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莫來石纖維的表面改性工藝過程研究 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2014-03-11 09:54:48 瀏覽次數: |
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【作 者】 艾晶;
【導 師】 于建國;宋興福;
【機 構】 華東理工大學, 化學工程, 2013, 碩士
【摘 要】 在治理汽車尾氣排放污染方面,三元催化器發揮著重要作用,其核心部件為負載催化劑的陶瓷塊體,襯墊包裹在陶瓷體外,起著保護易碎的陶瓷載體、緩沖、隔熱、降低噪音以及密封防止尾氣逸出的作用。
隨著尾氣排放標準愈加嚴格,對襯墊的要求也提出了更高要求,莫來石纖維在高溫氧化環境下具有良好的穩定性和力學性能,是制備新型襯墊的理想原料,莫來石纖維必須進行表面改性,以適應襯墊加工成型要求。
論文運用第一性原理,構建了莫來石晶體的周期性結構,獲得最小重復單元結構包括63個原子的莫來石晶胞,符合密度泛函理論的CASTEP計算要求;通過莫來石的晶體結構優化和表面能計算,結果表明莫來石晶體帶隙為4.537eV,呈現非導性,符合莫來石較低的介電常數(ε=6.7)。根據XRD圖譜,對部分晶面構建切面模型,并能量進行計算,計算表明晶面(111)能量最低,顯示出較穩定狀態。選取晶面(111)考察了硅烷偶聯劑在莫來石晶體切面的作用情況,計算表明硅烷偶聯劑水解產物硅醇中的羥基與晶體表面的H原子結合,離開反應物結構生成水分子,硅醇中的Si原子與晶體表面羥基中的O原子形成共價鍵,鍵長為1.614A,驗證了硅烷偶聯劑在無機材料表面形成化學鍵的作用,為實驗提供理論基礎。
運用丙烯酸、硅烷偶聯劑、聚乙二醇單油酸酯、十二烷基硫酸鈉為原料配制浸潤劑,以冰醋酸為pH調節劑,設計正交實驗研究了不同組分配比下浸潤劑對纖維樣品表面被覆量的影響,以及處理條件對改性后纖維表面被覆量的影響,優選了原料配方和工藝條件。實驗表明,在75℃,處理時間90min,丙烯酸質量含量20%的條件下,經處理纖維表面被覆量最高。采用丙烯酸作為成膜劑的浸潤劑在纖維表面的被覆量為5.5%,相同條件下用環氧樹脂作為成膜劑的浸潤劑在纖維表面的被覆量為14.3%。正交實驗結果表明,成膜劑、偶聯劑、潤滑劑的含量對纖維表面被覆量的影響大小為成膜劑>偶聯劑>潤滑劑。通過紅外光譜、熱重-差熱、掃描電鏡分析表明經浸潤劑改性的纖維樣品表面含有偶聯劑與丙烯酸成分,硅烷偶聯劑水解后生成的硅醇與纖維表面的-OH作用形成了Si-O-Si結構,纖維間相互粘結,纖維樣品表面富有光澤,柔軟度有較大改善,改善了纖維表面性質。
【關鍵詞】 莫來石纖維; 浸潤劑; 表面改性; 被覆量; 密度泛函理論;
莫來石
中文名:藍晶石;莫來石;富鋁紅柱石;硅線石
英文名:Aluminum silicate;Aluminosilicate;Ceramic fibre;Cyanite;Disthene;Kaopolite;Kyanite;Mullite;
Safe-n-dri;Silicic acid aluminum salt
化學式:3Al2O3·2SiO2。無色。含雜質時帶玫瑰紅色或藍色。斜方晶系,成柱狀或針狀晶體。熔融溫度約1910℃。
在煅燒粘土、高鋁質原料(如藍晶石、紅柱石、硅線石)和陶瓷時生成。是粘土磚、高鋁磚和瓷器等的主
要組分。產于蘇格蘭的莫爾島等地。也可用電熔法制得。
耐火度: 1800°C時仍很穩定,1810 °C分解為剛玉和液相。
應 用: 莫來石是一種優質的耐火材料,它具有膨脹均勻、熱震穩定性極好、荷重軟化點高、高溫蠕變值小、硬
度大、抗化學腐蝕性好等特點,主要有高純電熔莫來石、普通電熔莫來石、全天然鋁礬土精礦燒結莫來
石和輕燒莫來石。
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