CN107190363A - 一种高强度的硅酸铝耐火纤维 - Google Patents

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Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，具体公开了一种高强度的硅酸铝耐火纤维，由以下重量份组份制备而成：焦宝石粉末100～120份、氧化铝35～45份、二氧化硅28～36份、氧化钨10～16份、氮化硅20～25份、高密度聚乙烯16～20份、聚酰胺20～25份、锆酯酸偶联剂2～3份、过氧化二异丙苯0.6～0.8份、二氧化硅气凝胶16～20份、莫来石粉1～2份、分散剂0.2～0.6份、硼砂15～25份、耐火浸渍液500～600份。本发明的高强度的硅酸铝耐火纤维具有良好的耐温稳定性、较强的抗拉伸、完全强度，而且耐环境应力的性能好，使用寿命长。

Description

一种高强度的硅酸铝耐火纤维
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种高强度的硅酸铝耐火纤维。
背景技术
耐火纤维属于纤维状隔热耐火材料，具有一般纤维的特性，可以加工成各种纸、线、绳、毯和毡等制品，同时具有一般纤维所不具有的耐高温、耐腐蚀性能，因此被广泛应用于冶金、化工、机械、建材等行业。同时耐火纤维还具有良好的热能力和红外加热效应，可有效节约能源，是理想的节能增效材料。其中硅酸铝耐火纤维是以优质焦宝石、高纯氧化铝等为原料，选择适当的工艺处理，经电阻炉熔融喷吹或甩丝，使化学组成与结构相同与不同的分散材料进行聚合纤维化制得的无机材料，性能稳定、纤维长、渣球少，广泛应用于纤维纺织制品原料、纤维喷涂、浇筑料、涂抹料原料、水法产品原材料、设备高温区域缝隙填充料。
但是硅酸铝耐火纤维在喷吹或甩丝中会产生非稳定结构，随环境因素如温度的改变，非稳定结构会向稳定状态改变，导致纤维内出现析晶现象，晶粒随温度的升高而迅速增加造成硅酸铝耐火纤维收缩，使硅酸铝耐火纤维在长度方向上出现均匀的缩径，导致硅酸铝耐火纤维的强度降低，使用一段时间后出现断折、粉化而失效。另外在高温条件下硅酸铝耐火纤维使用一段时间后也会出现强度下降。因此为提高硅酸铝耐火纤维的使用安全程度与使用时间，有必要对提高硅酸铝耐火纤维的强度进行研究。
中国专利CN2016108849171，专利名称一种高强度轻质耐火纤维及其制备方法，申请日期2016年10月10日，公开了一种由铝矾土、高岭土、蒙脱石、蛭石、氧化铝晶须、硅溶胶、吸附剂、结合剂、稀释剂制成的耐火纤维，具有较高的热稳定性与机械强度。但是该耐火纤维在制作过程中会存在析晶现象，存在断折、粉化的风险，耐火纤维的强度低。
发明内容
针对硅酸铝耐火纤维存在断折、粉化的缺陷而影响硅酸铝耐火纤维的性能和寿命的问题，本发明的目的在于提供一种高强度的硅酸铝耐火纤维，具有高强度、不易断折、粉化的特点，而且耐温、耐热稳定性高。
本发明提供如下的技术方案：
一种高强度的硅酸铝耐火纤维，由以下重量份组份制备而成：焦宝石粉末100～120份、氧化铝35～45份、二氧化硅28～36份、氧化钨10～16份、氮化硅20～25份、高密度聚乙烯16～20份、聚酰胺20～25份、锆酯酸偶联剂2～3份、过氧化二异丙苯0.6～0.8份、二氧化硅气凝胶16～20份、莫来石粉1～2份、分散剂0.2～0.6份、硼砂15～25份、耐火浸渍液500～600份。
作为本发明的一种改进，所述耐火浸渍液由以下重量份组份混合而成：纳米级蛭石粉50～60份、钛白粉6～8份、磷酸铝粘结剂10～15份、液态硬化剂0.4～0.8份、水300～400份。
一种高强度的硅酸铝耐火纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将焦宝石粉末煅烧后与氧化铝、二氧化硅、氧化钨、氮化硅混合加热熔融得到熔融液；
