新型FBT-X稀土系列复合保温材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及保温材料领域，具体涉及新型FBT-X系列稀土复合保温材料及其制备方法。
背景技术
绝热技术是节能降耗最经济以及收效最明显的重要措施，研发新型绝热材料是节能、降耗和减排的重要课题。目前的工业保温仍然是传统的岩棉、玻璃棉和硅酸铝棉等无机纤维材料占主导地位，这类材料价格相对便宜、施工简单，但大多存在产品材质单一、功能受限、绝热性能差、不能长期稳定使用等问题。上世纪九十年代发展起来的复合型保温材料，其绝热性能和使用寿命具有一定的优势，并特别适用于异形设备保温，曾一度受到用户的青睐。但这类材料无统一配方，由于发展过快，泥沙俱下，良莠不齐，性能质量差别很大，尤其是随着国家对环保要求的提高和一些新型材料的出现，这类材料的弊端和不足逐渐显露出来。其一，该类产品使用的原材料中大都有石棉和OT渗透剂，石棉为致癌物质，OT渗透剂有刺激性气味，给生产操作人员的健康造成危害，对环境有污染，有的板材生产过程中能耗高，不符合节能环保要求；其二，有些产品绝热性能不佳，特别一些以石棉为基料的板毡类材料，内部孔径大，对对流和辐射散热的阻隔性能差，高温状态下导热系数高，保温效果不佳；其三，有些产品结构强度不稳定，特别一些以海泡石为主料与其他材料混合成的粉料，长期使用会出现开裂和粉化脱落的情况；其四，该类材料配方不一，种类较多，但大都型号单一，功能局限，致使在实际应用中保温结构形式也单一，在许多使用场合无法进行功能优势互补的合理组合，不能更好地满足各种不同工况的使用要求。
近年来，出现了以气凝胶为代表的纳米级新型绝热材料，这类材料绝热性能优异，但是价格昂贵，且大都与纤维材料复合使用，纤维材料的弊端和气凝胶自身的弱点依然存在，因而对其推广应用也有一定的制约。因此，开发一种性能优越、价格适中、综合性价比高的绝热材料非常必要。
发明内容
本发明提供了新型FBT-X系列稀土复合保温材料。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明的一个目的是提供一种新型FBT-X系列稀土复合保温材料，以硅酸铝纤维棉、海泡石绒和水镁石纤维为基料制作而成，制备所述稀土复合保温材料的原料包括如下重量份的组分：
硅酸铝纤维棉10-20份、海泡石绒10-20份、水镁石纤维15-20份、填料20-40份、添加剂5-10份、粘结剂2-4份和水，水的重量为前述组分重量之和的3-3.5倍。
在一些实施方式中，所述填料为膨胀珍珠岩、膨胀珍珠岩粉、玻化微珠、空心陶瓷微珠、膨润土、硅藻土、水泥中的一种或多种以上的组合。
在一些实施方式中，所述粘结剂为聚乙烯醇、聚酰亚胺、稀土无机高温粘结剂中的一种或两种以上的组合。
在一些实施方式中，所述添加剂为AEC表面活性剂、异构醇磺酸脂和有机硅憎水乳液中的一种或两种以上的组合。
在一些实施方式中，FBT-X1基本型复合材料包括如下重量份的组分：优质硅酸铝纤维棉10份、海泡石绒15份、水镁石纤维15份、膨润土20份、膨胀珍珠岩30份、AEC表面活性剂3份、异构醇磺酸脂3份、聚酰亚胺3份、稀土无机高温粘结剂1份、水350份。
在一些实施方式中，FBT-X2型复合材料包括如下重量份的组分：优质硅酸铝纤维棉15份、海泡石绒15份、水镁石纤维15份、膨润土17份、膨胀珍珠岩粉25份、AEC表面活性剂3份、异构醇磺酸脂3份、聚酰亚胺1.5份、聚乙烯醇2.5份、有机硅憎水乳液3份、水310份。
在一些实施方式中，FBT-X3型复合材料包括如下重量份的组分：优质硅酸铝纤维棉15份、海泡石绒15份、水镁石纤维15份、硅藻土10份、水泥10份、玻化微珠20份、AEC表面活性剂剂3份、异构醇磺酸脂3份、聚乙烯醇2.5份、有机硅憎水乳液5份、聚酰亚胺1.5份、水320份。
具体地，本发明所采用的水泥为硅酸盐水泥。
在一些实施方式中，FBT-X4型复合材料包括如下重量份的组分：优质硅酸铝纤维棉15份、海泡石绒15份、水镁石纤维15份、膨润土15份、玻化微珠15份、玻璃微珠5份、纳米空心陶瓷微珠10份、AEC表面活性剂3份、异构醇磺酸脂3份、聚酰亚胺2份、稀土无机高温粘接剂2份、水300份。
