CN106400300A

CN106400300A - 一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法

Info

Publication number: CN106400300A
Application number: CN201610750982.5A
Authority: CN
Inventors: 佘玉明
Original assignee: Changxing Ally Refractory Co Ltd
Current assignee: Zhejiang ally Refractories Co.,Ltd.
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2036-08-30
Also published as: CN106400300B

Abstract

本发明公开了一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法，其中，质量百分比如下：氧化钙30%～45%，二氧化硅25%～50%，氧化镁15%～25%，氧化锆1%～5%，三氧化二钇1%～5%，氧化锶1%～5%，碳素1%～5%，二氧化钛1%～5%。本发明以羟磷灰石、白云石、玄武岩、硅灰石、锆石、磷钇矿、菱锶矿、炭黑和钛白粉为主原料，在离心甩丝时，利用工业氮气的辅助将夜光粉末粘附至纺丝液表面，实现了夜光耐火纤维的制备，随后经针刺、加压热定型制得夜光针刺织物。本发明所得夜光耐火纤维针刺织物在夜间或者黑暗处发红、蓝、紫、绿等色光，且具有良好生物溶解性以及结构稳定性。

Description

一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法

技术领域

本发明属于耐火纤维领域，尤其是涉及一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法。

背景技术

多数的耐火纤维用于代替耐火砖用于热处理炉、加热炉等高温领域，然而自20世纪90年代以来，随新产品的开发和推广，耐火材料也逐渐进入了人们的日常生活中。专利CN1229864A公开了一种不燃性的混纺纱及其应用，将硅酸铝陶瓷耐火纤维与玻璃纤维或高硅氧纤维进行混纺、织造得到织物，所得织物具有很好的不燃性。专利CN1253645C公开了一种防火卷帘，以耐火纤维毯为帘芯，对于大型公共场所、库房的防火起到了重要的作用。

随人们安全意识的提高，防火纤维在日常生活的应用会越来越广，随之也会对耐火纤维的功能性提出更高的要求，如夜光性、保暖性等。耐火纤维的夜光特征有助于对耐火制品进行定位，对危险易燃品具有警示作用。目前对夜光耐火纤维制品的研究比较欠缺，尚未有相关文献报道。

发明内容

为克服夜光耐火纤维制品的制备方法不足的问题，本发明提供一种夜光耐火纤维针刺织物的制备方法。

本发明是通过以下技术实现的：

一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法，步骤如下：

1）主原料准备：根据氧化钙，二氧化硅，氧化镁，氧化锆，三氧化二钇，氧化锶，碳素和二氧化钛的质量配比称取羟磷灰石、白云石、玄武岩、硅灰石、锆石、磷钇矿、菱锶矿、炭黑和钛白粉，于600～800℃下保温4～6小时后共混并进行粉碎得到主原料；

2）熔融：将主原料投入熔融炉中加热至1900～2000℃，直至完全融化得到熔融液；

3）过滤：过滤熔融液中的杂质，滤液流入2100～2200℃搅拌釜中并进行持续搅拌得到纺丝液；

4）夜光耐火纤维收集：纺丝液从搅拌釜出料口流出，进入离心头，在离心力作用下，经离心头的细孔甩出，细孔垂直方向喷射有带有夜光粉末的工业氮气，在工业氮气作用下，夜光粉末粘附至纺丝液表面，同时，纺丝液快速冷却成固体纤维并由集棉器进行收集得到夜光耐火纤维；

5）织物制备：将夜光耐火纤维投入开清棉装置进行开松、梳理并得到分布均匀的纤维网，利用针刺机对纤维网进行针刺得到夜光耐火纤维针刺坯布，对上述坯布进行分阶段加压热定型、切割并收集得到夜光耐火纤维针刺织物。