(2)熔融液经高温离心机甩丝处理得到原丝，并切断成长度为10μm～20μm的原丝段；
(3)将高密度聚乙烯、聚酰胺、过氧化二异丙苯、二氧化硅气凝胶、分散剂、莫来石粉混匀并送入螺杆造粒机制成塑料粒子；
(4)加热熔融塑料粒子，投入原丝段、锆酯酸偶联剂、硼砂搅拌混合均匀制成熔融浆液；
(5)将熔融浆液送入纺丝装置纺丝，将所得纺丝送入真空环境中加热至1000℃～1200℃并保持2～5小时后得到初级纤维；
(6)将初级纤维置于耐火浸渍液中浸泡，然后置于50℃～60℃的鼓风环境中干燥得到硅酸铝耐火纤维。
作为本发明方法的一种改进，步骤(1)中的熔融温度为2300℃～2500℃，且熔融状态保持45～60分钟。
作为本发明方法的一种改进，步骤(1)中的焦宝石粉末煅烧温度为550℃～650℃，煅烧时间1～2小时。
作为本发明方法的一种改进，步骤(2)中所得原丝的直径为36μm～50μm。
作为本发明方法的一种改进，步骤(4)中的熔融温度为300℃～350℃，搅拌速度20r/min～30r/min。
作为本发明方法的一种改进，步骤(6)中的浸泡温度为40℃～50℃、浸泡时间60～90分钟，耐火浸渍液的pH值为6.5～6.8。
作为本发明方法的一种改进，步骤(6)中所得硅酸铝耐火纤维的直径为100μm～120μm。
本发明的高强度的硅酸铝耐火纤维以焦宝石、氧化铝、二氧化硅为主料保证耐火纤维的高耐温性能，高密度聚乙烯树脂、聚酰胺树脂具有较强的机械抗拉伸强度、弯曲强度、韧性，而且耐热性、化学稳定性高，将聚酰胺树脂与高密度聚乙烯树脂经过氧化二异丙苯交联后形成的聚合物的强度、耐老化、耐环境应力的能力进一步提高。然后将该聚合物添加到焦宝石、氧化铝、二氧化硅的硅酸铝耐火纤维的制备材料中对硅酸铝耐火纤维进行改性，聚合物的抗拉、抗弯曲强度改善了硅酸铝纤维的使用性能，同时聚合物内中的交联间隙形成了可容纳从硅酸铝纤维内析出的晶体的空间，从而延缓了硅酸铝纤维中晶体的外析，改善了硅酸铝耐火纤维的使用性能。另外聚酰胺树脂、高密度聚乙烯树脂的耐腐蚀能力强，提高了硅酸铝耐火纤维的耐环境应力性能。氧化钨、氮化硅具有较高的机械强度、硬度，而且耐腐蚀性强，协同聚酰胺树脂、高密度聚乙烯树脂进一步改善并强化硅酸铝耐火纤维的强度性能、耐环境应力、耐热冲击性能。将初级纤维置于耐火浸渍液中浸泡可以使初级纤维表面形成耐火浸渍液成膜，提高硅酸铝耐火纤维的耐火性能和耐热稳定性。耐火浸渍液的弱酸性使初级纤维表面形成蚀刻痕迹，使耐火浸渍液成膜稳定附着在初级纤维表面。二氧化硅气凝胶在聚酰胺树脂、高密度聚乙烯树脂处形成保温层，提高聚酰胺树脂、高密度聚乙烯树脂的耐热能力。
本发明的有益效果如下：
本发明的高强度的硅酸铝耐火纤维具有良好的耐温稳定性、较强的抗拉伸强度，而且耐环境应力的性能好，使用寿命长。
具体实施方式
下面就本发明的具体实施方式作进一步说明：
如无特别说明，本发明中所采用的原料均可从市场上购得或是本领域常用的，如无特别说明，下述实施例中的方法均为本领域的常规方法。
实施例1
一种高强度的硅酸铝耐火纤维，由以下组份制备而成：焦宝石粉末100g、氧化铝35g、二氧化硅28g、氧化钨10g、氮化硅20g、高密度聚乙烯16g、聚酰胺20g、锆酯酸偶联剂2g、过氧化二异丙苯0.6g、二氧化硅气凝胶16g、莫来石粉1g、分散剂0.2g、硼砂15g、耐火浸液500g，其中耐火浸渍液由以下组份混合而成：纳米级蛭石粉50g、磷酸铝粘结剂10g、钛白粉6g、液态硬化剂0.4g、水300g。
一种高强度的硅酸铝耐火纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将焦宝石粉末在550℃下煅烧1小时后与氧化铝、二氧化硅、氧化钨、氮化硅加热熔融混合得到熔融液，熔融温度为2300℃且熔融状态保持45分钟；
