CN106565251A - 一种高强度轻质耐火纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度轻质耐火纤维及其制备方法，涉及耐火纤维技术领域，所述高强度轻质耐火纤维由铝矾土、高岭土、蒙脱石、蛭石、氧化铝晶须、硅溶胶、吸附剂、结合剂、稀释剂制成，本发明的高强度轻质耐火纤维不仅具有半径小，比重低的特性，而且还具有优良的耐高温特性，在1500～1800℃的高温下仍具有良好的热稳定性，且纤维的内外结构均一、力学性能均匀稳定、强度高，具有广泛的应用前景。

Description

一种高强度轻质耐火纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火纤维技术领域，具体涉及一种高强度轻质耐火纤维及其制备方法。
背景技术
耐火纤维是一种新型的纤维状的高温隔热耐火材料，它既具有柔软、高强度等一般纤维的特性，又具有普通纤维所没有的耐高温、耐腐蚀的性能，且耐火纤维还具有优异的抗氧化性、热稳定性和很低的热导率和热熔。
目前，耐火纤维已被广泛应用于冶金、化工、机械、建材、造船、航空航天等各工业领域，取得了良好的节能效果。耐火纤维作为绝热节能材已经得到了广泛而深入的开发利用，如轧钢加热炉的全纤维衬炉顶、全纤维衬钢包盖、全纤维衬陶瓷梭式窑、全纤维台面窑车、石化行业的全纤维衬裂解炉以及应用于炼铝工业、工业锅炉、汽车散热部件的隔热等，将耐火纤维应用于连续加热工业炉可节能15％以上，用在间歇式工业加热炉可节能30％以上，同时可提高生产率和改善产品质量，实现炉体结构轻型化、大型化，综合性能好。
目前，市场上出现的耐火纤维板主要以晶体氧化铝纤维为主要原料，其高温下的热态稳定性差，还存在强度不均匀，制品内部强度差，使用寿命和加工性能差，应用受到极大限制。中国专利201510863091.6公开了一种新型环境友好型耐火纤维，它在低于1500℃下具有良好的耐火性能，不会出现析晶现象，但是现在高温窑炉的的最高使用温度已经达到1500～1800℃，因此该耐火纤维已经不能满足现代工业发展的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强度轻质耐火纤维，既能保持纤维材料的低比重的特性，又具有良好的高温使用性能，耐压强度大。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高强度轻质耐火纤维，由以下重量份的物质组成：铝矾土40～60份、高岭土80～120份、蒙脱石10～15份、蛭石5～8份、氧化铝晶须20～30份、硅溶胶50～80份、吸附剂10～15份、结合剂10～15份、稀释剂80～120份。
优选的，所述高强度轻质耐火纤维，由以下重量份的物质组成：铝矾土50份、高岭土100份、蒙脱石12份、蛭石8份、氧化铝晶须25份、硅溶胶60份、吸附剂15份、结合剂10份、稀释剂100份。
优选的，所述结合剂为淀粉或羧甲基纤维素。
优选的，所述稀释剂为低碳醇。
优选的，所述高强度轻质耐火纤维的直径为2～4.2微米。
一种高强度轻质耐火纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铝矾土、高岭土、蒙脱石、蛭石研磨成500～800目的粉末，将蛭石粉末浸入氯化钠溶液中浸泡2～3h，再依次加入四甲基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵溶液在70～100℃下反应6～8h，然后将处理后的蛭石球磨1～2h，得到细化蛭石粉末，
(2)在蒙脱石粉末中加入水，然后加入碱性溶液，调节pH至8～10，超声处理30～60min后，球磨1～2h，得到细化蒙脱石粉末，并按相同方法案处理铝矾土和高岭土，分别得到细化铝矾土粉末和细化高岭土粉末；
(3)将细化蛭石粉末、细化蒙脱石粉末、细化铝矾土粉末和细化高岭土粉末加入稀释剂中，超声至分散均匀，然后加入硅溶胶、吸附剂和结合剂，最后加入吸附剂和结合剂缓慢搅拌均匀，在160～240℃的密闭条件下保温30～60min，然后在1520～1620℃下进行纺丝，得到高强度轻质耐火纤维。
