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| 莫来石纤维的表面改性工艺过程研究 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2014-03-11 09:54:48 浏览次数： |
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【作 者】 艾晶；
【导 师】 于建国；宋兴福；
【机 构】 华东理工大学， 化学工程， 2013， 硕士
【摘 要】 在治理汽车尾气排放污染方面，三元催化器发挥着重要作用，其核心部件为负载催化剂的陶瓷块体，衬垫包裹在陶瓷体外，起着保护易碎的陶瓷载体、缓冲、隔热、降低噪音以及密封防止尾气逸出的作用。
随着尾气排放标准愈加严格，对衬垫的要求也提出了更高要求，莫来石纤维在高温氧化环境下具有良好的稳定性和力学性能，是制备新型衬垫的理想原料，莫来石纤维必须进行表面改性，以适应衬垫加工成型要求。
论文运用第一性原理，构建了莫来石晶体的周期性结构，获得最小重复单元结构包括63个原子的莫来石晶胞，符合密度泛函理论的CASTEP计算要求；通过莫来石的晶体结构优化和表面能计算，结果表明莫来石晶体带隙为4.537eV，呈现非导性，符合莫来石较低的介电常数(ε=6.7)。根据XRD图谱，对部分晶面构建切面模型，并能量进行计算，计算表明晶面(111)能量最低，显示出较稳定状态。选取晶面(111)考察了硅烷偶联剂在莫来石晶体切面的作用情况，计算表明硅烷偶联剂水解产物硅醇中的羟基与晶体表面的H原子结合，离开反应物结构生成水分子，硅醇中的Si原子与晶体表面羟基中的O原子形成共价键，键长为1.614A，验证了硅烷偶联剂在无机材料表面形成化学键的作用，为实验提供理论基础。
运用丙烯酸、硅烷偶联剂、聚乙二醇单油酸酯、十二烷基硫酸钠为原料配制浸润剂，以冰醋酸为pH调节剂，设计正交实验研究了不同组分配比下浸润剂对纤维样品表面被覆量的影响，以及处理条件对改性后纤维表面被覆量的影响，优选了原料配方和工艺条件。实验表明，在75℃，处理时间90min，丙烯酸质量含量20%的条件下，经处理纤维表面被覆量最高。采用丙烯酸作为成膜剂的浸润剂在纤维表面的被覆量为5.5%，相同条件下用环氧树脂作为成膜剂的浸润剂在纤维表面的被覆量为14.3%。正交实验结果表明，成膜剂、偶联剂、润滑剂的含量对纤维表面被覆量的影响大小为成膜剂>偶联剂>润滑剂。通过红外光谱、热重-差热、扫描电镜分析表明经浸润剂改性的纤维样品表面含有偶联剂与丙烯酸成分，硅烷偶联剂水解后生成的硅醇与纤维表面的-OH作用形成了Si-O-Si结构，纤维间相互粘结，纤维样品表面富有光泽，柔软度有较大改善，改善了纤维表面性质。
【关键词】 莫来石纤维； 浸润剂； 表面改性； 被覆量； 密度泛函理论；
莫来石
中文名：蓝晶石；莫来石；富铝红柱石；硅线石
英文名：Aluminum silicate；Aluminosilicate；Ceramic fibre；Cyanite；Disthene；Kaopolite；Kyanite；Mullite；
Safe-n-dri；Silicic acid aluminum salt
化学式：3Al2O3·2SiO2。无色。含杂质时带玫瑰红色或蓝色。斜方晶系，成柱状或针状晶体。熔融温度约1910℃。
在煅烧粘土、高铝质原料（如蓝晶石、红柱石、硅线石）和陶瓷时生成。是粘土砖、高铝砖和瓷器等的主
要组分。产于苏格兰的莫尔岛等地。也可用电熔法制得。
耐火度： 1800°C时仍很稳定，1810 °C分解为刚玉和液相。
应 用： 莫来石是一种优质的耐火材料，它具有膨胀均匀、热震稳定性极好、荷重软化点高、高温蠕变值小、硬
度大、抗化学腐蚀性好等特点，主要有高纯电熔莫来石、普通电熔莫来石、全天然铝矾土精矿烧结莫来
石和轻烧莫来石。
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