一种无机耐火板材及其应用的制作方法

本发明涉及耐火板材制造，c04b111/28，尤其涉及一种无机耐火板材及其应用。

背景技术：

1、防排烟系统中的防排烟风管主要发挥将火灾现场产生的有毒高温烟气及时排出的作用，因此其隔热防火性能是建筑安全性能的重要保障。市场上的防排烟风管一般由镀锌铁皮包覆上隔热材料制成，但是这些风管在使用过程中存在以下缺陷：1、防排烟风管特别是其隔热材料无法承受高温而产生损坏坍塌，导致防排烟系统丧失功能；2、防排烟管道内外层的隔热性能非常差，无法达到隔热温度要求，3、风管结构密度高、风管自重非常大、施工难度高等等。

2、中国专利cn115625964a公开了一种防排烟风管包覆板的制备方法，其在包括硅酸盐的无机材质纤维毯中填充硅溶胶、铝溶胶、泡花碱和有机胶溶液增强包覆板的强度，还使其具有更轻的重量；但是该风管包覆板的耐火性能远远不够。中国专利cn114907092b公开了一种耐高温气凝胶防排烟风管及其制造方法，该技术对风管绝热层中的绝热填料进行了优化，复配使用纤维材料和二氧化硅气凝胶或二氧化硅与氧化铝复合气凝胶，提高风管的隔热效果，但是该结构下的二氧化硅气凝胶容易产生结构塌陷问题，隔热性能仍然也不够。

3、因此，制备出一种质地轻、结构强度高且稳定、耐火性能和隔热性能优异的耐火板材用于排烟风管使用具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种无机耐火板材，所述无机耐火板材的制备原料包括：增强矿石、粘结剂、多孔隔热材料。

2、进一步地，所述增强矿石用于构建耐火板材的力学结构，所述增强矿石包括但不限于蛭石、珍珠岩、玻化微珠、云母粉、高岭土粉、滑石粉、海泡石中的至少一种。

3、进一步地，所述增强矿石包括蛭石、珍珠岩、玻化微珠中的至少一种。

4、优选地，所述增强矿石包括珍珠岩。

5、进一步地，所述珍珠岩的颗粒平均直径为0.05-0.8mm，密度为50-300kg/m3。

6、优选地，所述珍珠岩的颗粒平均直径为0.10-0.5mm，密度为80-150kg/m3。

7、本技术的无机耐火板材中，珍珠岩提供了较多程度的力学性能，其粒径大小能够明显影响板材的结构强度，值得注意的是，珍珠岩具有吸水膨胀的特性，在板材原料的混合成型过程中，这种特性对板材强度的影响更加明显。本技术规定其颗粒平均直径为0.15～0.25mm，使其吸水产生体积膨胀作用以后，相邻的珍珠岩间具有最合适的间距，与孔隙中所填充的多孔隔热材料和连接以上两者的粘结剂共同作用，提高无机耐火板材的结构稳定性，使其能够承受较高压力的同时，还具有更低的重量。

8、在一种优选的实施方式中，所述珍珠岩的颗粒平均直径为0.15-0.25mm，密度为100kg/m3。

9、进一步地，所述多孔隔热材料包括气凝胶，所述气凝胶选自硅气凝胶、炭系气凝胶、金属氧化物气凝胶中的至少一种。

10、进一步地，所述炭系气凝胶选自c气凝胶、sic气凝胶、sioc气凝胶、zrc气凝胶中的至少一种。

11、进一步地，所述金属氧化物气凝胶选自氧化铝气凝胶、氧化钛气凝胶、氧化锆气凝胶中的至少一种。

12、气凝剂极高的孔隙率能够有效降低材料的固相热传导，在2-50nm范围内的介孔孔径则又抑制了气相传热，所以具有极佳的隔热特性，同时气凝胶在高温下不易发生高温烧结，又能保持网络结构的完整性。但是不同气凝剂所产生的耐高温性能是不同的，炭系气凝剂在真空下可产生2000℃的耐温性，但是在有氧条件下容易发生氧化反应，其内部孔结构的变化不利于板材隔热和耐火性能。硅气凝胶孔隙率约为80-99.8％，室温热导率低至10mw/(m·k)，与珍珠岩搭配使用效果最为优异。但是其成型性能不好，所以本技术使用水玻璃作为粘合剂，利用水玻璃和气凝剂中都存在的si-o网络体系，增加水玻璃对气凝胶的润湿和粘合作用，保证无机耐火板材的结构稳定性，进一步发挥气凝胶的耐火性和隔热性能。

13、优选地，所述多孔隔热材料包括硅气凝胶。

14、进一步地，所述硅气凝胶的比表面积为70-400m2/g，粒径为2-50nm。

15、优选地，所述硅气凝胶的比表面积为100-200m2/g，粒径为7-40nm。本技术使用粒径更小、孔隙率更大的气凝胶部分填充入珍珠岩的多孔结构中，降低后者闭孔的概率，但是气凝胶的填充会在一定程度上降低珍珠岩的孔隙率，所以两者所制备板材在隔热性能上仍然不能达到较好的协同效果。本技术规定气凝胶的比表面积为100-200m2/g，粒径为7-40nm，控制气凝胶对珍珠岩孔结构的填充量和气凝胶自身的孔径分布状态，此时可使气凝剂的填充对珍珠岩隔热性能的影响远低于气凝胶和珍珠岩两者对隔热性能的提高程度，进一步提升板材的孔隙率，降低导热系数，提高隔热性能。