本发明的又一个目的是提供上述的稀土复合保温材料的制备方法，包括如下步骤：
取稀释后的AEC表面活性剂和异构醇磺酸酯，加入硅酸铝纤维棉浸泡，搅拌，待发泡至一定程度，加入其他原料搅拌均匀，即得所述稀土复合保温材料。
具体地，称取各原料组分，取AEC表面活性剂和异构醇磺酸酯加水稀释，向其中加入硅酸铝纤维棉，浸泡8小时以上，放入专用旋流式搅拌机中搅拌约20分钟，待发泡至一定程度，依次加入其他原料，边加料边搅拌，搅拌约40分钟均匀形成粘稠膏状浆料。
本发明创造的优点或有益效果：
1、本发明的稀土复合保温材料隔热效果极佳，特别是高温绝热性能更好。可达到保温表面温度不超过环境温度15℃，散热损失优于国家标准的要求；采用本发明的稀土复合保温材料保温时，用料省，仅为传统材料的1/3-1/2，大大减少了散热面积和占用空间；
2、本发明的稀土复合保温材料粘接力强，结构整体性好，高温强度高，不开裂、不脱落，无接缝、无粉化现象，使用寿命长，维护费用低，综合性价比高；
3、本发明的稀土复合保温材料应用范围广，可用于-40℃至800℃环境下的保温，用于石油、化工、电力、冶金等行业的各种设备和管道的保温，并特别适用于异形体，如汽轮机、热泵、球体、阀门、弯头和变径管段的保温；
4、施工简单易行，无需特别机具和技能，只进行粘贴和涂抹即可，易保证施工质量；保温材料制作成型后，可随意挖补，方便检测、检修。
5、安全环保，属于高等级不燃材料，耐酸、碱、油，防腐蚀、防水、防潮，无毒、无味，不散发粉末微尘，余料可回收利用，不污染环境，属于绿色环保产品。
该产品在绝热性能、力学性能、防水性能、环保性能和使用寿命等方面较过去同类产品都有显著的提高，是硅酸盐复合材料中突出的创新换代产品。
具体实施方式
下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
下面的实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店或生产厂家购得。实例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。
FBT稀土复合保温涂料是上世纪九十年代的专利产品，曾被国家科委列入国家级科技成果推广计划，但随着科技的不断发展有些落伍了。本发明是在改进原FBT配方的基础上提供了一组新型的稀土复合保温材料，包括如下重量份组分：
硅酸铝纤维棉10-20份、海泡石绒10-20份、水镁石纤维15-20份、填料20-40份，添加剂5-10份，粘结剂2-4份和水，水的重量为前述组分重量之和的3-3.5倍。
其中基料为硅酸铝纤维棉、海泡石绒、水镁石纤维；填料为膨胀珍珠岩、膨胀珍珠岩粉、玻化微珠、玻璃微珠、纳米空心陶瓷微珠、膨润土、硅藻土、水泥中的一种或两种以上的组合；粘结剂为聚乙烯醇、聚酰亚胺、稀土无机高温粘结剂中的一种或两种以上的组合；添加剂为AEC表面活性剂、异构醇磺酸脂、有机硅憎水乳液中的一种或两种以上的组合。
该材料有较广的适用范围，能够用于-40℃至800℃的各种设备和管道的保温，特别适用于异形体的保温。具体根据使用场景和使用对象，可以分为多个类型，下面结合具体实施例进行介绍。
实施例1
本实施例提供了FBT-X1基本型稀土复合保温材料，原料包括如下重量份的组分：
硅酸铝纤维棉10份、海泡石绒15份、水镁石纤维15份、膨润土20份、膨胀珍珠岩30份、AEC表面活性剂3份、异构醇磺酸脂3份、聚酰亚胺3份、稀土无机高温粘结剂1份以及水，水的加入量为以上各原料组分重量之和的3.5倍。
该稀土保温材料按如下步骤制备：
称取各原料组分，取AEC表面活性剂和异构醇磺酸酯加水稀释，向其中加入硅酸铝纤维棉浸泡8小时以上，放入专用旋流式搅拌机中搅拌约20分钟，待发泡至一定程度，依次加入海泡石绒、水镁石纤维、膨润土、膨胀珍珠岩、聚酰亚胺、稀土无机高温粘结剂，边加料边搅拌，搅拌约40分钟均匀形成粘稠膏状浆料，即得FBT-X1基本型稀土复合保温材料。