一般而言，玻璃体比相似成分的晶体具有更好的水解性能。原因在于玻璃体的化学结构与晶体相比，比较松散。在本发明所制备的一种夜光耐火纤维使用到了与生物相溶性较好的原料，即，本发明所制备的夜光耐火纤维不但具有夜光性，也具有良好的生物相溶性。在原料组成上，羟磷灰石、白云石主要化学成分中，氧化钙含量达50%以上，具有较好的生物相容性；硅灰石普遍认为是一种生物可溶性最好的非晶体纤维原料，其氧化钙含量为48%，生物溶解性能良好。玄武岩尽管溶解速率很低，但却比同样是低溶解速率的石棉、钛酸钾（钠）晶须对人体健康的影响要小。实验发现，以羟磷灰石、白云石、玄武岩、硅灰石为主要原料制备的耐火纤维具有较高的生物相溶性。此外，所使用的原料都为市场上常见的无机化工原料或自然矿产，不仅成本低，而且无毒无害，无任何污染气体释放，有利于环保生产。

以氧化硅、氧化钙和氧化镁为主要成分的耐火纤维的熔融粘度较低，本发明中，发明人经过实验引入氧化锆，氧化钛等物质，其主要目的是为了提高熔体的粘度，提高熔体的成纤性能，且对耐火纤维的热膨胀及耐用性并无明显影响，传统的耐火纤维会使用氧化硼来提高熔体的粘度，但氧化硼易汽化，从而引起环境污染。氧化锆本身是一种高温耐火材料，熔融温度约为2700℃，该物质的添加可以提高熔体粘度变化的温度范围，具有良好的热稳定性能。氧化钛具有良好的光散射作用，它的引入是为增加隔热保温性能。此外，碳素具有热膨胀率低的特点，使纤维产品在高温使用时体积稳定性好，抗热震性强。发明人认为，三氧化二钇、氧化锶、氧化锆、氧化钛的加入使耐火材料的宏观特性发生了改变，使弹性模量、热膨胀率降低，而且细微组织强度得到提高，抑制导致耐火材料断裂的断裂点的产生，从而使得结构稳定性得到了提高，强度也得到提高。

夜光粉这种发光材料，被广泛的应用于许多领域，制作各种发光制品。传统的使用方法是将夜光粉加入树脂中，并涂覆于制品表面，或者是在涂有夜光粉的表面粘贴一层透明塑料薄膜作为保护层，这种制备方法的不足之处是夜光制品表面硬度低、不耐磨损、不耐高温、抗老化性能较差。另一种方法是将夜光粉加入基体之中，然后对基体进行定形。夜光粉一般是在物品的外表面才能发挥夜光作用，而在基体之中则难以发挥其作用。

在本说明书中，纺丝液在离心力下，经离心头的细孔甩出，此时纺丝液温度较高，仍为液态，此时在工业氮气辅助下，将夜光粉末直接粘附至纺丝液外层，受纺丝液温度的影响，夜光粉部分熔化并在纺丝液外层分散，同时，工业氮气对纺丝液具有冷却的作用，纺丝液迅速固化，也实现了夜光粉末在耐火纤维表面的固着，从而形成结合牢固且致密的夜光层，这是本说明书中最重要的一个发明点。经测试夜光粉末在耐火纤维表面分布均匀，至于夜光层的厚度则主要取决于工业氮气中夜光粉末的浓度及气流速度，气流中夜光粉末的浓度越高、气流速度越低则可以获得夜光层越厚的耐火纤维。

优选地，主原料的质量配比为氧化钙 30%～45%，氧化硅25%～50%，氧化镁15%～25%，氧化锆1%～5%，三氧化二钇1%～5%，氧化锶1%～5%，碳素1%～5%，氧化钛1%～5%，总量为100%。

优选地，所述夜光粉末采用如下方式制备：

红色夜光粉末：称取硫酸钡52 wt%、硫酸镁38 wt%、硫酸锌5 wt%、磷酸锂2 wt%、硝酸铜3 wt%，利用机械球磨仪磨至200～300目得到红色夜光粉末；

蓝色夜光粉末：称取硫化钙58wt%、硫酸钠5 wt%、硫酸钾5 wt%、硫酸钠5 wt%、硫酸锶10wt%、氯化钠6 wt%、硝酸银1 wt%、硫化镁10 wt%，利用机械球磨仪磨至200～300目得到蓝色夜光粉末；

紫色夜光粉末：称取硫化钙58 wt%、硫化镁26 wt%、硫化钠10 wt%、硝酸钾5 wt%、硝酸锶1 wt%，利用机械球磨仪磨至200～300目得到紫色夜光粉末；

