專利名稱:核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料及其生產方法。具體講，本發明涉及一種適用于反應堆裝置高溫設備和熱力管道的保溫隔熱材料及其生產方法。
背景技術：
作為反應堆裝置用的保溫材料，國外從二十世紀七十年代開始采用金屬反射層保溫材料，但是由于此種材料造價昂貴，工藝復雜，所以沒有得到廣泛使用。后來針對此課題，美國的研究方向主要集中在礦質纖維棉上，而俄羅斯卻致力于發展膨脹珍珠巖和礦渣棉材料，日本則以研制巖棉和微孔硅酸鈣等保溫材料為主。
目前，國內反應堆裝置用保溫材料一般多為國產超細玻璃棉制品。但是對這樣保溫的設備進行檢修過程中發現，超細玻璃棉制品在使用后常常出現結塊現象，經捻壓變成粉末狀，保溫性能明顯降低。此外，在安裝和拆卸施工時，還存在嚴重粉塵污染，危害工作人員和施工人員身體健康的問題。不僅如此，由于反應堆裝置上設備及管道不規則，為了便于安裝，安裝之前必須事先將這種保溫材料制成與其外形相應的型材，因而增加了保溫材料的生產周期和生產成本。
此外，現有的硅酸鹽保溫隔熱材料保溫性能差，使用溫度不高，回彈率低；而且已有的復合硅酸鹽保溫材料對金屬，例如對奧氏體不銹鋼具有腐蝕傾向，因而影響被保溫設備和管道的壽命和安全性。已有的保溫隔熱材料，例如在ZL91111471.8號發明書中記載的復合硅酸鹽保溫隔熱型材，由于上述原因而不適于在反應堆裝置核級設備及管道的保溫隔熱用途中使用。因此，實際上需要一種保溫性能好、使用溫度高、回彈率高、對金屬(例如奧氏體不銹鋼)設備和管道不產生腐蝕，耐輻照，特別適用于反應堆裝置核級設備及管道的保溫隔熱材料。
發明內容
本發明正是鑒于上述問題而提出和完成的。
本發明目的在于提供一種保溫性能好、使用溫度高、回彈率好、對金屬(例如奧氏體不銹鋼)設備和管道不產生腐蝕，耐輻照，特別適于反應堆裝置核級設備及管道用的保溫隔熱材料。本發明目的還在于提供一種保溫性能好、使用溫度高、回彈率好、對金屬(例如奧氏體不銹鋼)設備和管道不產生腐蝕，耐輻照，特別適于反應堆裝置核級設備及管道的保溫隔熱材料用的生產方法。
本發明的上述目的由以下記載的發明所達成。
本發明中第一方面涉及一種核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，是由多種硅酸鹽礦物材料構成的一種富含微小閉孔結構的彈性纖維復合材料，其特征在于其中含有(重量％)水鎂石纖維45～51、海泡石絨17～25、硅酸鋁纖維棉22～35、快速滲透劑0.8～1.5、改性分散劑0.6～1.1和余量水；其中可溶性氯離子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根與鈉離子含量之和≥10000毫克/千克。
本發明中第二方面涉及一種核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，是由多種硅酸鹽礦物材料構成的一種富含微小閉孔結構的彈性纖維復合材料，其特征在于其中含有(重量％)水鎂石纖維和蛇紋石石棉(二者間重量比為5∶1～2∶1)42～48、海泡石絨21～28、硅酸鋁纖維棉26～39、快速滲透劑0.9～1.9、改性分散劑0.7～1.2和余量水；其中可溶性氯離子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根與鈉離子含量之和≥10000毫克/千克。
本發明中第三方面涉及一種核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，是由多種硅酸鹽礦物材料構成的一種富含微小閉孔結構的彈性纖維復合材料，其特征在于其中含有(重量％)蛇紋石石棉38～43、海泡石絨23～30、硅酸鋁纖維棉28～42、快速滲透劑1.0～2.1、改性分散劑0.8～1.4和余量水；其中可溶性氯離子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根與鈉離子含量之和≥10000毫克/千克。
