一种Si/B杂化树脂中温增强的不烧滑板砖及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种Si/B杂化树脂中温增强的不烧滑板砖，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：板状刚玉颗粒60～70%，板状刚玉粉15～25%，氧化铝微粉5～10%，铝粉3～9%，硅粉1～3%，炭黑1～3%，石墨1～3%，碳化硼0.5～1.0%，Si/B杂化树脂3～5%。制备方法如下：按比例称取各组分，混炼0.5小时后困料6～8小时，根据滑板单重、形状选择压机成型，坯体在180～200℃温度条件下干燥24h，坯体经套箍、粘钢壳、磨制、涂布、精整、验收后入库贮存。本发明专利技术生产的Si/B杂化树脂中温增强的滑板砖，可明显提高酚醛树脂结合不烧Al2O3‑C滑板的中低温强度，且有良好的热稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种Si/B杂化树脂中温增强的不烧滑板砖及其生产方法
本专利技术涉及一种炼钢用滑板砖，特别涉及一种Si/B杂化树脂中温增强的不烧滑板砖及其生产方法，属于铝碳系列滑板砖生产领域。
技术介绍
滑板砖用于钢铁工业连铸工艺，起调节和控制钢水流量作用，或用于炼钢炉的挡渣出钢系统。滑板在使用时受各种应力作用，造成滑板产生裂纹、甚至断裂，因此，足够的强度是保证滑板使用安全的重要要求。不烧Al2O3-C滑板具有节能环保、工艺简单等优点，但其中低温强度较低，500～800℃时的热态抗折强度只有4～8MPa左右，对安全性、可靠性要求较高的滑动水口来说，这种低强度常常产生一系列问题：(1)首先在应力作用下产生裂纹、断裂；(2)在远离铸孔的低温区，因强度低表面颗粒磨损脱落，或出现掉角现象。这些都影响其使用寿命且增加连铸的安全隐患。正是由于其中低温强度较低，使不烧Al2O3-C质滑动水口仅限于中小型钢包上使用。因此，如何提高不烧滑板的中低温强度，对滑板绿色制造技术的发展具有重要的现实意义。不烧Al2O3-C滑板中低温强度低的原因主要有两方面：一是树脂的分解、氧化。在使用受热时酚醛树脂经过挥发、分解、缩聚、炭化等热解阶段，400～600℃出现失重高峰，固化物产生裂纹和气孔，当温度高于500℃时，树脂及其固化物容易氧化，至800℃时其残碳率一般为42～48%，大量挥发、氧化、分解物的逸出使材料内形成较多的气孔，造成材料结构缺陷，影响其强度。二是树脂及其热解碳与基体无机材料的结合性差。树脂及其固化物、热解碳属于有机物，其分子结构中C―C键和C―H键为共价键；滑板主要基体材料刚玉为无机材料，Al2O3分子结构为离子键，两者在分子结构上的相容性、亲和性较差，难以在两者界面形成较强的化学键，影响结合性能。上述两种因素造成材料结构疏松，界面结合能力弱化，强度较低。因此，提高酚醛树脂结合不烧Al2O3-C滑板的中低温强度是目前不烧滑动水口功能耐火材料急需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对酚醛树脂结合不烧Al2O3-C滑板中低温强度较低的问题，提供一种可提高中低温强度的滑板砖及其生产方法，通过采用硅改性、硼改性、炭黑改性和纳米合金改性等多机制协同对酚醛树脂及其固化物进行改性，在材料内形成Si/B杂化碳网，来提高酚醛树脂结合不烧Al2O3-C滑板的中低温强度。本专利技术为解决技术问题所采取的技术方案是：一种Si/B杂化树脂中温增强的不烧滑板砖，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：板状刚玉颗粒60～70%，板状刚玉粉15～25%，氧化铝微粉5～10%，铝粉3～9%，硅粉1～3%，炭黑1～3%，石墨1～3%，碳化硼0.5～1.0%，Si/B杂化树脂3～5%。上面所述的Si/B杂化树脂中温增强的不烧滑板砖的制备方法，其具体步骤如下：A、Si/B杂化树脂的制备：a、选用有机硅树脂、硼改性酚醛树脂、酚醛树脂的共混物作为前驱体，有机硅树脂、硼改性酚醛树脂、酚醛树脂的重量百分比为1∶1∶（1～3）；b、加入前驱体含量（3～15）%重量份的炭黑作为酚醛树脂大分子链“交联点”的中心；c、加入前驱体含量（0.3～0.6）%重量份的铝硅纳米合金，在树脂裂解重组时可嵌入其网络形成Si―O链和Si―C链；d、上述三种物料混合均匀制得Si/B杂化树脂。B、按重量百分比称量以下各组分投入混料机中进行混练：板状刚玉颗粒60～70%，板状刚玉粉15～25%，氧化铝微粉5～10%，铝粉3～9%，硅粉1～3%，炭黑1～3%，石墨1～3%，碳化硼0.5～1.0%，Si/B杂化树脂3～5%。C、混练0.5小时后困料6～8小时，根据滑板单重、形状选择在不同吨位的压力机上成型；D、成型的坯体在180～200℃温度条件下干燥24h；E、干燥后的坯体经套箍、粘钢壳、磨制、涂布、精整、验收后入库贮存。所述板状刚玉颗粒的组成为：粒径为1～3mm的板状刚玉颗粒占40～60%，粒径为0.44～1mm的板状刚玉颗粒占10～30%。