绿色夜光粉末：称取硫化钙50 wt%、硫化钾6 wt%、硫化钠7 wt%、硝酸钡12 wt%、硝酸锌12 wt%、硝酸铟13 wt%，利用机械球磨仪磨至200～300目得到绿色夜光粉末。

本发明所使用的是自配的夜光粉末，该夜光粉末光效长，成本低，色彩艳丽。本发明可通过对上述四种夜光粉进行复配得到不同夜光特征的夜光粉混合物。

优选地，所述主原料的粒径为150～200目。

本发明采用150～200目原材料，经实验发现，本发明所使用的粒径可获得更快的熔融速率，主原料混合更为均匀，所制得的夜光耐火纤维的品质更加稳定。

优选地，离心的速度为8000～10000转/分，细孔的孔径为0.03～0.3毫米。

优选地，所述工业氮气的温度为80～110℃，气流速度为1～10米/秒。

优选地，工业氮气中夜光粉末的浓度为500～1500mg/L。

工业氮气的气流速度与工业氮气中夜光粉末的浓度共同决定了夜光耐火纤维中夜光层的厚度与夜光强度。更优选的气流速度为3～6米/秒，特别优选的气流速度为4～5米/秒，更优选的工业氮气中夜光粉末的浓度为500～1200mg/L，特别优选的工业氮气中夜光粉末浓度为800～1000mg/L。

优选地，所述夜光耐火纤维的直径为56～128微米，长度为43～182毫米。

优选地，针刺密度为320～450刺/cm²，针刺深度为12～15毫米。

针刺法加固耐火纤维网是利用针刺机的带钩刺刺针反复穿刺纤维网，使纤维中部分水平耐火纤维形成垂直纤维簇，该纤维簇自上而下贯穿于纤网，通过与水平纤维缠结，阻止纤维的相互滑脱，并使纤维结构紧密，厚度大大下降。在针刺机的工艺参数中针刺密度、针刺深度这两个参数最为重要。耐火纤维材料为脆性材料，容易折断，在传统的耐火纤维针刺成毡的工艺中，较少明确针刺的针刺密度和针刺深度，对耐火纤维毡的强力并未有明显的关注。其原因或许在于传统的耐火纤维多用于热处理炉、加热炉的工业保温材料使用，强力要求较少。然而在日常生活中，毡品不可避免会受到反复拉伸、弯折的作用，毡品的拉伸断裂强力、耐疲劳性能则必须受到关注。然而发明人实验发现，这两个工艺参数对耐火纤维毡的拉伸断裂强力、耐疲劳性能有重大影响，关系着其使用用途，较好的针刺密度为320～350刺/cm²，针刺深度为12～14毫米时，更好的针刺密度为340～350刺/cm²，针刺深度为13～14毫米时，所得夜光耐火纤维针刺织物的拉伸断裂强力可取得较大值，耐疲劳性能较好。

优选地，所述分阶段加压热定型是在温度500～600℃，压力4～10Kg/cm²条件下处理90～180分钟，然后以10～50℃/分升温至1600～1800℃，压力3～6Kg/cm²条件下处理3～5分钟，处理完毕，自然冷却至室温。

传统采用一次针刺即获得耐火纤维成品，在本发明中，发明人对于针刺成形的坯布进行两次加压热定型处理，其作用在于，第一次较长时间的加压热定型有利于形成晶粒细小、强度较高、韧性较好的耐火纤维，第二次短时间的加压热定型处理，可使耐火纤维在短时间内获得致密化结构，晶粒不易发生二次成长，使纤维在高温使用性能更为稳定，这一步对于在高温下使用的耐火纤维尺寸保持稳定有至关重要的作用，这也是本说明书一个重要的发明点之一。

