【Tóm tắt】 Nhựa phenolic là chất kết dính quan trọng của vật liệu chịu lửa. So với nhựa đường, nhựa phenolic có đặc tính thấm ướt tốt cho vật liệu chịu lửa và than chì, tỷ lệ cacbon dư cao, độ bám dính tốt, có thể trộn và đúc ở nhiệt độ phòng. Thân xanh có ưu điểm là độ bền cao, hàm lượng chất độc hại thấp, cải thiện được môi trường làm việc. Nó đã được sử dụng rộng rãi như một chất kết dính cho vật liệu chịu lửa có chứa carbon. Bài báo này bắt đầu với nhựa phenolic, phân tích và thảo luận về ứng dụng của nhựa phenolic trong gạch magie-carbon, gạch nhôm-carbon và các vật liệu chịu lửa có hình dạng composite carbon khác, cũng như trong các vật liệu khô của vùng lãnh nguyên, bùn súng khan trong lò cao và các vật liệu chịu lửa vô định hình khác.
Việc nghiên cứu nhựa phenolic được sử dụng trong vật liệu chịu lửa chủ yếu tập trung vào việc biến tính nhựa. Trong số đó, việc sử dụng các phản ứng xúc tác để cải thiện cấu trúc và hiệu suất của carbon dư nhựa là một xu hướng nghiên cứu chính trong tương lai. Chất kết dính là thành phần không thể thiếu trong vật liệu chịu lửa, nó đóng vai trò kết dính các hạt, bột vật liệu chịu lửa lại với nhau. Việc tổng hợp một loại mạng lưới mới đan xen nhựa phenolic hiệu suất cao là một xu hướng khác trong nghiên cứu trong tương lai. Phương pháp này chủ yếu tập trung vào việc thay đổi cấu trúc của chính nhựa để nó có cấu trúc mạng phức tạp hơn so với nhựa phenol thông thường sau khi đóng rắn. Cải thiện độ bền nướng ở nhiệt độ thấp và độ bền nhiệt độ trung bình của vật liệu, đồng thời giảm lượng phenol và giảm giá thành của nhựa phenolic.
1Phenolic Resin
Nhựa phenolic (Phenolicresins) là một nhóm lớn các loại nhựa tổng hợp được điều chế bằng cách trùng hợp các hợp chất phenolic và các hợp chất anđehit. Hợp chất anđehit được sử dụng chủ yếu là fomanđehit, và các anđehit khác như axetanđehit, fomanđehit, furfural hoặc hỗn hợp của một số anđehit thường được sử dụng. Nhựa phenolic' cấu trúc hóa học độc đáo và cấu trúc mạng lưới liên kết chéo cao phân tử mang lại cho nó những đặc tính tuyệt vời như độ bám dính tuyệt vời, khả năng chịu nhiệt tuyệt vời, khả năng chống mài mòn độc đáo và khả năng chống cháy tốt. Do đó, nhựa phenolic được sử dụng rộng rãi trong nhựa gia cố sợi thủy tinh, vật liệu đúc, chất kết dính, vật liệu cách nhiệt và cách điện, lớp phủ, v.v.
Nhựa phenolic có thể được chia thành hai loại: nhựa phenolic nhiệt rắn và nhựa phenolic novolac tùy theo cấu trúc và hình dạng nung nóng của chúng. Nhựa phenol nhiệt rắn được sản xuất bằng cách sử dụng kiềm, chẳng hạn như kali hydroxit, natri hydroxit, bari hydroxit hoặc canxi hydroxit làm chất xúc tác, với tỷ lệ mol của fomandehit / phenol> 1, kiểm soát pH> 7 và phản ứng cho a khoảng thời gian ở một nhiệt độ nhất định. Một loại nhựa có chứa các nhóm metylol có thể phản ứng thêm. Nhựa phenolic nhiệt dẻo thường được gọi là novolac hoặc nhựa novolac. Nó là một loại nhựa phenol được tạo ra từ phản ứng của fomanđehit (F) và dư phenol (P) dưới tác dụng của các chất xúc tác có tính axit như axit oxalic, axit clohydric, axit sunfuric và axit fomic, trong đó số mol (F / P)=0,6-0,9). Bất kể là nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo, cấu trúc đóng rắn cuối cùng đều giống nhau, đó là cấu trúc mạng ba chiều. Carbon dư thu được từ quá trình carbon hóa nhựa ở nhiệt độ cao là một cấu trúc quan trọng hỗ trợ công việc của vật liệu chịu lửa và đảm bảo tuổi thọ của chúng.
