CN101100370A - 一种可溶性耐高温陶瓷纤维及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可溶性耐高温陶瓷纤维，由以下重量百分比的原料制备而成：二氧化硅60～70％、三氧化二铝5～15％、氧化钙6～10％、氧化镁6～10％和氧化锆3～6％。本发明还涉及所述陶瓷纤维的制备方法。本发明陶瓷纤维被吸入人体后可溶于人体体液，经反应后可被排出，减少了对人体的不良影响，同时提高了纤维的结构强度。本发明还涉及所述陶瓷纤维在高温的工业生产环境下的应用。

Description

一种可溶性耐高温陶瓷纤维及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种耐高温陶瓷纤维，特别涉及一种可溶性的耐高温陶瓷纤维及其制备方法和应用。
背景技术
传统陶瓷纤维(硅酸铝系列陶瓷纤维)产品的主要成分是三氧化二铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)，占产品总重量的98～99％，其中Al2O3为46％左右，SiO2为53％左右，其耐高温的工作温度在1000℃～1260℃。这种陶瓷纤维在生产制备和使用过程中有细小颗粒和部分纤维被吸入人体，由于很难被排出体外，会对人体产生一定危害，从而降低了工人的工作效率。国外市场目前已经出现可溶于人体体液的陶瓷纤维，这种陶瓷纤维虽然经过与体液的反应容易被排出体外，在一定程度上减少了对人体的危害，但目前还存在纤维强度低和结构易碎的缺陷。
本发明正是基于上述背景，提出了一种新的可溶性耐高温陶瓷纤维，在具有可溶性的基础上进一步提高了陶瓷纤维的耐高温性能和结构强度，显著扩大了陶瓷纤维的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型陶瓷纤维，不仅可以溶于人体体液，减少对人体的危害，提高生产和使用的安全性，而且具有更好的耐高温性能和结构强度。
本发明是通过以下技术方案实现的：
提供一种可溶性耐高温陶瓷纤维，由以下重量百分比的原料制备而成：
二氧化硅60～70％、三氧化二铝5～15％、氧化钙6～10％、氧化镁6～10％和氧化锆3～6％。
所述可溶性耐高温陶瓷纤维优选由以下重量百分比的原料制备而成：
二氧化硅65～68％、三氧化二铝9～10％、氧化钙9～10％、氧化镁9％和氧化锆5～6％。
本发明还提供一种所述的可溶性耐高温陶瓷纤维的制备方法，包括以下步骤：
将所述重量百分比的原料经2200℃的高温熔融后用甩丝机甩丝，制成所述可溶性耐高温陶瓷纤维，所述甩丝机为三轴离心甩丝机或两轴离心甩丝机。
本发明还提供一种所述的可溶性耐高温陶瓷纤维的应用，即所述可溶性耐高温陶瓷纤维用于1000℃～1200℃的工业生产环境中的耐高温、隔热或阻燃。
上述应用是将所述可溶性耐高温陶瓷纤维按照常规方法进一步制成纤维毯、纤维毡、纤维板、纤维模块、纤维纸或纤维纺织品后用于1000℃～1200℃的工业生产环境中的隔热或阻燃。
本发明通过在原料中加入所述剂量的氧化钙和氧化镁，显著提高了陶瓷纤维的溶解度，改善了成纤环境，稳定了可溶性陶瓷纤维的化学成分。同时，通过在原料中加入了所述剂量的锆元素，在保证了陶瓷纤维的可溶性的同时，使陶瓷纤维的结构强度得到了显著加强。
本发明的可溶性耐高温陶瓷纤维被吸入人体后可溶于人体体液，与人体体液产生反应后可被分解并排出体外，从而显著减少了对人体的危害。
通过本发明的工艺制备的可溶性耐高温陶瓷纤维的直径在3～4μm，纤维长度大于100mm，渣球大于0.23mm，渣球含量小于5％。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
1.纤维结构强度高
在同等密度下，本发明含锆可溶性纤维的抗拉强度与其它现有可溶性纤维有明显的区别。如密度为64kg/m3时，现有其他可溶性陶瓷纤维抗拉强度最高为38/Kpa，而本发明含锆可溶性纤维抗拉强度为40/Kpa。当密度为96kg/m3时，现有其他可溶性陶瓷纤维抗拉强度最高为68/Kpa，而本发明含锆可溶性纤维抗拉强度为80/Kpa。
2.产品使用范围广
本发明陶瓷纤维所具有的高结构强度和环保等特点，使得它所制备的产品可使用在钢铁、工业炉、炼铝、铸造、化工、船舶、航天、密封、汽车、电器保护、建筑等领域。而不具备本发明陶瓷纤维这样高的结构强度的可溶性陶瓷纤维在工程施工中一旦遇到潮湿环境，纤维会有很大的损失，从而降低产品耐火保温的性能，其使用范围也就相对窄于本发明的可溶性陶瓷纤维。
3.化学成分稳定
本发明可溶性陶瓷纤维在加锆以后，提高了化学稳定性。非含锆可溶性陶瓷纤维加热收缩率在1300℃为6％，在1400℃为8％；而本发明含锆可溶性陶瓷纤维加热收缩率在1300℃为3％，在1400℃为4％。
4.纤维长度长，渣球率低
本发明陶瓷纤维的纤维长度大于100mm，渣球含量小于5％；现有其他可溶性陶瓷纤维的纤维长度在50-80mm，渣球含量在8-10％
具体实施方式
实施例1.
按照下表1的配比配原料10吨：
表1.原料配比1
  SiO2   Al2O3   CaO   MgO   ZrO
  68％   9％   9％   9％   5％
将上述配比的10吨原料充分搅拌后放入熔炉，加温到2200℃，待原料熔化后用三轴离心甩丝机甩丝成纤，得到本发明所述可溶性耐高温陶瓷纤维。产品颜色呈白色，纤维直径为3～4μm，纤维长度为120mm，耐高温工作温度为1200℃。
实施例2.
按照下表2的配比配原料10吨：
表2.原料配比2
  SiO2   Al2O3   CaO   MgO   ZrO
  65％   10％   10％   9％   6％
将上述配比的10吨原料充分搅拌后放入熔炉，加温到2200℃，待原料熔化后用三轴离心甩丝机甩丝成纤，得到本发明所述可溶性耐高温陶瓷纤维。产品颜色呈白色，纤维直径为3～4μm，纤维长度为120mm，耐高温工作温度为1200℃。
实施例3.
将按照实施例1的方法制备的可溶性耐高温陶瓷纤维经过双面针刺机进行上下垂直方向的针刺，然后经过热处理炉500℃高温定型，得到具有下述性能的可溶性耐高温陶瓷纤维毯：
抗拉强度(Mpa)      ≥0.1
热收缩率           ≤1.2(1000℃)
导热系数(W/(m.K))  0.16(600℃)
上述纤维毯产品使用温度在1000℃～1260℃，可以代替非可溶性陶瓷纤维毯在耐火、隔热相关的领域使用，减少了对工作人员的人体伤害，降低了劳动保护的成本。
实施例4.
按照实施例1的方法制备可溶性耐高温陶瓷纤维，然后经过打浆、去渣、配浆、成型、烘干、卷取、切割后得到具有下述性能参数的可溶性耐高温陶瓷纤维纸：
抗拉强度(Mpa)    ≥0.03
热收缩率           ≤4(1000℃)
导热系数(W/(m.K))  0.170(600℃)
该可溶性耐高温陶瓷纤维纸可以随意切割，应用于高温耐火、隔热、密封、电气绝缘等方面。
实施例5.
按照实施例2的方法制备可溶性耐高温陶瓷纤维，然后在其中加入和毛油，再使用纺织设备生产可溶性耐高温陶瓷纤维纺纱线、布、带、方编绳、圆编绳、扭绳，应用于炉门密封、管道保护等领域。
实施例6.
按照实施例2的方法制备可溶性耐高温陶瓷纤维，然后在其中加入粘合剂经过打浆、模具成型、真空吸滤、烘干、机械整型后，得到可溶性耐高温陶瓷纤维板。该陶瓷纤维板是一种具有硬度的低导热率纤维耐火制品，可用作有气流冲蚀部位的壁衬材料和工业炉、高温管道的保温和隔热材料。