(2)熔融液经高温离心机甩丝处理得到直径为36μm～50μm的原丝，然后将原丝断成长度为10μm～20μm的原丝段；
(3)将高密度聚乙烯、聚酰胺、过氧化二异丙苯、二氧化硅气凝胶、分散剂、莫来石粉混匀并送入螺杆造粒机制成塑料粒子；
(4)加热塑料粒子至熔融状态，然后投入原丝段、锆酯酸偶联剂、硼砂搅拌混合均匀制成熔融浆液，熔融温度为300℃，搅拌速度20r/min；
(5)将熔融浆液送入纺丝装置纺丝，将所得纺丝送入真空环境中加热至1000℃并保持2小时后得到初级纤维；
(6)调节耐火浸渍液的pH值至6.5～6.8，将初级纤维置于40℃的耐火浸渍液中浸泡60分钟，然后置于50℃的鼓风环境中干燥制成直径100μm～120μm为硅酸铝耐火纤维。
实施例2
一种高强度的硅酸铝耐火纤维，由以下组份制备而成：焦宝石粉末110g、氧化铝40g、二氧化硅32g、氧化钨13g、氮化硅22.5g、高密度聚乙烯18g、聚酰胺22.5g、锆酯酸偶联剂2.5g、过氧化二异丙苯0.7g、二氧化硅气凝胶18g、莫来石粉1.5g、分散剂0.4g、硼砂20g、耐火浸渍液550g，其中耐火浸渍液由以下组份混合而成：纳米级蛭石粉55g、磷酸铝粘结剂12.5、钛白粉7g、液态硬化剂0.6g、水350g。
一种高强度的硅酸铝耐火纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将焦宝石粉末600℃下煅烧1.5小时后与氧化铝、二氧化硅、氧化钨、氮化硅加热熔融混合得到熔融液，熔融温度为2400℃，且熔融状态保持50分钟；
(2)熔融液经高温离心机甩丝处理得到直径为36μm～50μm的原丝，然后将原丝断成长度为10μm～20μm的原丝段；
(3)将高密度聚乙烯、聚酰胺、过氧化二异丙苯、二氧化硅气凝胶、分散剂、莫来石粉混匀并送入螺杆造粒机制成塑料粒子；
(4)加热塑料粒子至熔融状态，投入原丝段、锆酯酸偶联剂、硼砂搅拌混合均匀制成熔融浆液，熔融温度为325℃，搅拌速度25r/min；
(5)将熔融浆液送入纺丝装置纺丝，将所得纺丝送入真空环境中加热至1100℃并保持3.5小时后得到初级纤维；
(6)调节耐火浸渍液的pH值至6.5～6.8，将初级纤维置于45℃的耐火浸渍液中浸泡75分钟，然后置于55℃的鼓风环境中干燥制成直径为100μm～120μm硅酸铝耐火纤维。
实施例3
一种高强度的硅酸铝耐火纤维，由以下组份制备而成：焦宝石粉末120g、氧化铝45g、二氧化硅36g、氧化钨16g、氮化硅25g、高密度聚乙烯20g、聚酰胺25g、锆酯酸偶联剂3g、过氧化二异丙苯0.8g、二氧化硅气凝胶20g、莫来石粉2g、分散剂0.6g、硼砂25g、耐火浸渍液600g，其中耐火浸渍液由以下组份混合而成：纳米级蛭石粉60g、磷酸铝粘结剂15g、钛白粉8g、液态硬化剂0.8g、水400g。
一种高强度的硅酸铝耐火纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将焦宝石粉末在650℃下煅烧2小时后与氧化铝、二氧化硅、氧化钨、氮化硅加热熔融混合得到熔融液，熔融温度为2500℃，且熔融状态保持60分钟；
(2)熔融液经高温离心机甩丝处理得到直径为36μm～50μm的原丝，然后将原丝断成长度为10μm～20μm的原丝段；
(3)将高密度聚乙烯、聚酰胺、过氧化二异丙苯、二氧化硅气凝胶、分散剂、莫来石粉混匀并送入螺杆造粒机制成塑料粒子；
(4)加热熔融塑料粒子，投入原丝段、锆酯酸偶联剂、硼砂搅拌混合均匀制成熔融浆液，熔融温度为350℃，搅拌速度30r/min；
(5)将熔融浆液送入纺丝装置纺丝，将所得纺丝送入真空环境中加热至1200℃并保持5小时后得到初级纤维；