2Ứng dụng của nhựa phenolic trong vật liệu chịu lửa định hình cacbon composite
Hiện nay do sự phát triển của công nghiệp luyện kim loại, đặc biệt là công nghiệp gang thép, nhu cầu về vật liệu chịu lửa tăng lên rất nhiều, kéo theo đó là ứng dụng của nhựa phenolic trong công nghiệp chịu lửa cũng tăng lên. Vật liệu chịu lửa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim loại, công nghiệp xi măng, công nghiệp gốm sứ. Chất kết dính là thành phần không thể thiếu trong sản xuất vật liệu chịu lửa, có vai trò kết dính các hạt, bột chịu lửa lại với nhau. Hơn nữa, trong thực tế sản xuất vật liệu chịu lửa, người ta nhận thấy rằng chất lượng và độ ổn định của nhựa phenolic là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất của vật liệu chịu lửa chứa cacbon, và tầm quan trọng của nhựa phenolic ngày càng trở nên nổi bật.
2.1 Ứng dụng trong gạch cacbon magie
Gạch magie-cacbon là vật liệu composite phức hợp cacbon ở nhiệt độ cao được nung với magie, than chì và chất kết dính. Nó có tuổi thọ tương đối cao, tuổi đời của lò có thể lên tới hơn 1600 lò. Do đó, nó đã đạt được sự phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây. Gạch magiê cacbon được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp luyện gang thép chủ yếu là do các đặc tính tốt của chúng, nhưng các đặc tính của nhựa phenolic kết dính có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của gạch cacbon magie. Nhựa phenolic được sử dụng cho gạch magie cacbon nên có các đặc điểm là hàm lượng chất rắn cao, trọng lượng phân tử tương đối thấp, tỷ lệ cacbon dư cao và hàm lượng nước thấp.
Bằng cách nghiên cứu mối quan hệ giữa các đặc tính khác nhau của nhựa với tỷ lệ nguyên liệu thô và quy trình tổng hợp, kết luận rằng tỷ lệ nguyên liệu thô tốt nhất của nhựa phenolic để tổng hợp gạch cacbon magie là m (F) / m (P)=1,0 ~ 1,3; xúc tác là w (NaOH)=dung dịch NaOH 50%, lượng thêm vào là 1% ~ 1,5% khối lượng phenol; quá trình tổng hợp tốt nhất là: phản ứng đầu tiên ở 60 ~ 70 ℃ trong 1 giờ, sau đó gia nhiệt lên đến 80 ~ 90 ℃ trong 1 ~ 2 giờ. Nhựa phenolic được tổng hợp trong điều kiện quy trình và tỷ lệ nguyên liệu tốt nhất có trọng lượng phân tử tương đối là 300 ~ 400, độ nhớt 15 ~ 20Pa · s, hàm lượng rắn 77,0% ~ 82,0% (w) và tỷ lệ cacbon dư 43,0% ~ 49,0% (w), có thể đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất của nhựa phenolic cho gạch cacbon magie.
Vì hiệu suất của gạch cacbon magie phụ thuộc phần lớn vào cấu trúc cacbon được hình thành bởi hệ thống liên kết, nhiệt phân nhựa phenol tạo thành cấu trúc cacbon-thủy tinh đồng nhất giòn bị rối loạn, rất nhạy cảm với quá trình oxy hóa và ứng suất, vì vậy gạch cacbon magnesi nhựa là thường được kết hợp với các chất kết dính khác như nhựa đường để cải thiện khả năng chống oxy hóa và các đặc tính cơ học.