铝矾土40～60份、高岭土80～120份、蒙脱石10～15份、蛭石5～8份、氧化铝晶须20～30份、硅溶胶50～80份、碳纤维15～25份、
本发明的有益效果：本发明中铝矾土经均化，成型，煅烧等工艺生产出的耐火原料，其耐火度高达1800℃左右，还具有质量轻、热稳定性还，导热率低，热容小和耐机械震动等优点具有结构、性能和质量均匀、稳定的特点。
蛭石在高温下发生膨胀反应，在纤维内部产生均匀的空隙，从而使硅溶胶能均匀的分布在纤维内部并发生化学反应，从而使纤维具有均一的组织结构和机械强度。
硅溶胶不仅可以与氧化铝晶须在高温发生莫来石结合，填充纤维结构中的空隙，还可以使高岭土由三方结构转换为六方结构，实现高岭土的晶型转换，阻止高岭土在烧结过程中发生收缩反应，使得纤维间结合更加紧密，从而改善了材料的总体结构性能，使得纤维的内外都具有较高的强度。
结合剂使带负电的胶体组分和带负电的纤维获得高的固位性，使胶体中二氧化硅粒子吸附在制品内部，在制品内部均匀分布，防止了二氧化硅在纤维表面大量聚集而形成硬壳，造成纤维内部因为二氧化硅残留度极少而导致的纤维强度低，提高了纤维的强度和稳定性。
本发明中基料细化不仅能使纤维的半径细化，提升了纤维的力学性能和热力学性能，还使基料间混合更加均匀，高温固化反应中各基质可以能充分反应，使纤维具有均一的组织结构和力学性能，使纤维的具有更高的强度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度轻质耐火纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将50份铝矾土、100份高岭土、12份蒙脱石、8份蛭石研磨成800目的粉末，将蛭石粉末浸入氯化钠溶液中浸泡2h，再依次加入四甲基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵溶液在80℃下反应6h，然后将处理后的蛭石球磨90min，得到细化蛭石粉末，
(2)在蒙脱石粉末中加入水，然后加入碱性溶液，调节pH至9.5，超声处理45min后，球磨1h，得到细化蒙脱石粉末，并按相同方法案处理铝矾土和高岭土，分别得到细化铝矾土粉末和细化高岭土粉末；
(3)将细化蛭石粉末、细化蒙脱石粉末、细化铝矾土粉末和细化高岭土粉末加入100份乙醇中，超声至分散均匀，然后加入25份氧化铝晶须、15份吸附剂和10份羧甲基纤维素，最后加入60份硅溶胶，在180℃的密闭条件下保温45min，然后在1580℃下进行纺丝，得到高强度轻质耐火纤维。
实施例2：
一种高强度轻质耐火纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将40份铝矾土、120份高岭土、15份蒙脱石、5份蛭石研磨成600目的粉末，将蛭石粉末浸入氯化钠溶液中浸泡3h，再依次加入四甲基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵溶液在100℃下反应6h，然后将处理后的蛭石球磨2h，得到细化蛭石粉末，
(2)在蒙脱石粉末中加入水，然后加入碱性溶液，调节pH至8，超声处理45min后，球磨1h，得到细化蒙脱石粉末，并按相同方法案处理铝矾土和高岭土，分别得到细化铝矾土粉末和细化高岭土粉末；
(3)将细化蛭石粉末、细化蒙脱石粉末、细化铝矾土粉末和细化高岭土粉末加入100份异丙醇中，超声至分散均匀，然后加入20份氧化铝晶须、12份吸附剂和12份淀粉，最后加入80份硅溶胶，在240℃的密闭条件下保温30min，然后在1620℃下进行纺丝，得到高强度轻质耐火纤维。
实施例3：
一种高强度轻质耐火纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将60份铝矾土、100份高岭土、10份蒙脱石、5份蛭石研磨成500目的粉末，将蛭石粉末浸入氯化钠溶液中浸泡2.5h，再依次加入四甲基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵溶液在80℃下反应8h，然后将处理后的蛭石球磨2h，得到细化蛭石粉末，