(6)调节耐火浸渍液的pH值至6.5～6.8，将初级纤维置于50℃的耐火浸渍液中浸泡30分钟，然后置于60℃的鼓风环境中干燥制成直径为100～120μm的硅酸铝耐火纤维。
技术指标
本发明的实施例1～3中的硅酸铝耐火纤维与对比专利CN2016108849171中的耐火纤维的各项性能技术指标对比如表1所示。
其中，以1800℃×24h为单个测试单元，测试本发明的实施例1～3中的硅酸铝耐火纤维与对比专利CN2016108849171的实施例1～3中的硅酸铝耐火纤维分别承受的测试单元的个数，并测试各自的断裂强度与热收缩率。
表1
与对比专利CN2016108849171相比，本发明的硅酸钠纤维同样保持了较好的热稳定性，但是断裂强度与热收缩率得到明显提升。

Claims (9)

1.一种高强度的硅酸铝耐火纤维，其特征在于，由以下重量份组份制备而成：焦宝石粉末100～120份、氧化铝35～45份、二氧化硅28～36份、氧化钨10～16份、氮化硅20～25份、高密度聚乙烯16～20份、聚酰胺20～25份、锆酯酸偶联剂2～3份、过氧化二异丙苯0.6～0.8份、二氧化硅气凝胶16～20份、莫来石粉1～2份、分散剂0.2～0.6份、硼砂15～25份、耐火浸渍液500～600份。
2.根据权利要求1所述的高强度的硅酸铝耐火纤维，其特征在于，所述耐火浸渍液由以下重量份组份混合而成：纳米级蛭石粉50～60份、钛白粉6～8份、磷酸铝粘结剂10～15份、液态硬化剂0.4～0.8份、水150～200份。
3.一种如权利要求1所述的高强度的硅酸铝耐火纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）将焦宝石粉末煅烧后与氧化铝、二氧化硅、氧化钨、氮化硅混合加热熔融得到熔融液；
（2）熔融液经高温离心机甩丝处理得到原丝，并切断成长度为10 µm～20 µm的原丝段；
（3）将高密度聚乙烯、聚酰胺、过氧化二异丙苯、二氧化硅气凝胶、分散剂、莫来石粉混匀并送入螺杆造粒机制成塑料粒子；
（4）加热熔融塑料粒子，投入原丝段、锆酯酸偶联剂、硼砂搅拌混合均匀制成熔融浆液；
（5）将熔融浆液送入纺丝装置纺丝，将所得纺丝送入真空环境中加热至1000 ℃～1200℃并保持2～5小时后得到初级纤维；
（6）将初级纤维置于耐火浸渍液中浸泡，然后置于50 ℃～60 ℃的鼓风环境中干燥得到硅酸铝耐火纤维。
4.根据权利要求3所述的高强度的硅酸铝耐火纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的熔融温度为2300 ℃～2500 ℃，且熔融状态保持45～60分钟。
5.根据权利要求3所述的高强度的硅酸铝耐火纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的焦宝石粉末煅烧温度为550 ℃～650 ℃，煅烧时间1～2小时。
6.根据权利要求3所述的高强度的硅酸铝耐火纤维的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所得原丝的直径为36 µm～50 µm。
7.根据权利要求3所述的高强度的硅酸铝耐火纤维的制备方法，其特征在于，步骤（4）中的熔融温度为300 ℃～350 ℃，搅拌速度20 r/min～30 r/min。
8.根据权利要求3所述的高强度的硅酸铝耐火纤维的制备方法，其特征在于，步骤（6）中的浸泡温度为40 ℃～50 ℃、浸泡时间60～90分钟，耐火浸渍液的pH值为6.5～6.8。
9.根据权利要求3所述的高强度的硅酸铝耐火纤维的制备方法，其特征在于，步骤（6）中所得硅酸铝耐火纤维的直径为100 µm～120 µm。
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