耐火材料结合剂的6大结合机理及选用原则
2020-07-09 11:34:53 点击：
耐火材料结合剂的结合机理
结合剂的种类不同，其结合散状耐火原料的机理也有所区别。常见耐火材料结合剂的结合机理主要有以下几种：
1
水化结合
即在常温下通过结合剂与水发生水化反应生成的水化产物而产生结合作用。水泥类结合剂一般都是水化结合机理，如铝酸钙水泥遇水后发生水解和水化反应生成六方片状或针状CAH10(CaO·Al2O3·10H2O)、C2AH8(CaO·Al2O3·H2O)和立方粒状C3AH6(3CaO·Al2O3·6H2O)晶体和氧化铝凝胶体，形成凝聚一结晶网而产生结合。
2
化学结合
通过结合剂与硬化剂(促凝剂)之间的反应，或者结合剂与耐火原料在常温或高于常温而低于烧结温度的范围内发生反应生成具有结合作用的化合物而产生结合。气硬性结合剂和部分热硬性结合剂属于这种结合机理，例如水玻璃结合剂与氟硅酸钠硬化剂发生反应生成的水溶胶SiO2·nH2O经脱水形成硅氧烷(Si-O-Si)网络结构而产生结合强度;磷酸二氢铝结合剂加MgO硬化剂时，在常温下即可发生脱水和交联反应而产生结合强度。
3
缩聚结合
借助于催化剂或交联剂，结合剂发生缩聚反应形成网络状结构而产生结合强度。例如甲阶酚醛树脂加酸作催化剂或受热时都可产生缩聚反应。
4
陶瓷结合
通过耐火原料或耐火原料与加入的烧结助剂在高温下形成的液相而产生结合。陶瓷结合实际上是一种由液相烧结而产生的结合。在耐火材料坯体中，耐火度较低的原料或耐火原料与助烧剂发生反应首先产生粘性液相使散状原料粘结在一起，随温度的提高，依靠液一固相反应生成具有更高熔融温度的新物相而产生坚固的结合。
5
粘着结合
借助于吸附作用、扩散作用和静电作用等物理作用而将散状耐火原料结合在一起。吸附作用有物理吸附和化学吸附，是依靠分子间的相互作用力一一范德华力而产生结合;扩散作用是在分子热运动的作用下，结合剂与被结合物的分子发生相互扩散，在界面上形成扩散层从而产生结合:静电作用，即若结合剂与被结合物的界面存在着双电层，双电层的静电引力可产生结合作用。产生粘着结合的多数为有机结合剂，其中有的为暂时结合剂，如糊精、纸浆废液、羟甲基纤维素(CHC)和环氧树脂等:有的为长时间性结合剂，如沥青、酚醛树脂等，经中、高温处理后，除部分分解挥发外，其余部分会发生碳化而形成碳结合。一些长时间性的无机结合剂如磷酸二氢铝、水玻璃和硅溶胶等也具有粘着结合作用。
6
凝聚结合
依靠加入凝聚剂使微粒子(胶体粒子)发生凝聚而产生结合。胶体类结合剂和超微粉制备的浆体具有这种结合机理。
在耐火材料实际生产中，耐火坯体中的结合机理往往不是单一的，有时是几种结合机理的叠加或在不同的温度阶段有不同的结合机理。
耐火材料结合剂的选择原则
耐火材料结合剂的种类繁多、结合机理也不尽相同，因此在实际生产与使用中应根据耐火材料的材质、成型或施工方法以及对材料使用性能的要求等来选择结合剂。
1
材质匹配原则
所选结合剂要与所用的耐火原料性质相适应。如硅酸铝质和刚玉质不烧耐火制品，可选用磷酸、磷酸二氢铝、硫酸铝等酸性结合剂;而镁质、镁铝质或铝镁质、镁铬质等碱性或弱碱性不烧耐火制品应选用碱性结合剂，如水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等;含碳或碳化硅不烧耐火制品可选用沥青、酚醛树脂等碳素结合剂。
2
制品是否经烧成处理
机压或捣打成型的烧成耐火制品，可选用暂时性的结合剂，如纸浆废液、糊精、羟甲基纤维素、淀粉等：机压或捣打的不烧制品，应选用长时间性结合剂。
3
不定型耐火材料
除材质匹配、之后性能能满足要求外，还要考虑施工方法的适应性，即结合剂的硬化方式、硬化时间对材料流变性、浸润性、粘结性和铺展性等的影响。浇注料应选用能产生水化结合、化学结合或凝聚结合的结合剂，如硅酸铝质、刚玉质浇注料可选用铝酸钙水泥、磷酸或磷酸二氢铝加硬化剂、水玻璃加氟硅酸钠硬化剂、氧化物超微粉加分散剂和迟效硬化剂等作结合剂;可塑料和捣打料应选取气硬性的能产生化学结合、凝聚结合、或粘着结合的结合剂，如硅酸铝质可塑料可选用磷酸、磷酸二氢铝、硫酸铝以及结合粘土作结合剂;喷射料应选取能产生化学结合或水化结合的结合剂，如碱性(镁质)喷补料可选用聚磷酸钠(三聚磷酸钠或六偏磷酸钠)和羟甲基纤维素作结合剂，也可使用铝酸钙水泥作结合剂(用于冷态喷补)，而硅酸铝质喷涂或喷补料可选用纯铝酸钙水泥、固态磷酸二氢铝、固态水玻璃等作结合剂;耐火材料泥浆应选取气硬性或热硬性结合剂。
