CN105417959A - 一种新型环境友好型耐火纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型环境友好型耐火纤维及其制备工艺，其成本低，制作简单，在模拟肺叶中可快速溶解，耐火性能好，没有析晶现象。在Gamble溶液中检测72小时的溶解性，检测结果为：可溶，其溶解速率常数为：421-678ng/cm2?h；连续使用可耐高温1200-1500℃。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种新型环境友好型耐火纤维及其制备工艺。
背景技术
随着我国环保意识的日益增强，一些性能优良但是对人体和环境会产生不利影响的传统耐火材料受到挑战。近年来，提出了环境友好型耐火材料这一崭新的理念。环境友好型耐火材料就是要求耐火材料在生产过程中不使用有损于环境和人体的致癌物质和有毒物质，施工过程中不产生大量的粉尘，使用过程中不产生有害气体和有毒物质，使用后的残留材料应具有再生价值，不能成为工业垃圾。
传统的铝硅系纤维在生产和应用时较易进入人体，进入人体的纤维很难溶解，可能导致人体内的细胞病变。所以，我们需要研究何种纤维容易被人体吸入以及吸入的纤维能否快速被人体降解。
纤维吸进肺部的难易程度与空气中纤维的浓度以及纤维的几何尺寸有关，高浓度的纤维粉尘导致进入人体的概率就越大，进而纤维在人体肺部病变的概率就越大；各大研究机构的许多学者研究表明：纤维能否被人体吸入取决于纤维的长径比以及纤维的直径有关，长径比和直径越小，纤维越容易进入人体。纤维在人体内存在的时间长短由纤维的化学稳定性决定，化学稳定性越好，纤维越不容易降解，而纤维的化学稳定性与纤维的化学组分、表面形态和表面积有关。生物可溶性耐火纤维大部分由二氧化硅和其他金属或者非金属氧化物组成的，纤维组成中添加一些碱土金属氧化物、碱金属氧化物以及氧化硼等可以提高纤维的溶解性，而添加氧化铝时，纤维溶解性大幅度降低。纤维的表面越大，与肺液接触的面积越大，被肺液浸蚀的面积也越大，进而纤维在肺液中降解的速率也就越大，此外，纤维在制备和应用过程中表面会产生微裂缺陷纹，缺陷在体液的冲蚀下会进一步被侵蚀，加速纤维的溶解。
本发明旨在提供一种新型环境友好型耐火纤维及其制备工艺，其在模拟肺叶中可快速溶解，耐火性能好，没有析晶现象。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供一种新型环境友好型耐火纤维及其制备工艺，其在模拟肺叶中可快速溶解，耐火性能好，没有析晶现象。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种新型环境友好型耐火纤维的生产工艺：
(1)配备原料：
按照重量份，取5-8份硅灰石，10-12份石英砂，3份滑石，0.8-1.1份硅藻土，2份焦宝石，1份云母粉，0.2份氧化锌，1.2份稻壳灰，海藻糖0.2-0.5份，将上述原料按照比例碾磨后混合均匀；
所述稻壳灰为稻壳在600-700℃焚烧充分，并且磨细的粉末；
(2)制备耐火纤维：
将混合均匀的原料置于电阻炉中，先经500℃熔融，恒温保持搅拌25-35min，然后升温至1800℃熔融；
熔融液通过甩丝方式，经集棉器集棉，制得需要厚度的纤维棉坯，然后经过针刺，680-720℃热处理，最后经过切割，打卷而成耐火纤维。
本发明采用标准标准Gamble溶液模拟肺液进行生物相溶性的检测。典型的Gamble溶液的配方如下表所示：
在甩丝过程中，通常可溶性陶瓷纤维原料熔体有不同程度的析晶倾向，这种析晶倾向称之为析晶性能。在纤维的生产中，析晶是绝对不允许的，它将导致纤维的断裂，强度降低。为避免甩丝过程中陶瓷纤维产生析晶，成型温度必须要高于原料的析晶温度。测定析晶上限温度是决定成型温度的关键。在可溶性陶瓷纤维的使用过程中，随着时间和温度的增加，纤维出现析晶可能使纤维收缩和破坏。
