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摘要:磷酸盐胶黏剂作为一种新型无机胶黏剂因为具有无味、无公害、无毒以及良好的溃散性及耐高温性等优点而受到重视。但是，其理论研究和生产技术还不够成熟，使用方面还有一定的局限性，例如固化温度过高，耐水性差，脆性大，不耐冲击等。
关键词:铝电解；高效；节能；环保
在原铝生产的过程中，高效、节能、环保的电解槽，是铝电解生产的追求目标。随着我国经济的快速发展，铝电解工业也在迅速的发展。国家对铝行业进行控制，促进企业的升级改造，针对铝行业在能耗、环保等技术方提出了严格的要求。我国为了能够符合国家的要求和标准，促进企业竞争力的提高，积极研发和推广铝电解节能、减排的新技术，实现铝电解生产的高效、节能、环保的目标。
1.磷酸盐胶黏剂剪切强度的测试方法
采用WDW-3300微机控制电子万能试验机测试胶黏剂完全固化后的剪切强度，参照GB11177—89。试件1是具有规定形状，直径为10mm的圆柱形试件，试件2是具有规定形状，内径为10.6mm、外径为14.2mm的圆筒形试件。涂胶长度为10mm。将试样夹持在拉力试验机上、下夹具中，使试件Ⅰ、Ⅱ的公共轴线和试样的胶接面平行。开启试验机，以10mm／min的速度加载，保持试样的轴线与加载方向一致，记录试样拉伸剪切破坏时的最大负荷，求所测数据的平均值得最终试验数据。
套接剪切强度τ按下式计算：
τ=2P／π(d[1]+d[2])l
式中：τ——套接剪切强度，MPa；
P——压缩剪切破坏时的最大载荷，kN；
d[1]，d[2]、l——试件Ⅰ直径，试件Ⅱ内径，胶接长度，均为mm。
1.1TG-DTA和IR测试方法
TG-DTA测试采用JCR-1型差热分析仪，在20℃～800℃范围内进行等速升温测试，升温速率10℃/min，空气气氛，热重量程为10mg，差热量程为±100μV。
IR采用IR200付立叶变换红外光谱仪测试，KBr压片，测量范围为370cm-1~4000cm-1。
1.2填料和固化剂的用量对胶黏剂固化温度和固化时间的影响
磷酸盐胶黏剂在使用方面的局限性之一，就是固化温度过高，不能实现常温快速固化，因此减少磷酸盐胶黏剂的固化时间一直是磷酸盐胶黏剂研究的重要方向。
取25ml以实验部分一标准制备的溶液为基料，以Al2O3为填料，以ZnO、MgO为固化剂，但因为MgO的活性较ZnO的高很多，所以以ZnO为主，MgO为辅。
测试固化温度和固化时间时，将约1.5g样品在24mm*72mm规格的载玻片上滴成直径一厘米的圆点，放入烘箱中，记录样品固化至用指甲掐不动时的时间为初步固化时间。本实验测试了各组样品分别在60℃和80℃下的固化时间。
2.铝电解的关键技术
2.1片式化技术
片式化技术是铝电解领域发展中的关键技术之一，在该技术领域的研究与开发方面较为活跃。在各种不同的片式化电子元件中，开发技术难度最大的就是铝电解的片式化技术，但是片式化的铝电解具有容量大、电容量温度稳定、适合表面组装等优点，并且价格低廉，因此正在逐步取代传统的铝电解，在电子领域内被大范围使用。近年来，随着人们对计算机和数码相机等电子产品的需求不断增加，片式铝电解成为了近几年领域内最值得开发的产品，其片式技术的发展空间较大。目前，日本的片式化技术处于国际领先水平，如三洋电子部品、松下电子部品、Nichicon及Elna等公司将铝电解的片式化技术都作为自身新的利润增长点。但是，当前我国的铝电解片式化技术相对落后，片式化铝电解的生产厂家较少，生产能力相对不足。
2.2电解质固体化技术
当前，电解质固体化技术是铝电解技术发展的重要方向。由于固体电解质具有稳定性高、高频低阻抗特性极好、寿命较长、温度特性好、工作温度范围广、耐反向电压力能力强等优点，因此，铝电解技术中的电解质固体化技术被认为是实现大幅度提高铝电解性能和铝电解SMD化的关键技术之一。目前，在铝电解中普遍使用的是液体电解质，其对阀金属表面生成的Al2O3氧化膜介质层具有自行修复的作用，这就容易导致液体电解质的铝电解进入失效模式。一般来说，铝电解常见的失效模式为短路失效，该模式的发生具有一定随机性，可能导致整个机组电性能的稳定性下降。目前，日本的Sanyo公司开发出了一种TCNQ固体电解质的电解质固体化技术，随后日本的Chemicon公司和Nichicon公司采用电化学方法，利用高分子材料作为电解质制作而成了质量较高的固体电解材料。总之，随着科学技术的不断发展，电解质固体化技术问题的研究也在不断深化。
2.3高比容电极的制造技术