本發明中第四方面涉及上述核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料的生產方法，其特征在于其中包括優質原材料選擇步驟(I)、水鎂石和/或蛇紋石石棉處理步驟(II)、制漿步驟(III)和制作型材步驟(IV)，其中所述的原材料的組分和用量(重量％)為水鎂石纖維和/或蛇紋石石棉(二者間重量比為5∶1～2∶1)2.50～5.00、海泡石絨1.20～2.50、硅酸鋁纖維棉1.70～3.00、快速滲透劑0.50～1.00、改性分散劑0.50～1.00、硅酸鈉0.10～0.50和余量水。
按照上述本發明方法生產的本發明涉及的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，是一種保溫性能好、使用溫度高、回彈率好、氯離子含量低，特別適于反應堆裝置核級設備及管道用的白色軟氈狀保溫隔熱材料。
本發明產品經國電電力建設研究所檢測，其主要性能參數示于表1之中。本發明產品的保溫隔熱性能遠遠優于常見的保溫隔熱材料，其主要性能與常見的保溫隔熱材料主要性能比較數據，匯集在表2之中。
表1核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料的主要性能參數表
表2核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料與普通保溫材料性能比較表
從表1和表2中數據可以看出，本發明涉及的復合硅酸鹽保溫隔熱材料的綜合性能，不但優于其他種類的保溫材料，而且也優于已有的復合硅酸鹽保溫材料。本發明的復合硅酸鹽保溫隔熱材料，容重(40±3)遠遠低于已有的保溫材料，常溫導熱系數低(0.031W/m·K)，使用溫度可以高達1000℃，因而具有優良的保溫隔熱性能。特別是其中氯離子含量低(小于100mg/kg)，試驗表明不會對奧氏體不銹鋼產生腐蝕，適用于以奧氏體不銹鋼為主體結構材料的反應堆裝置高溫設備及其管道的保溫隔熱。由于容重小，施工中無需任何機械設備和支護裝置。此外還可以重復使用。因此，本發明的復合硅酸鹽保溫隔熱材料特別適合于一些需要定期檢修與維護設備和管道的保溫隔熱。
具體實施方式
以下詳細說明本發明。
本發明中第一方面涉及一種核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，其中所述的材料是由多種硅酸鹽礦物材料構成的一種富含微小閉孔結構的彈性纖維復合材料，其特征在于其中含有(重量％)水鎂石纖維45～51、海泡石絨17～25、硅酸鋁纖維棉22～35、快速滲透劑0.8～1.5、改性分散劑0.6～1.1和余量水；其中可溶性氯離子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根與鈉離子含量之和≥10000毫克/千克。
上述本發明第一方面所涉及的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料中，優選含有(重量％)水鎂石纖維48～50、海泡石絨20～22、硅酸鋁纖維棉27～30、快速滲透劑1.2～1.5、改性分散劑0.8～1.0和余量水。
本發明第二方面涉及一種核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，是由多種硅酸鹽礦物材料構成的一種富含微小閉孔結構的彈性纖維復合材料，其特征在于其中含有(重量％)水鎂石纖維和蛇紋石石棉(二者間重量比為5∶1～2∶1)42～48、海泡石絨21～28、硅酸鋁纖維棉26～39、快速滲透劑0.9～1.9、改性分散劑0.7～1.2和余量水；其中可溶性氯離子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根與鈉離子含量之和≥10000毫克/千克。
上述本發明第二方面所涉及的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料中，優選含有(重量％)水鎂石纖維和蛇紋石石棉(二者間重量比為3∶2～2∶1)44～46、海泡石絨24～26、硅酸鋁纖維棉30～35、快速滲透劑1.4～1.7、改性分散劑0.7～1.0和余量水。
本發明第三方面涉及一種核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，其中所述的材料是由多種硅酸鹽礦物材料構成的一種富含微小閉孔結構的彈性纖維復合材料，其特征在于其中含有(重量％)蛇紋石石棉38～43、海泡石絨23～30、硅酸鋁纖維棉28～42、快速滲透劑1.0～2.1、改性分散劑0.8～1.4和余量水；其中可溶性氯離子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根與鈉離子含量之和≥10000毫克/千克。
