新型凝膠劑ISOBAM對(duì)凝膠注模成型多孔陶瓷材料的影響

李平 陸麗芳 倫文山 朱軍 閆勇

摘 要 本文主要研究了新型凝膠劑ISOBAM（異丁烯、馬來酸酐共聚物）對(duì)莫來石纖維、莫來石復(fù)合陶瓷性能的影響，加入ISOBAM后莫來石纖維、莫來石復(fù)合陶瓷能在常溫下產(chǎn)生凝膠固化效應(yīng)，隨著ISOBAM的加入，其力學(xué)性能有較大的變化，研究證明ISOBAM的加入量在0.6%時(shí)，其綜合性能較為理想。

關(guān)鍵詞 ISOBAM；凝膠注模；莫來石纖維；莫來石復(fù)合陶瓷

0 引 言

新型凝膠注模方法基于分散—凝固原理，采用異丁烯酰胺聚合物粉體ISOBAM為凝膠劑，異丁烯酰胺攜帶銨根離子和酰胺基團(tuán)，銨根離子可與莫來石中的氧化鋁表面的氫氧根聚合，從而形成有機(jī)—無機(jī)材料間的表面交聯(lián)反應(yīng)。澆筑后，在放置的過程中酰胺水解與銨根離子反應(yīng)，促使異丁烯酰胺自身發(fā)生縮合反應(yīng)，從而凝膠化，產(chǎn)生凝膠固化效應(yīng)。常規(guī)的溶膠凝膠法以含高化學(xué)活性組分的前驅(qū)體醇鹽為原料，存在 原料成本高、有毒性、對(duì)人體有害，溶膠凝膠法制備陶瓷材料處理時(shí)間較長，達(dá)1～2個(gè)月等較多缺點(diǎn)。而ISOBAM安全無毒，添加量少，易于操作，且常溫下放置7～8 h左右就可凝膠固化，大幅度地減少了固化時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

1 試 驗(yàn)

采用新型凝膠注膜成型工藝制備多孔陶瓷。首先以ISOBAM為凝膠劑，以聚丙烯酸銨為分散劑，以聚丙烯酰胺為增稠劑，以丙三醇為消泡劑混合均勻配制凝膠注模預(yù)混液；然后向預(yù)混液中加入固相56%～65%的莫來石纖維/莫來石復(fù)合粉，通過真空攪拌去除氣泡，得到性能穩(wěn)定的懸浮液；將懸浮液轉(zhuǎn)移至模型中，制備成長29 mm×寬25 mm×高25 mm的樣品；靜置8h，ISOBAM中的異丁烯酰胺自身發(fā)生縮合反應(yīng)，從而凝膠固化、脫模、干燥、燒成。

2 結(jié)果與討論

2.1凝膠劑ISOBAM對(duì)漿粘度的影響

通過圖1發(fā)現(xiàn)，隨著ISOBAM濃度的增加，陶瓷漿料的粘度也顯著增大，有相關(guān)研究表明，ISOBAM在水溶液里的構(gòu)象隨著含量的增加而由線狀向環(huán)狀、蘑菇狀、球狀演變。當(dāng)溶液中ISOBAM濃度較低時(shí)，共聚物的分子鏈都是舒展開的。因此，吸附在莫來石中的氧化鋁表面的ISOBAM分子通過電荷吸附和或螯合反應(yīng)形成鋸齒狀或者環(huán)狀構(gòu)象。ISOBAM的分散機(jī)理類似于“靜電空間位阻穩(wěn)定機(jī)理”。由圖1可知，所有漿料都表現(xiàn)出剪切變薄的現(xiàn)象，即隨著剪切速率的增加，漿料的粘度逐漸降低。這是因?yàn)樵诩羟袘?yīng)力的作用下，陶瓷粉體顆粒間的范德華力占主導(dǎo)地位，并且這一主導(dǎo)作用隨著剪切速率的增大而逐漸衰退。

2.2凝膠劑ISOBAM含量對(duì)多孔陶瓷強(qiáng)度和孔隙率的影響

通過圖2可以看出，隨著ISOBAM含量的增加，孔隙率隨之降低，當(dāng)含量超過1wt%，孔隙率的變化趨于平緩，而抗折強(qiáng)度出現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，由于抗折強(qiáng)度的高低直接影響產(chǎn)品的使用周期， 因此在保證一定孔隙率的條件下，盡可能地提高其抗折強(qiáng)度，由圖2中看出，當(dāng)ISOBAM的含量在0.6wt%時(shí)抗折強(qiáng)度和孔隙率基本能達(dá)到平衡狀態(tài)。

2.3 碳化硅多孔陶瓷的孔徑分布

由圖3中所示，未添加膠凝劑ISOBAM時(shí)，多孔陶瓷的內(nèi)部莫來石纖維排列緊密，局布孔隙較大，孔隙的分布不均勻。添加膠凝劑ISOBAM后，多孔陶瓷內(nèi)部的莫來石纖維出現(xiàn)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的排列的現(xiàn)象，而網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的具有孔隙及孔徑大小分布較為均勻，因此使得制備的莫來石纖維/莫來石復(fù)合多孔陶瓷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能優(yōu)異。

3 結(jié) 論

（1）研究表明，新型膠凝劑ISOBAM對(duì)陶瓷漿料的流變性有較大的影響，因此選取適量的ISOBAM至關(guān)重要。

（2）通過對(duì)制備的多孔陶瓷的抗折強(qiáng)度和孔隙率的分析表征，ISOBAM的含量在0.6wt%時(shí)較為理想。并且制備的莫來石復(fù)合多孔陶瓷成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使得內(nèi)部的孔隙和孔徑大小分布較為均勻。

參 考 文 獻(xiàn)

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