结合剂的种类不同，其结合散状耐火原料的机理也有所区别。常见耐火材料结合剂的结合机理主要有以下几种：
1
水化结合
即在常温下通过结合剂与水发生水化反应生成的水化产物而产生结合作用。水泥类结合剂一般都是水化结合机理，如铝酸钙水泥遇水后发生水解和水化反应生成六方片状或针状CAH10(CaO·Al2O3·10H2O)、C2AH8(CaO·Al2O3·H2O)和立方粒状C3AH6(3CaO·Al2O3·6H2O)晶体和氧化铝凝胶体，形成凝聚一结晶网而产生结合。
2
化学结合
通过结合剂与硬化剂(促凝剂)之间的反应，或者结合剂与耐火原料在常温或高于常温而低于烧结温度的范围内发生反应生成具有结合作用的化合物而产生结合。气硬性结合剂和部分热硬性结合剂属于这种结合机理，例如水玻璃结合剂与氟硅酸钠硬化剂发生反应生成的水溶胶SiO2·nH2O经脱水形成硅氧烷(Si-O-Si)网络结构而产生结合强度;磷酸二氢铝结合剂加MgO硬化剂时，在常温下即可发生脱水和交联反应而产生结合强度。
3
缩聚结合
借助于催化剂或交联剂，结合剂发生缩聚反应形成网络状结构而产生结合强度。例如甲阶酚醛树脂加酸作催化剂或受热时都可产生缩聚反应。
4
陶瓷结合
通过耐火原料或耐火原料与加入的烧结助剂在高温下形成的液相而产生结合。陶瓷结合实际上是一种由液相烧结而产生的结合。在耐火材料坯体中，耐火度较低的原料或耐火原料与助烧剂发生反应首先产生粘性液相使散状原料粘结在一起，随温度的提高，依靠液一固相反应生成具有更高熔融温度的新物相而产生坚固的结合。
5
粘着结合
借助于吸附作用、扩散作用和静电作用等物理作用而将散状耐火原料结合在一起。吸附作用有物理吸附和化学吸附，是依靠分子间的相互作用力一一范德华力而产生结合;扩散作用是在分子热运动的作用下，结合剂与被结合物的分子发生相互扩散，在界面上形成扩散层从而产生结合:静电作用，即若结合剂与被结合物的界面存在着双电层，双电层的静电引力可产生结合作用。产生粘着结合的多数为有机结合剂，其中有的为暂时结合剂，如糊精、纸浆废液、羟甲基纤维素(CHC)和环氧树脂等:有的为长时间性结合剂，如沥青、酚醛树脂等，经中、高温处理后，除部分分解挥发外，其余部分会发生碳化而形成碳结合。一些长时间性的无机结合剂如磷酸二氢铝、水玻璃和硅溶胶等也具有粘着结合作用。
6
凝聚结合
依靠加入凝聚剂使微粒子(胶体粒子)发生凝聚而产生结合。胶体类结合剂和超微粉制备的浆体具有这种结合机理。
在耐火材料实际生产中，耐火坯体中的结合机理往往不是单一的，有时是几种结合机理的叠加或在不同的温度阶段有不同的结合机理。
耐火材料结合剂的选择原则
耐火材料结合剂的种类繁多、结合机理也不尽相同，因此在实际生产与使用中应根据耐火材料的材质、成型或施工方法以及对材料使用性能的要求等来选择结合剂。
1
材质匹配原则
所选结合剂要与所用的耐火原料性质相适应。如硅酸铝质和刚玉质不烧耐火制品，可选用磷酸、磷酸二氢铝、硫酸铝等酸性结合剂;而镁质、镁铝质或铝镁质、镁铬质等碱性或弱碱性不烧耐火制品应选用碱性结合剂，如水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等;含碳或碳化硅不烧耐火制品可选用沥青、酚醛树脂等碳素结合剂。
2
制品是否经烧成处理
机压或捣打成型的烧成耐火制品，可选用暂时性的结合剂，如纸浆废液、糊精、羟甲基纤维素、淀粉等：机压或捣打的不烧制品，应选用长时间性结合剂。
3
不定型耐火材料
除材质匹配、之后性能能满足要求外，还要考虑施工方法的适应性，即结合剂的硬化方式、硬化时间对材料流变性、浸润性、粘结性和铺展性等的影响。浇注料应选用能产生水化结合、化学结合或凝聚结合的结合剂，如硅酸铝质、刚玉质浇注料可选用铝酸钙水泥、磷酸或磷酸二氢铝加硬化剂、水玻璃加氟硅酸钠硬化剂、氧化物超微粉加分散剂和迟效硬化剂等作结合剂;可塑料和捣打料应选取气硬性的能产生化学结合、凝聚结合、或粘着结合的结合剂，如硅酸铝质可塑料可选用磷酸、磷酸二氢铝、硫酸铝以及结合粘土作结合剂;喷射料应选取能产生化学结合或水化结合的结合剂，如碱性(镁质)喷补料可选用聚磷酸钠(三聚磷酸钠或六偏磷酸钠)和羟甲基纤维素作结合剂，也可使用铝酸钙水泥作结合剂(用于冷态喷补)，而硅酸铝质喷涂或喷补料可选用纯铝酸钙水泥、固态磷酸二氢铝、固态水玻璃等作结合剂;耐火材料泥浆应选取气硬性或热硬性结合剂。
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