[发明专利]一种低密度等级的无机非金属固体浮力材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种低密度等级的无机非金属固体浮力材料及其制备方法。本发明属于复合材料技术领域。低密度等级的无机非金属固体浮力材料，各组分质量份数为水玻璃400份，氢氧化钠50‑70份，偏高岭土100‑200份，硅烷偶联剂1‑10份，发泡剂10‑150份，轻质填料100‑200份。制备方法：(1)将高岭土置600‑900℃条件下煅烧2‑4h，筛分成粒度小于190目的偏高岭土粉末；(2)将水玻璃和氢氧化钠混合，搅拌均匀；(3)将偏高岭土粉末、水玻璃溶液和硅烷偶联剂加入到搅拌机中搅拌，加入发泡剂，再加入空心玻璃微珠，搅拌均匀；(4)物料取出，挤压成型；(5)干燥；(6)坯体在300‑600℃煅烧1‑3h，随炉冷却。本发明具有工艺简单，无须高温煅烧，产品耐高温、耐腐蚀，能满足浅海领域的应用需要等优点。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别是涉及一种低密度等级的无机非金属固体浮力材料及其制备方法。

背景技术

目前，国内外主要开发研究且生产技术较为成熟的固体浮力材料产品为由空心玻璃微珠和树脂基体组成的有机复合材料体系。虽然有机类固体浮力材料具有密度低、机械强度高、吸水率低、耐腐蚀等优点，但是易老化、不耐高温的特点限制了其在高温等特殊条件下的应用。因此，需要研制出可在高温条件下使用的无机类固体浮力材料。目前，中国专利CN200710015641.4介绍了一种以陶瓷厂抛光废泥为原料，采用干压、注塑成型，常温烧结，高温化学发泡法工艺制备的陶瓷材料作为基体，以环氧树脂作为加强外壁制备的浮力材料，环氧树脂改性后的浮力材料密度为0.52g/cm3时，抗压强度≥20MPa。此种浮力材料的缺点是非完全无机体系，制备工艺较复杂。文献《无机非金属固体浮力材料的研制》和《空心玻璃微珠种类及加入量对无机非金属固体浮力材料性能的影响》介绍了一种以偏高岭土、矿渣与钠水玻璃反应生成的地聚物为基体材料，通过填充大量空心玻璃微珠制备的密度低、强度高的无机非金属固体浮力材料，密度0.78-0.9g/cm3，抗压强度≥17MPa。此种浮力材料虽然是无机体系，但是密度较高，不适用于浅海领域应用。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种低密度等级的无机非金属固体浮力材料及其制备方法。

本发明是根据具有活性的偏高岭土在适当碱激发下产生的胶凝性可将散粒材料或块状材料粘结成具有一定强度的整体的原理设计实验配方，并在此基础上，通过添加轻质填料及综合利用化学发泡法造孔的方法，达到降低产品密度的目的。

偏高岭土是由高岭土经较低温度(500-900℃)煅烧后，脱水形成的无水硅酸铝，反应式如下：

2n(Si2O5,Al2(OH)4)→2(Si2O5,Al2O3)n+4nH2O

该反应使Al的配位数从6转化为4或5，高岭土转化为无定型结构的偏高岭土，其原子排列是不规则的，呈现热力学介稳状态，具有较高的火山灰活性。偏高岭土等无定型硅铝化合物在碱的作用下，硅-氧、铝-氧链断裂，土聚水泥聚合过程中，硅铝氧化物经历了由解聚到再聚合的过程，最终形成由共用氧交替键合的[SiO4]4-和[AlO4]5-四面体组成的聚合铝-氧-硅酸盐网络状结构。正是氧桥连接的四面体构成三维骨架的孔穴笼或空腔，而使土聚水泥成为一种稳固的结构。