(2)在蒙脱石粉末中加入水，然后加入碱性溶液，调节pH至10，超声处理60min后，球磨1h，得到细化蒙脱石粉末，并按相同方法案处理铝矾土和高岭土，分别得到细化铝矾土粉末和细化高岭土粉末；
(3)将细化蛭石粉末、细化蒙脱石粉末、细化铝矾土粉末和细化高岭土粉末加入80份丙二醇中，超声至分散均匀，然后加入25份氧化铝晶须、15份吸附剂和15份羧甲基纤维素，最后加入60份硅溶胶，在200℃的密闭条件下保温60min，然后在1520℃下进行纺丝，得到高强度轻质耐火纤维。
实施例4：
(1)将45份铝矾土、80份高岭土、12份蒙脱石、8份蛭石研磨成600目的粉末，将蛭石粉末浸入氯化钠溶液中浸泡2h，再依次加入四甲基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵溶液在70℃下反应8h，然后将处理后的蛭石球磨1h，得到细化蛭石粉末，
(2)在蒙脱石粉末中加入水，然后加入碱性溶液，调节pH至9，超声处理30min后，球磨1.5h，得到细化蒙脱石粉末，并按相同方法案处理铝矾土和高岭土，分别得到细化铝矾土粉末和细化高岭土粉末；
(3)将细化蛭石粉末、细化蒙脱石粉末、细化铝矾土粉末和细化高岭土粉末加入120份乙醇中，超声至分散均匀，然后加入30份氧化铝晶须、10份吸附剂和10份淀粉，最后加入50份硅溶胶，在240℃的密闭条件下保温45min，然后在1500℃下进行纺丝，得到高强度轻质耐火纤维。
实施例1～4中各纤维的技术性能表
综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明的高强度轻质耐火纤维不仅具有半径小，比重低的特性，而且还具有优良的耐高温特性，在1500～1800℃的高温下仍具有良好的热稳定性，且纤维的内外结构均一，力学性能均匀稳定，强度高。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种高强度轻质耐火纤维，其特征在于，由以下重量份的物质组成：铝矾土40～60份、高岭土80～120份、蒙脱石10～15份、蛭石5～8份、氧化铝晶须20～30份、硅溶胶50～80份、吸附剂10～15份、结合剂10～15份、稀释剂80～120份。
2.如权利要求1所述的高强度轻质耐火纤维，其特征在于，由以下重量份的物质组成：铝矾土50份、高岭土100份、蒙脱石12份、蛭石8份、氧化铝晶须25份、硅溶胶60份、吸附剂15份、结合剂10份、稀释剂100份。
3.如权利要求2所述的高强度轻质耐火纤维，其特征在于，所述结合剂为淀粉或羧甲基纤维素。
4.如权利要求3所述的高强度轻质耐火纤维，其特征在于，所述稀释剂为低碳醇。
5.如权利要求4所述的高强度轻质耐火纤维，其特征在于，所述高强度轻质耐火纤维的直径为2～4.2微米。
6.如权利要求5所述的高强度轻质耐火纤维，其特征在于，所述高强度轻质耐火纤维的高温耐压强度为1.7～2.3MPa，热收缩率为0.6～0.8％，容重为0.4～0.8g cm-3。
7.一种如权利要求1～6任一所述的高强度轻质耐火纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铝矾土、高岭土、蒙脱石、蛭石研磨成500～800目的粉末，将蛭石粉末浸入氯化钠溶液中浸泡2～3h，再依次加入四甲基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵溶液在70～100℃下反应6～8h，然后将处理后的蛭石球磨1～2h，得到细化蛭石粉末，
(2)在蒙脱石粉末中加入水，然后加入碱性溶液，调节pH至8～10，超声处理30～60min后，球磨1～2h，得到细化蒙脱石粉末，并按相同方法案处理铝矾土和高岭土，分别得到细化铝矾土粉末和细化高岭土粉末；
(3)将细化蛭石粉末、细化蒙脱石粉末、细化铝矾土粉末和细化高岭土粉末加入稀释剂中，超声至分散均匀，然后加入氧化铝晶须、吸附剂和结合剂，最后加入硅溶胶，在160～240℃的密闭条件下保温30～60min，然后在1520～1620℃下进行纺丝，得到高强度轻质耐火纤维。
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