本发明实施例1提供了一种基本型稀土复合保温材料，在原FBT配方的基础上，用其它材料代替了石棉绒和OT渗透剂，改善了环保性能。将普通硅酸铝棉改为用优质硅酸铝纤维棉，将普通膨胀珍珠岩改换为优质膨胀珍珠岩，提高了原材料基体的绝热性能和力学性能。通过添加其它的新型辅助材料，经特定工艺和理化作用，使材料内部产生大量封闭的类真空微孔，增大了孔隙率和比表面积，待保温材料干燥后内部呈现层式网状叠力单元和填充结构，具有很强的构架和亲和力。保温材料既具有基料自身所具备的绝热作用，通过复合形成的新结构又进一步加强了保温材料的绝热功能和结构强度，极大地提高了材料的绝热效果和使用寿命。
该基本型的稀土复合保温材料可以用制备所得的膏状浆料直接进行涂抹施工，也可以将膏状浆料用模具成形后，采用热风干燥和自然晾晒制成板材和其他型材，使用时用该浆料将其粘贴在被保温体上，适用于大多数工况条件和使用场合。
实施例2
本实施例提供了FBT-X2表面型稀土复合保温材料，原料包括如下重量份的组分：
硅酸铝纤维棉15份、海泡石绒15份、水镁石纤维15份、AEC表面活性剂3份、异构醇磺酸脂3份、膨润土17份、膨胀珍珠岩粉25份、聚酰亚胺1.5份、聚乙烯醇2.5份、有机硅憎水乳液3份以及水，水的加入量为以上各原料组分重量之和的3.1倍。
该稀土保温材料按如下步骤制备：
称取各原料组分，首先取AEC表面活性剂和异构醇磺酸酯加水稀释，向其中加入硅酸铝纤维棉浸泡8小时以上，放入专用旋流式搅拌机中搅拌约20分钟，待发泡至一定程度，依次加入海泡石绒、水镁石纤维、膨润土、膨胀珍珠岩粉、聚酰亚胺、聚乙烯醇和有机硅憎水乳液，边加料边搅拌，搅拌约40分钟，形成均匀粘稠膏状浆料，即得所述稀土复合保温材料。
该类型材料使用时可以用膏状浆料进行涂抹施工，在被保温体上隔热层施工结束后，将该类型膏状浆料涂抹在隔热层表面，起到使表面美观和一定的防水保护作用。
本实施例在实施例1的基础上将膨胀珍珠岩改为珍珠岩粉，增加了保温材料的密实度，使保温材料的表面更加细腻美观；而增加了优质硅酸铝纤维棉的用量以及有机硅憎水乳液的添加，进一步提高了材料表面的抗拉强度，避免材料表面开裂和粉化，具有更好的防水和保护作用。该种稀土复合保温材料主要用膏状浆料涂抹于保温外表面，适用于制作成不易做金属保护层的异形体的表面保护层。
实施例3
本实施例提供了FBT-X3强化型稀土复合保温材料，原料包括如下重量份的组分：
硅酸铝纤维棉15份、海泡石绒15份、水镁石纤维15份、AEC表面活性剂3份、异构醇磺酸脂3份、硅藻土10份，水泥10份、玻化微珠20份、聚乙烯醇2.5份、聚酰亚胺1.5份、有机硅憎水乳液5份以及水，水的加入量为其它原料组分重量之和的3.2倍。
该稀土保温材料按如下步骤制备：
称取各原料组分，首先取AEC表面活性剂和异构醇磺酸酯加水稀释，向其中加入硅酸铝纤维棉浸泡8小时以上，放入专用旋流式搅拌机中搅拌约20分钟，待发泡至一定程度，依次加入海泡石绒、水镁石纤维、硅藻土、水泥、玻化微珠、聚酰亚胺、聚乙烯醇、有机硅憎水乳液，边加料边搅拌，搅拌约40分钟，形成均匀粘稠膏状浆料，即得所述稀土复合保温材料。
本实施例提供的稀土复合保温材料在实施例1的配方中去掉了膨润土和膨胀珍珠岩等材料，增加吸水少硬度大的玻化微珠和活性高的硅藻土和水泥等材料，并添加了有机硅憎水乳液，使材料的表面硬度、抗压强度和憎水性能大大提高，该种稀土复合保温材料主要用膏状浆料以涂抹法施工，用于大型储罐灌顶等易踩踏和有承重需要的场合。
实施例4
本实施例提供了FBT-X4高温型稀土复合保温材料，原料包括如下重量份的组分：
硅酸铝纤维棉15份、海泡石绒15份、水镁石纤维15份、AEC表面活性剂3份、异构醇磺酸脂3份、膨润土15份、玻化微珠15份、玻璃微珠5份、纳米空心陶瓷微珠10份、聚酰亚胺2份、稀土无机高温粘结剂2份以及水，水的加入量为以上各原料组分重量之和的3倍。
该稀土保温材料按如下步骤制备：