玻璃在它的平衡液相线温度以下，相对于结晶相而言，处于介稳状态，体系能量较高，因此有向晶相转变的趋势。玻璃发生析晶转变时，体系总能量的变化由玻璃相与晶相两相化学自由能之差ΔG，析出的晶相与玻璃相形成的界面能Uf和应变能Us三部分组成。在玻璃的析晶转变过程中，Uf+Us＝ΔG，因此主要考虑体系化学自由能的变化。玻璃中形成的晶核，其生长取决于玻璃相与晶相界面附近原子的跃迁过程。原子的振动频率为v其从玻璃相越过界面转入晶相需要活化能E。
原子从玻璃相越过界面转入晶相的频率为v 1＝v exp[-E/(RT)]式中，R为气体常数，T为热力学温度，v为原子振动频率。由于原子的迁移而导致体系自由能下降ΔG。对于反向过程，即原子从晶相转入玻璃相需要越过势垒(E+ΔG)，跃迁频率为v 2＝v exp[(E+ΔG)/(RT)]于是原子从玻璃相到晶相的净跃迁频率为v 1-v 2。设晶核表面生长一层原子，相界面迁移距离为凡则晶核沿一维方向生长速率：
U＝λ(v 1-v 2)＝λv exp(-E/(RT){1-exp[-ΔG/(RT)]} (1)
令k0＝v{1-exp[-ΔG/(RT)]} (2)
则式(1)可写成U＝λk0[exp(-E/(RT)]，E为玻璃析晶活化能。k0一般被称为频率因子，且被认为与温度T无关，而实际上这只有在等温条件下才严格成立。对于非等温过程，由式(2)可知，k0与T有关，用不同的方法求得的k0的值有时会相差一个数量级。只有在一定的温度范围内，温度的上升导致v增大与玻璃相和晶相的自由能差ΔG的减小相互抵消一部分时才可以近似看作常数。
本发明的有益之处在于：
提供一种新型环境友好型耐火纤维及其制备工艺，其成本低，制作简单，在模拟肺叶中可快速溶解，耐火性能好，没有析晶现象。在Gamble溶液中检测72小时的溶解性，检测结果为：可溶，其溶解速率常数为：421-678ng/cm2·h；连续使用可耐高温1200-1500℃。
具体实施方式
实施例1：
新型环境友好型耐火纤维的生产工艺：
(1)配备原料：
按照重量份，取5份硅灰石，12份石英砂，3份滑石，0.8份硅藻土，2份焦宝石，1份云母粉，0.2份氧化锌，1.2份稻壳灰，海藻糖0.5份，将上述原料按照比例碾磨后混合均匀；
(2)制备耐火纤维：
将混合均匀的原料置于电阻炉中，先经500℃熔融，恒温保持搅拌25min，然后升温至1800℃熔融；
熔融液通过甩丝方式，经集棉器集棉，制得需要厚度的纤维棉坯，然后经过针刺，720℃热处理，最后经过切割，打卷而成耐火纤维。
结果：
无析晶现象发生。
生产出来后立刻在Gamble溶液中检测72小时的溶解性，检测结果为：
可溶，其溶解速率常数为：421ng/cm2·h；
连续使用可耐高温1500℃。
实施例2：
新型环境友好型耐火纤维的生产工艺：
(1)配备原料：
按照重量份，取8份硅灰石，10份石英砂，3份滑石，1.1份硅藻土，2份焦宝石，1份云母粉，0.2份氧化锌，1.2份稻壳灰，海藻糖0.2份，将上述原料按照比例碾磨后混合均匀；
(2)制备耐火纤维：
将混合均匀的原料置于电阻炉中，先经500℃熔融，恒温保持搅拌35min，然后升温至1800℃熔融；
熔融液通过甩丝方式，经集棉器集棉，制得需要厚度的纤维棉坯，然后经过针刺，680℃热处理，最后经过切割，打卷而成耐火纤维。
结果：
无析晶现象发生。
生产出来后立刻在Gamble溶液中检测72小时的溶解性，检测结果为：
可溶，其溶解速率常数为：678ng/cm2·h；
连续使用可耐高温1200℃。
实施例3：
新型环境友好型耐火纤维的生产工艺：
(1)配备原料：