本专利技术的积极有益效果如下：1、本专利技术选用有机硅树脂、硼改性酚醛树脂、酚醛树脂的共混物作为前驱体，经共混、共聚、固化在材料中构成Si/B杂化树脂碳网；利用炭黑粒径小、比表面积大的特点，加入后成为酚醛树脂大分子链“交联点”中心，增加树脂碳密度和稳定性；利用铝硅合金纳米熔点较低，成分[Si]活性大，在树脂裂解重组时可嵌入其网络形成“二次”Si―O链和Si―C链，提高其热稳定性。合金中Al与[O]的亲和力较强，有助于提高其抗氧化性。杂化元素Si/B的氧化产物SiO2、B2O3和硼硅酸盐，伴随体积膨胀，铺展在材料表面或堵塞气孔，可改善其抗氧化性；氧化产物尺度小，活性大，促进烧结，可提高材料的中低温强度。本专利技术中，有机硅树脂和硼改性酚醛树脂及其固化物中所含Si―O键及B―O键有一定的离子性，与氧化铝基原料所含Al―O离子键有较好的相容性、亲和性，可在两者界面形成新的化学键，强化树脂与氧化铝基料之间的结合强度。2、本专利技术首次采用硅改性、硼改性、炭黑改性和纳米合金改性等多机制协同对酚醛树脂及其固化物进行改性，基于高分子材料键、链可变的特点掺杂或植入无机炭黑元素和纳米粒子，在无机材料中形成Si/B杂化树脂碳，通过改性提高酚醛树脂与无机材料之间的相容性，增加界面键合力，提高材料的中低温强度，改善抗氧化性。本专利技术Si/B杂化树脂的试验结论如下：1、有机硅树脂、硼改性酚醛树脂都是成熟稳定的化工产品，分子链所含Si―O键、Si―C键、B―O键及B―C键的键能高于C―O键和C―C键，所以它们的热稳定、抗氧化性优于酚醛树脂，热解后残碳率较高，用它们做结合剂有望保持材料中低温的结构稳定性。本专利技术选用有机硅树脂、硼改性酚醛树脂、酚醛树脂的共混物作为前驱体，经共聚、固化在材料中可构建Si/B杂化树脂碳。利用炭黑粒径小、比表面积大的特点，加入后成为酚醛树脂大分子链“交联点”中心，增加树脂碳密度和稳定性。铝硅合金纳米熔点较低，成分[Si]活性大，在树脂裂解重组时可嵌入其网络形成“二次”Si―O链和Si―C链，提高其热稳定性。合金中Al与[O]的亲和力较强，有助于提高其抗氧化性。杂化元素Si/B的氧化产物SiO2、B2O3和硼硅酸盐，伴随体积膨胀，铺展在材料表面或堵塞气孔，可改善其抗氧化性；氧化产物尺度小，活性大，促进烧结，可提高材料中低温强度。2、有机硅树脂和硼改性酚醛树脂及其固化物中所含Si―O键及B―O键有一定的离子性，与氧化铝基原料所含Al―O离子键有较好的相容性、亲和性，可在两者界面形成新的化学键，强化树脂与氧化铝基料之间的结合。3、本专利技术首次采用硅改性、硼改性、炭黑改性和纳米合金改性等多机制协同对酚醛树脂及其固化物进行改性，提高其热稳定性、抗氧化性。4、本专利技术基于高分子材料键、链可变的特点掺杂或植入无机元素和纳米粒子，在无机材料中构建Si/B杂化树脂碳，通过改性提高酚醛树脂与无机材料之间的相容性，增加界面键合力。具体实施方式：下面对本专利技术做进一步的解释和说明：实施例：一种Si/B杂化树脂中温增强的不烧滑板砖，其特征在于，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：板状刚玉颗粒60～70%，板状刚玉粉15～25%，氧化铝微粉5～10%，铝粉3～9%，硅粉1～3%，炭黑1～3%，石墨1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Si/B杂化树脂中温增强的不烧滑板砖，其特征在于，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：板状刚玉颗粒60～70%，板状刚玉粉15～25%，氧化铝微粉5～10%，铝粉3～9%，硅粉1～3%，炭黑1～3%，石墨1～3%，碳化硼0.5～1.0%，Si/B杂化树脂3～5%。

【技术特征摘要】
1.一种Si/B杂化树脂中温增强的不烧滑板砖，其特征在于，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：板状刚玉颗粒60～70%，板状刚玉粉15～25%，氧化铝微粉5～10%，铝粉3～9%，硅粉1～3%，炭黑1～3%，石墨1～3%，碳化硼0.5～1.0%，Si/B杂化树脂3～5%。2.权利要求1所述的Si/B杂化树脂中温增强的不烧滑板砖的制备方法，其具体步骤如下：A、Si/B杂化树脂的制备：a、选用有机硅树脂、硼改性酚醛树脂、酚醛树脂的共混物作为前驱体，有机硅树脂、硼改性酚醛树脂、酚醛树脂的重量百分比为1∶1∶（1～3）；b、加入前驱体含量（3～15）%重量份的炭黑作为酚醛树脂大分子链“交联点”的中心；c、加入前驱体含量（0.3～0.6）%重量份的铝硅纳米合金，在树脂裂解重组时可嵌入其网络形成Si―O链...

【专利技术属性】
技术研发人员：石凯，夏熠，栗正新，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41