称取各原料组分，首先取AEC表面活性剂和异构醇磺酸酯加水稀释，向其中加入硅酸铝纤维棉浸泡8小时以上，放入专用旋流式搅拌机中搅拌约20分钟，待发泡至一定程度，依次加入海泡石绒、水镁石纤维、膨润土、玻化微珠、玻璃微珠、纳米空心陶瓷微珠、聚酰亚胺、稀土无机高温粘结剂，边加料边搅拌约40分钟，形成均匀粘稠膏状浆料，即得所述稀土复合保温材料。
本实施例提供的稀土复合保温材料在实施例1配方的基础上，加入了耐高温以及遮蔽辐射、反辐射能力强的玻化微珠、玻璃微珠和纳米空心陶瓷微珠等无机功能材料，大大增强了稀土复合保温材料的高温绝热性能和高温强度。该型号可以用膏状浆料进行涂抹施工，也可以将膏状浆料用模具成形后，用加热干燥和自然晾晒制成板材和其他型材，使用时用浆料将其粘贴在被保温体上。该材料主要适用于500℃以上高温、辐射散热较大的设备保温，以及需要减薄保温层厚度等有特殊工况要求的场合。特别是与FBT-1基本型组合使用可得到更经济更好的使用效果。
各型号产品的主要技术参数如下表：
注：“-”表示未进行相关性能数据的检测。因实施例2、3主要用于保温表面温度不高的情况，故不需要做高温导热系数和高温强度数据检测，而增加憎水性能检测，根据需要实施例3还增加了抗压强度的检测。
本发明利用正交试验科学方法安排试验，利用数理统计原理分析试验结果，通过数据分析，反复优化配方和工艺方案，首先实现了实施例1的基本型稀土复合保温材料的配方和工艺定型。该基本型材料不含石棉和OT渗透剂，达到环保要求，同时具有比原FBT复合保温材料更加优异的绝热性能和结构强度，可以应用于大多数保温工况和保温场所。在基本型的基础上，继而研制出了实施例2-4等具有不同特性和不同用途的产品。实施例2的表面型稀土复合保温材料用于保温层外表面，既使保温表面更加美观又提高了材料的强度，还赋予材料更好的憎水性能。实施例3的高强型稀土复合保温材料在基本型基础上提高了硬度和抗压强度，适用于被踩踏和承重受力的场所。实施例4的高温型稀土复合保温材料可应用于较高温度的场合，可以在高温工况下与其他材料结合使用，减少保温厚度，以降低建造成本和简化施工过程。
本发明的复合保温材料可根据被保温体的形状和工作条件要求，将膏体浆料利用模具预制成板材、管壳、弯头壳、阀门壳、管道支吊架等制成品，在现场施工时利用膏状浆料将预制的型材和制成品粘贴在被保温设备上，这样可以简化施工步骤，提高施工效率，以满足尽快投产的要求。
在实际应用中，可根据不同设备形状、不同工况条件和不同使用场合，利用上述复合保温材料和其他通用材料，设计相应的不同形式的保温结构，使各种材料得到性能互补、合理的优化组合使用，提高其综合性能，以达到绝热效果更好、防水性能更强、建造费用更低和使用寿命更长的理想效果。具体有以下的应用场景：
1.应用于管道、圆柱形等规则形状设备的隔热保温结构：若为中、低温情况，使用FBT-X1基本型保温材料外加超细玻璃棉材料作为隔热层；若为高温使用环境，则在贴近设备表面处使用FBT-X4高温型材料，中部用FBT-X1基本型材料，外部用超细玻璃棉材料。使用上述的搭配方法，相比只使用同一种材料，可减少保温材料的厚度，降低材料成本，减少了施工工作量和施工费用，且降低了散热面积，进而减少了散热损失。在FBT-1材料表面刷涂防水固化剂，玻璃棉表面敷有铝箔，最外面包铝皮，这样由三重防水结构组成的保护层有极好的防水性能，克服了因雨雪、大风等极端天气引起保温状态的异常波动，减少介质温度急剧下降和大量散热损失，保障生产平稳运行。
2.应用于阀门、热泵、汽轮机等异形状设备的保温结构，内部隔热层可与规则形状设备相同，表面用FBT-X2表面型和镁钢无机防水材料组成保护层，这样的保温结构特别适宜于异型体表面的施工成形，其保温性能和防水效果较传统保温结构都有极大提高。
3.应用于大型储罐罐顶等易踩踏或承重表面的隔热保温结构：隔热层采用FBT-X3高强型复合保温材料，表面用FBT-X2表面型和镁钢无机防水材料组成保护层，极大地增强了保温结构的整体强度和防水性能。保证了在踩踏和承载情况下的正常使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
