙二醇，聚醋酸乙烯脂中的一种或几种混合物，性能较佳者为丁苯橡胶乳液；无机粘合剂为硅酸钠或膨润土。本专利技术中使用弹性材料增加薄膜的可压缩性，其中包括膨体矿物，蛭石或珍珠岩，水云母中的一种或几种经过300～900℃处理后已发生体积膨胀后的颗粒物或膨润土颗粒物。本专利技术中的薄膜材料在制备过程中使用的絮凝剂，其中包括高分子絮凝剂动物胶，淀粉，聚丙烯，聚乙烯类化合物，如聚丙烯酰胺，聚丙烯酸钠，聚乙烯亚胺中的一种或几种；还包括无机絮凝剂硫酸铝，三氯化铁或聚合氯化铝。本专利技术所述的无机隔热密封膨胀薄膜材料其制备方法按以下步骤1.将膨体矿物破碎，取18～50目中间筛份放入容器中，再加入如上所述的离子交换剂水溶液浸泡，在一定温度下交换一次或多次，使交换度＞90％，过滤后在100～120℃干燥或阴干。2.将上述颗粒用2～20％浓度的疏水性表面活性剂浸渍处理，过滤后阴干或90～100℃烘干备用。3.膨体矿物经300～900℃下焙烧1～10小时，为已形成膨体的颗粒，该颗粒或膨润土颗粒可按2步骤进行相同处理。4.称取一定量陶瓷纤维放入打浆机中加H2O打浆，纤维/水＝1/20～100，最佳重量比为1/55～85，测定纤维长度达到主留份3～20mm。5.将上述2和3的物料颗粒物连续放入搅拌状态下的纤维浆中直至均匀，再徐徐加入上述胶乳，如丁苯橡胶乳液，待分散好后加入有机或无机絮凝剂10～60秒后停止搅拌，将此混合浆液喷撒到抄纸机真空吸滤鼓上。吸滤封上布有疏水性涤纶或尼龙布作为垫衬并在吸滤层外同时连续地布有相同衬垫，经过滚压，拿掉涤纶衬布垫，60～100℃干燥脱水后成为本专利技术材料。控制本专利技术的无机隔热密封用薄膜材料厚度为3～10mm，最佳4～5mm，经裁剪和辗压后作为净化器和催化陶瓷体的组装用材料。下面通过实施例对本专利技术的技术给予进一步地说明。实施例1称取硝酸铵40克放入550ml水中溶解，称取18～50目蛭石200克放入其中，90℃搅拌下浸泡交换10小时，过滤后90～100℃干燥3小时。用10％浓度的XJ型防水剂溶液浸泡混合10分钟，过滤后在90℃下烘干备用，作为物料(A1)。取硅铝纤维100克放入8立升水中浸泡搅拌打浆至纤维长度为3～20mm时将物料(A1)与25克18～50目的膨润土连续加入含固量20％的丁苯橡胶腋46ml，在搅拌状态下使之分散均匀再加入10％浓度的明矾水溶液103ml，2分钟后停止搅拌，将上述浆液倒入吸滤槽中抽负压吸滤出水，取出滤饼放入压模中，滤瓶上下各放一片涤纶布，加压2～5Kg/cm2，去掉涤纶布，取出成型薄膜放入鼓风干燥葙60～90℃烘干后在滚压机上辗压整型即为隔热薄膜材料(I)其后度为4mm。实施例2称取硝酸锰40克放入550ml水中溶解，取18～50目蛭石190克放入溶液中，在60℃下浸泡并搅拌15小时，再放入2％浓度的XJ型防水剂浸泡30分针钟过滤后在90～100℃下烘干作为物料(BI)备用，取25克18～50目蛭石在500℃下焙烧2小时，用于替代实施例1中的膨润土。取100ml含有聚丙烯酰胺的水溶液代替实施例1中的明矾水溶液，其余步骤与实施例1相同，制备出高温隔热密封用薄膜材料(II)。厚度为4.2mm。实施例3取18～50目的蛭石和珍珠岩各100克混合均匀代替实施例1中的200克纯蛭石，其余条件与实施例1相同制备出薄膜材料(III)。实施例4取硝铵，磷酸二氢胺，氨水，脲素，氯化铵，硫酸铵，碳酸铵各40克，分别溶解成550ml水溶液，取氨水10％浓度550ml，H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于汽车净化器整体催化剂与壳体之间的陶瓷纤维和膨体矿物制成的隔热密封膨胀薄膜材料，其特征在于膜材料各组份重量百分比为：膨体矿物２５～６５％，陶瓷纤维２５～６５％，弹性材料８～３０％，粘合剂１～２０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李北芦，李恒强，李时瑶，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]