16、在一种优选的实施方式中，所述多孔隔热材料包括疏水性二氧化硅气凝胶，比表面积为120m2/g，粒径为7-40nm。

17、进一步地，所述粘结剂为无机粘结剂和/或有机粘结剂。

18、进一步地，所述无机粘结剂为水玻璃和/或硅溶胶。

19、进一步地，所述有机粘结剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、瓜尔胶中的至少一种。

20、进一步优选地，所述粘结剂为无机粘结剂，更优选为水玻璃。

21、进一步地，所述无机耐火板材的制备原料中，增强矿石、粘结剂、多孔隔热材料的重量比分别为(8-20)：(4-11)：(0.5-7)。

22、在一种优选的实施方式中，所述无机耐火板材的制备原料包括珍珠岩、水玻璃和硅气凝胶，三者的重量比分别为(10-12)：(6-8)：(2-3)。珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩经急剧冷却而成的玻璃质岩石，因其具有较好的耐火性、强度和低导热系数被用于建筑保温材料，虽然珍珠岩具有蜂巢多孔结构，但是这些多孔结构并非能够一直保持，可能会受到水、热的影响而产生闭孔现象，反而导致其导热系数的升高。气凝胶质地轻、隔热效果和防火性能优异，但是其强度非常低，用于耐火板材中非常容易导致板材强度不够、强度稳定性不佳的问题；基于以上问题，本技术复配使用珍珠岩和气凝胶，粒径更小、孔隙率更大的气凝胶部分可填充入珍珠岩的多孔结构中，降低后者闭孔的概率，同时珍珠岩还可提高气凝胶的结构强度，两者共同发挥作用提高耐火板材性能；同时，采用水玻璃对两者进行粘结，解决气凝胶成型差的问题，但是水玻璃用量过多时，板材原料间所构成的网络结构强度越高，原料混合后更容易形成颗粒更大的团聚体，影响最终板材的隔热性能，只有规定无机耐火板材的原料中珍珠岩、水玻璃和硅气凝胶的质量比为(10-12)：(6-8)：(0.5-2)时，板材的耐火性、结构强度和隔热性能才能达到最佳。

23、在一种更优选的实施方式中，所述无机耐火板材的制备原料包括珍珠岩、水玻璃和硅气凝胶，三者的重量比分别为10：7：2。

24、进一步地，所述水玻璃为硅酸钠的水溶液，水玻璃的质量浓度为30-50％。

25、在一种优选的实施方式中，所述水玻璃的质量浓度为40％。

26、进一步地，所述水玻璃的模数(即二氧化硅与氧化钠摩尔数的比值)为1.5-3.5，优选为3。

27、进一步地，所述无机耐火板材的制备方法为：

28、(1)将增强矿石、粘结剂、多孔隔热材料混合后，加水搅拌均匀；

29、(2)使用压制机对混合料及进行压制，之后烘干即可。

30、进一步地，本技术对混合料的压制压力根据板材厚度和密度而定，可进行适应性调整，本发明不做严格规定。

31、进一步地，当所述无机耐火板材的密度为200-600kg/m3，厚度为1-100mm，压制的压力为10-25mpa，优选为12-20mpa。

32、在一种优选的实施方式中，当所述无机耐火板材的密度为320kg/m3，厚度为28mm时，压制的压力为13-18mpa。

33、进一步地，所述烘干采用的温度为130-200℃，优选为140-180℃，更优选为150-160℃。

34、进一步地，热烘时间为5-10h。

35、其次，本技术还提供了所述无机耐火板材在制备排烟风管中的应用；所述排烟风管的管材由所述无机耐火板材表面贴覆钢板而成；贴覆后的无机耐火板材可组装成品排烟风管。

36、有益效果

37、1、本技术的耐火板材为纯无机材料，无石棉，无放射性，不返卤，耐久性好，生产工艺简单，板材密度轻，强度高利于安装运输，板材耐温高，隔热性能好，可用于排烟管的制造中。

38、2、本技术规定所述珍珠岩的颗粒平均直径为0.15～0.25mm，密度为80-150kg/m3，不仅提高了无机耐火板材的结构稳定性，还降低了整体重量；

39、3、本技术无机耐火板材的原料包括珍珠岩、水玻璃和气凝胶，规定质量比分别为(10-12)：(6-8)：(0.5-2)，不仅解决了珍珠岩遇水、热闭孔的问题，还解决了气凝胶不易成型、力学强度低的问题；利用三个原料的共同作用，提高了板材的耐火性、结构强度和隔热性能；

40、4、本技术优选所述气凝胶为硅气凝胶；利用水玻璃和气凝剂中都存在的si-o网络体系，增加了水玻璃对气凝胶的润湿和粘合作用，保证无机耐火板材的结构稳定性，进一步发挥气凝胶的耐火性和隔热性能；

41、5、本技术规定气凝胶的比表面积为100-200m2/g，粒径为7-40nm，控制气凝胶对珍珠岩孔结构的填充量和气凝胶自身的孔径分布状态，进一步提升板材的孔隙率，降低导热系数，提高隔热性能。