具体实施方式

实施例1

取称羟磷灰石20.2 wt%、白云石21.1 wt%、玄武岩 37.6 wt%、硅灰石10.0 wt%、锆石2.3 wt%、磷钇矿 2.6 wt%、菱锶矿 2.3 wt%、炭黑 2.1 wt%和钛白粉 1.8 wt%，其化学组成为氧化钙 32.2 wt%，二氧化硅34.7 wt%，氧化镁 20.5 wt%，二氧化锆2.2 wt%，三氧化二钇2.3 wt%，氧化锶 2.3 wt%，碳素3.0 wt%，二氧化钛2.6 wt%，共混并粉碎至150目得到主原料。称取硫酸钡52 wt%、硫酸镁38 wt%、硫酸锌5 wt%、磷酸锂2 wt%、硝酸铜3 wt%，利用机械球磨仪磨至200目得到红色夜光粉末。将主原料投入熔融炉中加热至1900℃，直至完全融化得到熔融液。随后过滤熔融液中的杂质，滤液流入2100℃的搅拌釜并进行持续搅拌得到纺丝液，该纺丝液从搅拌釜的出料口流出并进入离心头，在离心作用下（8000转/分），经离心头的细孔（直径为0.05毫米）甩出，细孔垂直方向喷射红色夜光粉末的工业氮气，红色夜光粉末在工业氮气的浓度为800mg/L，工业氮气的温度为80℃，速度为3米/秒。在工业氮气作用下，红色夜光粉末粘附至纺丝液表面，同时，纺丝液快速冷却成固体纤维并由集棉器进行收集得到红色夜光耐火纤维。收集红色夜光耐火纤维投入开清棉装置进行开松、梳理并得到分布均匀的纤维网，利用针刺机对纤维网进行针刺，针刺密度为340刺/cm²，针刺深度为13毫米，得到红色夜光耐火纤维针刺坯布。随后，对红色夜光耐火纤维针刺坯布进行分阶段加压热定型，在温度500℃，压力4Kg/cm²条件下处理90分钟，然后以18℃/分升温至1700℃，压力3Kg/cm²条件下处理5分钟，处理完毕，自然冷却至室温。加压热定型完毕，切割并收集得到夜光耐火纤维针刺织物。

该夜光耐火纤维针刺织物在夜间或者黑暗处发红色光。

实施例2

取称羟磷灰石32.1 wt%、白云石16.1 wt%、玄武岩 21.3 wt%、硅灰石17.2 wt%、锆石3.1 wt%、磷钇矿 3.2 wt%、菱锶矿 2.7 wt%、炭黑 2.2 wt%和钛白粉 2.8 wt%，其化学组成为氧化钙 43.1 wt%，二氧化硅27.4 wt%，氧化镁 15.2 wt%，二氧化锆2.9 wt%，三氧化二钇2.8 wt%，氧化锶 2.7 wt%，碳素3.1 wt%，二氧化钛2.9 wt%，共混并粉碎至200目得到主原料粉末。称取硫化钙58wt%、硫酸钠5 wt%、硫酸钾5 wt%、硫酸钠5 wt%、硫酸锶10 wt%、氯化钠6 wt%、硝酸银1 wt%、硫化镁10 wt%，利用机械球磨仪磨至300目得到蓝色夜光粉末。将主原料粉末投入熔融炉中加热至2000℃，直至完全融化得到熔融液。随后过滤熔融液中的杂质，滤液流入2200℃的搅拌釜并进行持续搅拌得到纺丝液，该纺丝液从搅拌釜的出料口流出并进入离心头，在离心作用下（10000转/分），经离心头的细孔（直径为0.1毫米）甩出，细孔垂直方向喷射蓝色夜光粉末的工业氮气，蓝色夜光粉末的浓度为800mg/L，工业氮气的温度为100℃，速度为6米/秒。在工业氮气作用下，蓝色夜光粉末粘附至纺丝液表面，同时，纺丝液快速冷却成固体纤维并由集棉器进行收集得到蓝色夜光耐火纤维。收集蓝色夜光耐火纤维投入开清棉装置进行开松、梳理并得到分布均匀的纤维网，利用针刺机对纤维网进行针刺，针刺密度为350刺/cm²，针刺深度为14毫米，得到蓝色夜光耐火纤维针刺坯布。随后，对蓝色夜光耐火纤维针刺坯布进行分阶段加压热定型，在温度600℃，压力5Kg/cm²条件下处理120分钟，然后以30℃/分升温至1800℃，压力6Kg/cm²条件下处理3分钟，处理完毕，自然冷却至室温。加压热定型完毕，切割并收集得到夜光耐火纤维针刺织物。