Claims (6)

1.一种可溶性耐高温陶瓷纤维，其特征在于它由以下重量百分比的原料制备而成：二氧化硅60～70％、三氧化二铝5～15％、氧化钙6～10％、氧化镁6～10％和氧化锆3～6％。
2.权利要求1所述的可溶性耐高温陶瓷纤维，其特征在于它由以下重量百分比的原料制备而成：二氧化硅65～68％、三氧化二铝9～10％、氧化钙9～10％、氧化镁9％和氧化锆5～6％。
3.一种权利要求1所述的可溶性耐高温陶瓷纤维的制备方法，包括以下步骤：
将所述重量百分比的原料经2200℃的高温熔融后用甩丝机甩丝成纤，制成所述可溶性耐高温陶瓷纤维。
4.权利要求3所述的可溶性耐高温陶瓷纤维的制备方法，其特征在于：所述甩丝机为三轴离心甩丝机或两轴离心甩丝机。
5.一种权利要求1所述的可溶性耐高温陶瓷纤维的应用，其特征在于：所述可溶性耐高温陶瓷纤维用于1000℃～1200℃的工业生产环境中的耐高温、隔热或阻燃。
6.权利要求5所述的可溶性耐高温陶瓷纤维的应用，其特征在于：将所述可溶性耐高温陶瓷纤维按照常规方法进一步制成纤维毯、纤维毡、纤维板、纤维模块、纤维纸或纤维纺织品后用于1000℃～1200℃的工业生产环境中的耐高温、隔热或阻燃。
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