硅酸钠改性保温材料物理力学性能的研究

张娜、赵光锋 

（1、唐山滦硕无机硅化物有限公司，河北 唐山063000）

摘 要：本文主要研究了改性硅酸钠对建筑保温材料的物理力学性能的影响，主要以一种高模数改性硅酸钠溶液为改性剂，通过喷淋、吸滤和高温烘干的处理方式，来改变建筑材料保温层的物理力学性能，探究改性硅酸钠溶液及不同的处理工艺对保温材料的影响，结果表明：采用高模数的改性硅酸钠溶液，或者搭配硅溶胶及其他添加剂，并按照一定的配比，在其中加入一种高分子碳水化合物溶液，通过喷淋的方式浸透保温材料，再联合热处理工艺改性保温材料，可以大大提高保温材料的抗压强度和抗拉强度，达到理想的物理力学性能。

关键词：改性硅酸钠溶液；保温材料；热处理；物理力学性能

纵观人类发展的历史，火，将人类从茹毛饮血的野人，带进了辉煌的现代社会。正如传说中所说的那样，火是拥有双重性格的"神"。有时它是人类的朋友，有时又是人类的敌人?；鸺雀死啻次拿鹘?、光明和温暖，同时，失去控制的火，也给人类造成了刻骨铭心的灾难。

近年来，火灾频发，对人民群众的生命财产安全造成了不可估量的损失，对于火灾，人民群众如同面对猛虎野兽，唯恐避之不及。很多人对火灾的认知很可能只限于人身和财产损失，但是对于人类整体以及社会而言，火灾危害已经不仅仅是生命与财产损失了，还会破坏生态环境，影响社会稳定，因此，国家对于建筑上的防火等级要求也越来越高，火灾发生时，部分建筑物的外墙保温层也会燃烧并产生大量有毒有害烟气，对于群众的逃生造成很大困难，鉴于以上情况，我们计划采用一种不燃的陶瓷纤维毯，替代目前市场上常用的可燃的保温板，从而降低火灾发生过程中保温包燃烧所造成的的二次伤害。虽然陶瓷纤维毯具有不容易燃烧和良好的的憎水性等特性，但是陶瓷纤维毯在施工过程中存在一些实际困难，例如：纤维毯的抗压强度和抗拉强度比较低，在工程前期施工过程中，不容易在外墙上进行操作施工，而且陶瓷纤维毯的体积吸水率比较高，这对工程完成后，建筑物的外墙持久稳定性有很大的影响，针对这一系列的问题，我们结合了硅酸钠的高粘结性和耐热性的特性，以改性硅酸钠溶液为改性剂，对陶瓷纤维毯进行改性实验，从而达到改性陶瓷纤维毯物理力学特性的目的。

一、 实验部分

1 、按比例称取不同模数的改性硅酸钠溶液（本实验采用的是3.5模数、4.0模数.4.5模数和5.0模数的改性硅酸钠）、添加剂A，憎水剂，将其混合均匀，再加入一定比例的蒸馏水，配制成改性剂，将混合均匀的改性剂（改性剂的量要足够，确保纤维毯能够完全浸透），喷淋在预先准备好的陶瓷纤维毯上，待吸收饱和后，吸滤出多余的水分，将用改性剂处理后的纤维毯放置在150摄氏度的烘干箱中烘干，具体数据详见表1-1

表1-1 不同模数改性硅酸钠对保温材料性能影响变化表

2、结果分析与讨论

表1-1为不同模数的改性硅酸钠对保温材料的物理力学性能的影响，综合表1-1可以看出，经过4.0模数改性硅酸钠和4.5模数改性硅酸钠处理过的保温材料吸水率比较低；经过4.0模数改性硅酸钠处理过的保温材料烘干后的抗拉强度，同比其他模数改性硅酸钠处理过的保温材料，强度较大；经过多天浸泡后，4.5模数的改性硅酸钠处理过的保温材料抗压强度最大，而抗拉强度则根据浸泡时间，不同模数的改性硅酸钠表现出不同的优异性。虽然经过5.0模数的改性硅酸钠处理后的

保温材料在浸泡6天以后，也表现出了较好好的抗拉效果和抗压特性，但时，高模数的改性硅酸钠稳定性同比较之略低模数的改性硅酸钠差，而且生产工艺更加繁琐，成本更高，所需生产时间更长，因此，综合考虑，还需要改进较为稳定的3.4模数的硅酸钠改性剂。

从实验结果可以看出，经过改性硅酸钠溶液处理过的保温材料吸水率仍旧偏高，造成处理过后的保温材料难以维持较高的抗拉强度和抗压强度，这是因为硅酸钠的耐水性差，为了解决这一问题，我们计划采用改性硅溶胶代替一部分改性硅酸钠，来降低保温材料的体积吸水率，但是试验后我们发现，加入改性硅溶胶的改性剂，同时又降低了保温材料的抗拉强度和抗压强度，因此，在改性剂中，还需要再添加一种高分子碳水化合物，来提高保温材料的抗拉特性和抗压特性。我们将以改性硅溶胶为主要改性剂和以3.4模数的改性硅酸钠溶液和改性硅溶胶混合液为主要改性剂的溶液，分别加入一定比例的高分子化合物和添加剂，来对陶瓷纤维毯进行改性试验，具体实验数据详见表2-1

从实验结果可以看出，当改性硅酸钠：改性硅溶胶：高分子化合物溶液为4：4：9时，保温材料的吸水率降低，但是抗拉和抗压强度有所下降，实验中发现，在单纯的改性硅溶胶改性剂中，提高溶液中憎水剂的质量比分数，可以降低吸水率，但是抗拉强度和抗压强度达不到预期效果，在改性硅酸钠和改性硅溶胶的混合液中，提高加入的高分子化合物溶液的量，可以达到提高抗拉强度和抗压强度的效果。故若想达到预期的物理力学特性，只需要根据需要按照不同比例添加添加剂即可。与此同时，针对不同烘干温度做了对比试验，实验表明，温度为150摄氏度时，烘干效果较好，温度高于150摄氏度时，陶瓷纤维毯变脆，易断；温度低于150摄氏度时，烘干时间较长。

    试验中发现，以单纯的改性硅溶胶为改性剂，国产普通高分子化合物研磨后（改性硅溶胶溶液与高分子化合物的质量比为10:1），加入到改性剂中，可以提高保温材料的抗拉强度和抗压强度，如果改用国产阳离子高分子化合物，则效果更好；但是当改性剂为改性硅酸钠和改性硅溶胶的混合液时，普通的高分子化合物无作用，只能选择阳离子高分子化合物，才能达到预期效果。

3、结论

利用高模数的改性硅酸钠，通过简单的浸透，烘干，可以改性保温材料的物理力学性能，提高保温材料的抗拉强度和抗压强度，也可根据实际需求的吸水率标准，在其中加入一定比例的硅溶胶和添加剂（高分子化合物等），达到不同的效果。

作者简介：张娜(1988-)，女，本科，助理工程师，主要从事工业硅酸钠的改性研究及硅酸盐新产品开发利用。

                 赵光锋（1968-），男，硕士，工程师，主要从事无机硅化物系列产品的研究和开发。