2.2 Ứng dụng trong gạch nhôm carbon
Gạch nhôm-carbon được làm từ nguyên liệu thô là graphite và corundum, một lượng chất kết dính và phụ gia nhất định được thêm vào máy trộn và ép. Do Al2O3 và C không trải qua phản ứng pha rắn ở nhiệt độ nung sản phẩm nên độ bền liên kết của gạch nhôm-cacbon chủ yếu đến từ phụ gia và chất kết dính. Nhựa phenolic được sử dụng rộng rãi trong gạch nhôm carbon do các đặc tính tuyệt vời của nó. Hiện nay, vật liệu chịu lửa nhôm-cacbon sử dụng rộng rãi nhựa phenolic làm chất kết dính. Nguyên tắc liên kết chủ yếu là nâng cao lực liên kết giữa chất liên kết và vật liệu bằng cách liên kết chéo giữa các phân tử nhựa phenolic trong quá trình đóng rắn để tạo thành cấu trúc mạng.
3 Ứng dụng của nhựa Phenolic trong vật liệu chịu lửa không định hình
Nhựa phenolic chủ yếu được sử dụng làm chất kết dính trong các sản phẩm chịu lửa định hình có chứa cacbon. Trong những năm gần đây, lĩnh vực ứng dụng của nó liên tục được mở rộng và nó đã được sử dụng như một chất kết dính trong vật liệu chịu lửa không định hình.
3.1 Ứng dụng trong bùn lò cao khan
So với các vật liệu chịu lửa không định hình khác, nhựa phenolic được sử dụng rộng rãi nhất trong đất sét súng. Bùn súng ban đầu được dùng làm chất kết dính, chủ yếu sử dụng hắc ín và hắc ín, nhưng trong quá trình sử dụng, hắc ín sẽ sinh ra chất gây ung thư và khói đen, gây hại rất lớn cho môi trường, đồng thời khó nung kết và đóng rắn chậm. . Là chất kết dính cho bùn súng khan, nhựa phenolic không chỉ tránh được vấn đề ô nhiễm do hắc ín gây ra như một chất kết dính, mà còn cải thiện khả năng chống ăn mòn, khả năng liên kết và chống mài mòn của bùn súng.
3.2 Ứng dụng trong vật liệu khô của vùng tundish
Ngày càng có nhiều ứng dụng của vật liệu điều chế khô. Chất kết dính được sử dụng rộng rãi nhất trong công việc sấy khô ở trong và ngoài nước là nhựa phenolic, có đặc tính xây dựng và sử dụng tốt. Tuy nhiên, nhựa phenolic có nhược điểm là làm tăng cacbon và quá trình hydro hóa thép nóng chảy, giá thành cao và độ bền thấp ở nhiệt độ trung bình và cao, điều này khiến cho việc ứng dụng nhựa phenolic trong các vật liệu khô ở vùng tây nguyên ở một mức độ nhất định bị cản trở rất nhiều.
Nói chung, bài viết này phân tích ứng dụng của nhựa phenolic trong các loại vật liệu chịu lửa khác nhau như gạch magiê cacbon, gạch nhôm cacbon, vật liệu khô tundish và bùn súng không dùng nước trong lò cao. Là loại nhựa tổng hợp sớm nhất, nhựa phenolic có ưu điểm là nhiệt rắn, độ bền khô cao và độ bền nhiệt độ cao nên được sử dụng rộng rãi. Nó được sử dụng như một chất kết dính tốt hơn trong lĩnh vực vật liệu chịu lửa để điều chế vật liệu chịu lửa cacbon composite. Tuy nhiên, nhựa phenolic có hai khuyết điểm lớn: giá thành cao và than nhiệt phân của nó là than thủy tinh, ảnh hưởng đến ứng dụng của nó trong vật liệu chịu lửa ở một mức độ nhất định.