该夜光耐火纤维针刺织物在夜间或者黑暗处发蓝色光。

实施例3

取称羟磷灰石19.3 wt%、白云石23.5 wt%、玄武岩 32.7 wt%、硅灰石8.2 wt%、锆石5.1 wt%、磷钇矿 2.9 wt%、菱锶矿 3.1 wt%、炭黑 2.9 wt%和钛白粉 23 wt%，其化学组成为氧化钙 30.6 wt%，二氧化硅29.2 wt%，氧化镁 22.4 wt%，二氧化锆4.9 wt%，三氧化二钇2.5 wt%，氧化锶 3.1 wt%，碳素4.1 wt%，二氧化钛3.3 wt%，共混并粉碎至175目得到主原料粉末。称取硫化钙50 wt%、硫化钾6 wt%、硫化钠7 wt%、硝酸钡12 wt%、硝酸锌 12 wt%、硝酸铟13 wt%，利用机械球磨仪磨至200～300目得到绿色夜光粉末。将主原料粉末投入熔融炉中加热至1950℃，直至完全融化得到熔融液。随后过滤熔融液中的杂质，滤液流入2150℃的搅拌釜并进行持续搅拌得到纺丝液，该纺丝液从搅拌釜的出料口流出并进入离心头，在离心作用下（9000转/分），经离心头的细孔（直径为0.2毫米）甩出，细孔垂直方向喷射绿色夜光粉末的工业氮气，绿色夜光粉末的浓度为1000mg/L，工业氮气的温度为110℃，速度为10米/秒。在工业氮气作用下，绿色夜光粉末粘附至纺丝液表面，同时，纺丝液快速冷却成固体纤维并由集棉器进行收集得到绿色夜光耐火纤维。收集绿色夜光耐火纤维投入开清棉装置进行开松、梳理并得到分布均匀的纤维网，利用针刺机对纤维网进行针刺，针刺密度为350刺/cm²，针刺深度为14毫米，得到绿色夜光耐火纤维针刺坯布。随后，对绿色夜光耐火纤维针刺坯布进行分阶段加压热定型，在温度550℃，压力8Kg/cm²条件下处理180分钟，然后以50℃/分升温至1750℃，压力3Kg/cm²条件下处理5分钟，处理完毕，自然冷却至室温。加压热定型完毕，切割并收集得到夜光耐火纤维针刺织物。

该夜光耐火纤维针刺织物在夜间或者黑暗处发绿色光。

Claims

1.一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法，其特征是，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法，其特征是，主原料的质量配比为氧化钙 30%～45%，二氧化硅25%～50%，氧化镁15%～25%，氧化锆1%～5%，三氧化二钇1%～5%，氧化锶1%～5%，碳素1%～5%，二氧化钛1%～5%，总量为100%。

3.根据权利要求1所述的一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法，其特征是，所述夜光粉末采用如下方式制备：

4.根据权利要求1所述的一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法，其特征是，所述主原料的粒径为150～200目。

5.根据权利要求1所述的一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法，其特征是，离心的速度为8000～10000转/分，细孔的孔径为0.03～0.3毫米。

6.根据权利要求1所述的一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法，其特征是，所述工业氮气的温度为80～110℃，气流速度为1～10米/秒。

7.根据权利要求1或3所述的一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法，其特征是，工业氮气中夜光粉末的浓度为500～1500mg/L。

8.根据权利要求1所述的一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法，其特征是，所述夜光耐火纤维的直径为56～128微米，长度为43～182毫米。

9.根据权利要求1所述的一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法，其特征是，针刺密度为320～450刺/cm²，针刺深度为12～15毫米。

10.根据权利要求1所述的一种夜光耐火纤维针刺织物制备方法，其特征是，所述分阶段加压热定型是在温度500～600℃，压力4～10Kg/cm²条件下处理90～180分钟，然后以10～50℃/分升温至1600～1800℃，压力3～6Kg/cm²条件下处理3～5分钟，处理完毕，自然冷却至室温。