上述本發明第三方面所涉及的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料中，優選含有(重量％)蛇紋石石棉40～41、海泡石絨25～28、硅酸鋁纖維棉34～38、快速滲透劑1.0～1.5、改性分散劑1.0～1.2和余量水。
本發明中第四方面涉及一種上述核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料的生產方法，其特征在于其中包括優質原材料選擇步驟(I)、水鎂石和/或蛇紋石石棉處理步驟(II)、制漿步驟(III)和制作型材步驟(IV)，其中所述的原材料的組分和用量(重量％)為水鎂石纖維和/或蛇紋石石棉(二者間重量比為5∶1～2∶1)2.50～5.00、海泡石絨1.20～2.50、硅酸鋁纖維棉1.70～3.00、快速滲透劑0.50～1.00、改性分散劑0.50～1.00、硅酸鈉0.10～0.50和余量水。
所述的優質原材料選擇步驟(I)中，應當選擇使用以下原材料水鎂石纖維優選纖維長而疏松，粉塵和顆粒雜質小于1％，例如質量等級等于或優于四級的產品(陜南非金屬礦業公司生產的四級品)。
蛇紋石石棉，優選纖維長而疏松，粉塵和顆粒雜質小于1％，例如質量等級等于或優于四級的產品(例如青海祈連石棉總公司生產的四級品)。
硅酸鋁纖維，優選最高使用溫度不低于1200℃、顆粒雜質小于1％的產品(例如重慶耐火材料廠生產的優質產品)。
海泡石絨優選海泡石含量大于95％、粉塵雜質小于1％的產品(例如陜南洛南縣廉盈海泡石廠生產的優質品)。
快速滲透劑(或稱為琥珀酸二辛酯磺酸鈉)，優選使用其中琥珀酸二辛酯磺酸鈉含量不低于48％的低味或無味產品(例如湖北棗陽化工廠或重慶化工廠生產的產品)。
改性分散劑，優選由襄樊市建材涂料廠生產的一種商品(商品名為“PDS-改性分散劑”)，是在VEA乳化液進行改性的基礎上，用一種無機分散劑S和一種無機乳化劑D進行嫁接機制合成的一種乳白色膠狀液體，含固量在30％以上，粘度適中為60S左右的產品。
硅酸鈉優選分析純級的試劑產品。
工業純水優選電導率(25℃)小于10μs/cm的工業純水。
在上述水鎂石和/或蛇紋石石棉處理步驟(II)中，將所需量的水鎂石和/或蛇紋石石棉置于原材料處理器內，加入適量工業純水先進行浸泡，然后清洗并排出清洗水，清洗和排水操作重復至清洗水中氯離子含量小于95毫克/千克為止。
在上述水鎂石和/或蛇紋石石棉處理步驟(II)中，優選使用氯離子含量小于5毫克/千克、電導率(25℃)小于10μs/cm的工業純水，浸泡操作至少持續20～30分鐘，以便將原材料中的可溶性氯離子盡可能除去，降低產品中可溶性氯離子含量。
在上述制漿步驟(III)中，將經過上述步驟(II)處理的水鎂石和/或蛇紋石石棉移到攪拌池內，加入全部快速滲透劑和工業純水以適當速度開機攪拌，攪拌下加入全部硅酸鋁纖維，再加入全部海泡石、改性分散劑和硅酸鈉，使其充分分散和混合。
在上述制漿過程(III)優選以如下方式進行，即開機攪拌5分鐘后加入硅酸鋁纖維，再經過10分鐘后加入海泡石絨、改選分散劑和硅酸鈉，攪拌時間共計約為25分鐘。攪拌中應適當控制攪拌速度，原則是使不因速度過高而將纖維打斷，也不因速度過低而使纖維不能充分分散。
在上述制作型材步驟(IV)中，將上述步驟(III)中得到的漿料澆注在模具內，放入烘房內于50～145℃進行烘烤，使漿料中的水份逐漸蒸發后形成型材。烘烤優選分三個階段進行在50～85℃溫度下大約進行6小時，在85～115℃溫度下大約進行6小時，和在115～145℃溫度下大約進行6小時。這樣能使水份逐漸蒸發，既能避免因水份急劇蒸發而導致形成型材內部的結構不均勻，使材料的保溫性能降低，影響型材的成形性，也不致使烘烤時間拖得過長，降低生產效率。
以下列舉實施例進一步詳細說明本發明。
實施例1將水鎂石纖維(陜南非金屬礦業公司生產的四級品)15千克置于原材料處理器內，加入適量工業純水(氯離子含量小于5毫克/千克、電導率(25℃)小于10μs/cm的工業純水)，浸泡20～30分鐘，然后用工業純水清洗，排掉清洗水，如此反復操作直至清洗水中氯離子含量小于95毫克/千克為止。