按照重量份，取6份硅灰石，11份石英砂，3份滑石，0.9份硅藻土，2份焦宝石，1份云母粉，0.2份氧化锌，1.2份稻壳灰，海藻糖0.4份，将上述原料按照比例碾磨后混合均匀；
(2)制备耐火纤维：
将混合均匀的原料置于电阻炉中，先经500℃熔融，恒温保持搅拌26min，然后升温至1800℃熔融；
熔融液通过甩丝方式，经集棉器集棉，制得需要厚度的纤维棉坯，然后经过针刺，710℃热处理，最后经过切割，打卷而成耐火纤维。
结果：
无析晶现象发生。
生产出来后立刻在Gamble溶液中检测72小时的溶解性，检测结果为：
可溶，其溶解速率常数为：450ng/cm2·h；
连续使用可耐高温1400℃。
实施例4：
新型环境友好型耐火纤维的生产工艺：
(1)配备原料：
按照重量份，取7份硅灰石，10份石英砂，3份滑石，1.0份硅藻土，2份焦宝石，1份云母粉，0.2份氧化锌，1.2份稻壳灰，海藻糖0.3份，将上述原料按照比例碾磨后混合均匀；
(2)制备耐火纤维：
将混合均匀的原料置于电阻炉中，先经500℃熔融，恒温保持搅拌34min，然后升温至1800℃熔融；
熔融液通过甩丝方式，经集棉器集棉，制得需要厚度的纤维棉坯，然后经过针刺，690℃热处理，最后经过切割，打卷而成耐火纤维。
结果：
无析晶现象发生。
生产出来后立刻在Gamble溶液中检测72小时的溶解性，检测结果为：
可溶，其溶解速率常数为：650ng/cm2·h；
连续使用可耐高温1300℃。
实施例5：
新型环境友好型耐火纤维的生产工艺：
(1)配备原料：
按照重量份，取5份硅灰石，12份石英砂，3份滑石，1.1份硅藻土，2份焦宝石，1份云母粉，0.2份氧化锌，1.2份稻壳灰，海藻糖0.5份，将上述原料按照比例碾磨后混合均匀；
(2)制备耐火纤维：
将混合均匀的原料置于电阻炉中，先经500℃熔融，恒温保持搅拌30min，然后升温至1800℃熔融；
熔融液通过甩丝方式，经集棉器集棉，制得需要厚度的纤维棉坯，然后经过针刺，700℃热处理，最后经过切割，打卷而成耐火纤维。
结果：
无析晶现象发生。
生产出来后立刻在Gamble溶液中检测72小时的溶解性，检测结果为：
可溶，其溶解速率常数为：500ng/cm2·h；
连续使用可耐高温1443℃。
可见，本发明公开了一种新型环境友好型耐火纤维及其制备工艺，其成本低，制作简单，在Gamble溶液中检测72小时的溶解性，检测结果为：可溶，其溶解速率常数为：600ng/cm2·h；连续使用可耐高温1338℃。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种新型环境友好型耐火纤维的生产方法，其特征在于，步骤如下：
（1）配备原料：
按照重量份，取5-8份硅灰石，10-12份石英砂，3份滑石，0.8-1.1份硅藻土，2份焦宝石，1份云母粉，0.2份氧化锌，1.2份稻壳灰，海藻糖0.2-0.5份，将上述原料按照比例碾磨后混合均匀；
（2）制备耐火纤维：
将混合均匀的原料置于电阻炉中，先经500℃熔融，恒温保持搅拌25-35min，然后升温至1800℃熔融；
熔融液通过甩丝方式，经集棉器集棉，制得需要厚度的纤维棉坯，然后经过针刺，680-720℃热处理，最后经过切割，打卷而成耐火纤维。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述稻壳灰为稻壳在600-700℃焚烧充分，并且磨细的粉末。
3.权利要求1-2所述的方法制备得到的环境友好型耐火纤维。
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2015
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