高比容电极的制造技术是提高铝电解比率电容量、进一步缩小体积的关键技术。近几年，国内外高比容电极制造的主要研究方向有高比容、高效能化成工艺的开发，高比容电蚀工艺的开发以及低容量衰减率工艺的开发等。目前来说，由于中低压铝电解采用的阳极箔的实际扩面倍率和理论的扩面倍率相差较大，因此提高其工艺技术的空间较大，特别是在高比容电蚀工艺的开发领域、加强光箔的质量控制以及对电蚀前预处理的工艺进行改进等方面非常值得业内人士关注。另外，当前部分国家采用电化学腐蚀的方法让铝箔的扩面工程不断向纳米级靠近，但是在工业领域内，其扩面倍率的提升速度相对较慢，且工艺的研究需要进一步深入以取得突破。
图1 随加入不同质量的超细氧化铝粉体胶黏剂剪切强度的变化趋势
3.铝电解生产节能环保控制措施
3.1控制阳极效应
阳极效应的产生能够对铝电解产生影响，能耗增大、效率降低，导致炉膛遭到破坏，增加氟化盐挥发，阳极消耗增加，同时会产生大量的全氟化碳温室效应气体以及其他气体，导致大气的温室效应增加。因此，在进行铝电解生产的过程中应当对阳极效应进行控制，实现零效应控制的技术革新。降低效应系数可以从以下几个方面着手：①提高计算机控制系统对氧化铝浓度的精准判断和分析，并及时作出正确的反应；②提高设备的智能水平，比如开发智能打击头，一旦发生打击头堵卡，能够及时报警，人工及时干预，并解决问题；③不断优化和改善电解质体系，提高氧化铝的溶解能力。
3.2超细氧化铝粉体对磷酸盐胶黏剂剪切强度的影响
填料具有提高凝聚力、防止断裂、提高耐热性、降低收缩率等作用，在粘接、浸润过程中可以抵御自身张力，增大粘接强度，提高凝聚力。因此在25ml基料中加入3gZnO、0.5gMgO、4gAl2O3和不同质量的超细氧化铝粉体考察超细氧化铝粉体的加入对磷酸盐胶黏剂剪切强度的影响。
加入2g超细氧化铝粉体时，由于超细氧化铝粉体相比于普通氧化铝有更大比表面和表面能，基料对其浸润更充分，分布连续性好，骨料与基料反应更完全，同时有效减少了胶粘剂中含水量，胶黏剂剪切强增加至8.1555MPa。但加入3g时，与填料反应的基料过多，基料对填料的包覆成膜作用减小，胶黏剂涂覆性差，剪切强度减小。因此，在25ml基料中加入3gZnO、0.5gMgO、4gAl2O3、2g超细氧化铝粉体时，胶黏剂的剪切强度达到最高。
将完全固化后试件浸泡在蒸馏水中测耐水性，9d后观察无明显变化，11d后胶黏剂表面开始脱落。各组不同配方胶黏剂无太大区别，但与普通磷酸盐胶粘剂相比时，由于纳米材料作为骨料时胶粘剂孔隙率低，减少了对水份的吸附，有效提高了胶粘剂的耐水性。
3.3超细氧化铝粉体对磷酸盐胶黏剂耐高温性能的影响
高温剪切强度的试件处理方法为将正常固化工艺固化的试件分别经0℃、200℃、400℃、600℃、800℃、1000℃煅烧两小时后冷却后测试剪切强度。胶黏剂的配方为25ml基料中加入3gZnO、0.5gMgO、4gAl2O3、2g超细氧化铝粉。
表1 加入超细氧化铝粉体的胶黏剂的高温剪切强度
胶黏剂的高温剪切强度是一个先降低再升高的过程，在800℃降低到4.6046MPa，1000℃时升高至5.9792MPa，原因是中温固化的胶黏剂虽然强度很高，但是胶黏剂中还存在少量的结合水，随着处理温度的提高，胶黏剂中有部分物质挥发，胶黏剂孔隙率增大，粘接层发生形变和断裂，剪切强度下降。但经1000℃处理后，部分磷酸盐发生熔融，胶黏剂结构变得更加致密，剪切强度升高。从上面的实验数据可以看出，加入超细氧化铝粉体的胶黏剂热处理后剪切强度的变化规律与普通氧化铝是一样的。但是从表2的数据可以看出超细氧化铝粉体的加入明显改善了胶黏剂的耐高温性能够。
表2 超细氧化铝粉体对胶黏剂高温剪切强度下降百分比的影响
加入超细氧化铝粉体改性后的磷酸盐胶粘剂经过800℃煅烧两小时后剪切强度减小43.73%，经过1000℃煅烧两小时后剪切强度减小26.82%，远远低于普通磷酸盐66.30%和55.80%的数值。超细氧化铝粉体作为填料时粒径分布连续性好，减少了胶粘剂中水的含量，有效减少了胶粘剂高温时的孔隙率，大大提高了胶粘剂的高温剪切强度。因此，超细氧化铝粉体改性磷酸盐胶粘剂可用于高温场所。
结论
通过对铝电解工作电解液成分和改性加剂的分析研究,提供了配制各种性能工作电解液的理论基础和实验方法,为制造高品质的铝电解提供了保障。
参考文献
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[3]陈金菊,顾德恩,冯哲圣,等.水解沉积-阳极氧化法形成Al-Ti复合氧化膜[J].功能材料,2005,3(36):399-401.
论文作者:冼容梅,白立富
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/28
标签：氧化铝论文; 铝电解论文; 强度论文; 磷酸盐论文; 电解质论文; 超细论文; 粉体论文; 《电力设备》2017年第33期论文;