將經過上述處理的水鎂石纖維移入攪拌池內，加入快速滲透劑(重慶化工廠生產)2.5千克和270千克工業純水，開機攪拌5分鐘后加入硅酸鋁纖維棉(重慶耐火材料廠生產的優質產品)8千克，攪拌10分鐘后加入海泡石絨(陜南洛南縣廉盈海泡石廠生產的優質品)5千克、改性分散劑(襄樊市建材涂料廠生產)1.8千克、硅酸鈉(分析純試劑)0.5千克。繼續攪拌，總攪拌時間約為25分鐘，制成漿料。
將制成的漿料轉移至模具內，放入烘房內分三個階段進行烘烤50～85℃溫度下大約進行6小時，85～115℃溫度下大約進行6小時，和115～145℃溫度下大約進行6小時。得到干燥成形的材料，經過修剪后得到成品復合硅酸鹽保溫隔熱材料(1)。
所得到的材料中各原料組分含量(重量％)為水鎂石纖維50、硅酸鋁纖維棉27.5、海泡石絨17、快速滲透劑1.5、改性分散劑0.8和余量水。該產品經國電電力建設研究所檢測，其主要性能指標示于表3之中。
表3實施例1產品的主要性能指標
實施例2～10除了使用表4中列出的原材料及用量以外，與實施例1同樣進行處理(其中蛇紋石或者水鎂石與蛇紋石石棉的原材料處理方法與實施例1中水鎂石的處理方法相同)，得到了成品復合硅酸鹽保溫隔熱材料(2～10)，產品(2～10)中各組分含量及其性能指標分別示于表5和表6之中。
表4實施例2～實施例10中使用的原材料和數量*單位千克
*(各實施例中使用的硅酸鈉量均為0.5千克)表5實施例2～實施例10的成品中各組分含量(重量％)表
表6實施例2～實施例10的成品(2～10)的性能指標表
權利要求
1.一種核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，是由多種硅酸鹽礦物材料構成的一種富含微小閉孔結構的彈性纖維復合材料，其特征在于其中含有(重量％)水鎂石纖維45～51、海泡石絨17～25、硅酸鋁纖維棉22～35、快速滲透劑0.8～1.5、改性分散劑0.6～1.1和余量水；其中可溶性氯離子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根與鈉離子含量之和≥10000毫克/千克。
2.按照權利要求
1所述的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，其特征在于其中含有(重量％)水鎂石纖維48～50、海泡石絨20～22、硅酸鋁纖維棉27～30、快速滲透劑1.2～1.5、改性分散劑0.8～1.0和余量水。
3.一種核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，是由多種硅酸鹽礦物材料構成的一種富含微小閉孔結構的彈性纖維復合材料，其特征在于其中含有(重量％)水鎂石纖維和蛇紋石石棉(二者間重量比為5∶1～2∶1)42～48、海泡石絨21～28、硅酸鋁纖維棉26～39、快速滲透劑0.9～1.9、改性分散劑0.7～1.2和余量水；其中可溶性氯離子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根與鈉離子含量之和≥10000毫克/千克。
4.按照權利要求
3所述的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，其特征在于其中含有(重量％)水鎂石纖維和蛇紋石石棉(二者間重量比為3∶2～2∶1)44～46、海泡石絨24～26、硅酸鋁纖維棉30～35、快速滲透劑1.4～1.7、改性分散劑0.7～1.0和余量水。
5.一種核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，是由多種硅酸鹽礦物材料構成的一種富含微小閉孔結構的彈性纖維復合材料，其特征在于其中含有(重量％)蛇紋石石棉38～43、海泡石絨23～30、硅酸鋁纖維棉28～42、快速滲透劑1.0～2.1、改性分散劑0.8～1.4和余量水；其中可溶性氯離子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根與鈉離子之和≥10000毫克/千克。
6.按照權利要求
5所述的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料，其特征在于其中含有(重量％)蛇紋石石棉40～41、海泡石絨25～28、硅酸鋁纖維棉34～38、快速滲透劑1.0～1.5、改性分散劑1.0～1.2和余量水
7.按照權利要求
1～6中任何一項所述的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料的生產方法，其特征在于其中包括優質原材料選擇步驟(I)、水鎂石和/或蛇紋石石棉處理步驟(II)、制漿步驟(III)和制作型材步驟(IV)，其中原材料的組分和用量(重量％)為水鎂石纖維和/或蛇紋石石棉(二者間重量比為5∶1～2∶1)2.50～5.00、海泡石絨1.20～2.50、硅酸鋁纖維棉1.70～3.00、快速滲透劑0.50～1.00、改性分散劑0.50～1.00、硅酸鈉0.10～0.50和余量水。
8.按照權利要求
7所述的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料的生產方法，其特征在于其中所述的優質原材料，是纖維長而疏松，粉塵和顆粒雜質小于1％的水鎂石纖維；纖維長而疏松，粉塵和顆粒雜質小于1％的蛇紋石石棉；最高使用溫度不低于1200℃、顆粒雜質小于1％的所述的硅酸鋁纖維棉；海泡石含量大于95％、粉塵雜質小于1％的海泡石絨；快速滲透劑中琥珀酸二辛酯磺酸鈉含量不低于48％，低味或無味的快速滲透劑；含固量在30％以上，粘度適中為60S左右的改性分散劑；以及分析純級試劑硅酸鈉和電導率(25℃)小于10μs/cm的工業純水。
9.按照權利要求
7所述的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料的生產方法，其特征在于其中在所述的水鎂石和/或蛇紋石石棉的處理步驟(II)中，對水鎂石和/或蛇紋石石棉用工業純水進行浸泡，然后反復清洗至清洗水中氯離子含量小于95毫克/千克為止。
10.按照權利要求
7所述的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料的生產方法，其特征在于其中在所述的制漿步驟(III)中，將經過上述步驟(I)處理的水鎂石和/或蛇紋石石棉在攪拌池內，加入速滲透劑和工業純水后攪拌，攪拌下加入硅酸鋁纖維、海泡石、改性分散劑和硅酸鈉，使其充分分散和混合。
11.按照權利要求
10所述的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料的生產方法，其特征在于其中在所述的制漿步驟(III)中，攪拌5分鐘后加入所述的硅酸鋁纖維，再經過10分鐘后加入海泡石絨、改選分散劑和硅酸鈉，攪拌時間共計約為25分鐘。
12.按照權利要求
7所述的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料的生產方法，其特征在于其中在在所述的制作型材步驟(IV)中，將得到的漿料澆注在模具內，于50～145℃進行烘烤，使漿料中的水份逐漸蒸發后形成型材。
13.按照權利要求
12所述的核級復合硅酸鹽保溫隔熱材料的生產方法，其特征在于其中所述的烘烤分三個階段進行50～85℃溫度下大約進行6小時，85～115℃溫度下大約進行6小時，和115～145℃溫度下大約進行6小時。
專利摘要
一種保溫性能好、使用溫度和回彈率高、對金屬(如奧氏體不銹鋼)設備和管道不腐蝕，適用于反應堆裝置核級設備及管道的復合硅酸鹽保溫隔熱材料及其生產方法。該材料是富含微小閉孔結構的彈性纖維復合材料，含有水鎂石纖維和/或蛇紋石石棉、海泡石絨、硅酸鋁纖維棉、快速滲透劑、改性分散劑和水；可溶性氯離子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根與鈉離子含量之和≥10000毫克/千克。該材料的生產方法包括優質原材料選擇步驟(I)、水鎂石和/或蛇紋石石棉處理步驟(II)、制漿步驟(III)和制作型材步驟(IV)。
文檔編號G21C11/08GKCN1781867SQ200410096621
公開日2006年6月7日 申請日期2004年12月3日
發明者楊丹宜, 覃萬平, 朱軍, 胡偉, 齊劍, 孫廷全, 張幫泉, 游紹賢, 陳紹明 申請人:中國核動力研究設計院, 重慶市亞核保溫材料股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan