CN107640965A - 一种硅酸铝纤维纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明技术方案公开了一种硅酸铝纤维纸及其制备方法，属于隔热材料技术领域。本发明将高岭土，耐火粘土与石英砂置于马弗炉中，高温煅烧，随炉降温，得熟料；将上述所得熟料，铝粉，氧化铝，氧化铁和高锰酸钾置于球磨机中，粉碎，过筛，即得粉碎料；将所得粉碎料置于电弧炉中，熔融，喷丝，即得硅酸铝纤维；将所得硅酸铝纤维，胶黏剂，纳米铝粉，硅溶胶和硅烷偶联剂搅拌混合，注模，热压成型，脱模，得坯料；将所得坯料置于马弗炉中，煅烧，冰水浴降温，如此煅烧、降温循环3～5次，即得硅酸铝纤维纸。本发明提供的硅酸铝纤维纸具有优异的抗张强度和隔热性能。

Description

一种硅酸铝纤维纸及其制备方法

技术领域

本发明技术方案公开了一种硅酸铝纤维纸及其制备方法，属于隔热材料技术领域。

背景技术

耐火隔热纸是用耐火纤维作为原料并配以多种添加剂而制成的薄片制品，具有较好的耐高温性能和优良的隔热性能，近年来主要应用于加湿器、保温杯以及高温炉炉衬等。然而，普通的硅酸铝纤维毡或硅酸铝纤维板体积较大，难于满足在较小容积下的隔热要求，硅酸铝纤维纸恰恰能够解决其中体积较大的问题。据资料显示，硅酸铝纤维作为隔热耐火材料正向着薄形趋势发展

硅酸铝纤维纸采用湿法成型工艺制成。在传统工艺基础上改善了除渣和烘干工艺，其特点为无石棉、纤维分布均匀、色泽洁白、无分层、渣球少（四次离心除渣）、容重依据用途灵活调整、弹性好、机械加工性强。适用于高温环境下的隔热、保温、密封、电绝缘、吸音、过滤等。

硅酸铝纤维主要用高岭土、耐火粘土或石英砂与纯氧化铝混合制成。制备硅酸铝纤维时，先将原料放入电炉内，在大约2000℃的温度下原料熔化，熔体在离心力的作用下或在连续气流作用下喷出并冷却，高粘度的A12O3-SiO2在离心力、强烈的空气流或蒸汽流的带动下，可被吹成细丝，并在强烈的冷却作用下凝固成的纤维，从而制得硅酸铝纤维。与此同时，会形成不成纤维的粒状或不规则物料或渣料，直径超过0.25mm。这些晶渣呈球状，以下称渣球，在抄纸过程中会影响纸页的匀度和抗张强度，以及隔热性能。

因此，改善硅酸铝纤维纸抗张强度和隔热性能，成为其推广与应用亟待解决的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：针对传统硅酸铝纤维纸抗张强度和隔热性能不佳的问题，提供了一种硅酸铝纤维纸及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种硅酸铝纤维纸，是由以下重量份数的原料组成：30～40份高岭土，10～20份耐火粘土，20～30份石英砂，10～15份铝粉，10～15份氧化铝，20～30份氧化铁，10～20份高锰酸钾，30～40份胶黏剂，10～20份纳米铝粉，8～10份硅溶胶，5～8份硅烷偶联剂；

所述硅酸铝纤维纸的制备步骤为：

（1）按原料组成称量各原料，将高岭土，耐火粘土与石英砂置于马弗炉中，高温煅烧，随炉降温，得熟料；

（2）将上述所得熟料，铝粉，氧化铝，氧化铁和高锰酸钾置于球磨机中，粉碎，过筛，即得粉碎料；

（3）将上述所得粉碎料置于电弧炉中，熔融，喷丝，即得硅酸铝纤维；

（4）将上述所得硅酸铝纤维，胶黏剂，纳米铝粉，硅溶胶和硅烷偶联剂搅拌混合，注模，热压成型，得坯料；

（5）将上述所得坯料置于马弗炉中，煅烧，冰水浴降温，如此煅烧、降温循环3～5次，即得硅酸铝纤维纸。

所述石英砂粒径为0.8～2.0mm。

所述胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂，环氧树脂胶黏剂或脲醛树脂胶黏剂中的任意一种。

所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。

步骤（1）所述煅烧温度为1000～1200℃。

步骤（2）所述过筛为300～400目的筛。

步骤（3）所述熔融温度为2000～2200℃。

步骤（3）所述喷丝处理还可以为离心甩丝。

步骤（4）所述热压温度为180～200℃，压力为5～6MPa。

步骤（5）所述煅烧温度为1700～1800℃。

本发明的有益效果是：

（1）本发明技术方案通过添加铝粉，氧化铁和高锰酸钾，首先，利用高锰酸钾作为氧化剂，并在高温条件下，引发铝粉与氧化铁发生反应，生成氧化铝和铁合金，一方面，铁合金的生成，可增强硅酸铝纤维的强度，从而提升硅酸铝纤维纸的抗张强度，另一方面，铁在熔融过程，部分被氧化生成氧化铁，氧化铁可以作为烧结助剂，降低煅烧所需的温度，有效的避免熔融液在离心甩丝过程中形成不规则的粒状或不规则物料或渣料，从而增强硅酸铝纤维纸的抗张强度和隔热性能，其次，在离心甩丝的过程中，铁遇到空气被氧化，且生成的氧化铁，在后期的煅烧过程中，在高温条件下，胶黏剂燃烧殆尽，体系中形成大量孔隙，提升体系的孔隙率，进一步提升了硅酸铝纤维纸的隔热性能，而生成的氧化铁可与纳米铝粉反应，生成氧化铝和铁，生成的铁，在高温条件下，使得纤维与纤维之间形成冶金键合，进一步增强硅酸铝纤维纸的抗张强度；

（2）本发明通过将坯料反复煅烧和冰水浴极冷降温，坯料在煅烧过程中，处于半熔融状态，当浸入冰水中时，由于半熔融坯料的冷却速率大于临界冷却速率，细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，降低了体系的脆性和内应力，提升了强硅酸铝纤维纸的韧性，进一步增强硅酸铝纤维纸的抗张强度。

附图说明

图1 硅酸铝纤维纸抗张强度和隔热性能检测结果。

具体实施方式

按重量份数计，依次取30～40份高岭土，10～20份耐火粘土，20～30份石英砂，10～15份铝粉，10～15份氧化铝，20～30份氧化铁，10～20份高锰酸钾，30～40份胶黏剂，10～20份纳米铝粉，8～10份硅溶胶，5～8份硅烷偶联剂，将高岭土，耐火粘土与石英砂置于马弗炉中，并以60～90mL/min速率向炉内通入氮气，于温度为1000～1200℃条件下，高温煅烧1～2h，随炉降至室温，得熟料；将所得熟料加入球磨机中，再向球磨机中加入铝粉，氧化铝，氧化铁和高锰酸钾，于转速为500～600r/min条件下粉碎后，过300～400目的筛，即得粉碎料；将所得粉碎料置于电弧炉中，于温度为2000～2200℃条件下，熔融30～40min，得熔融液，将熔融液置于离心甩丝机，离心甩丝，即得硅酸铝纤维；将所得硅酸铝纤维加入混料机中，随后向混料机中加入胶黏剂，纳米铝粉，硅溶胶和硅烷偶联剂，搅拌混合30～40min，得混合浆料，向模具上喷洒脱模剂后，将混合浆料注入模具中，再将模具置于热压机中，于温度为180～200℃，压力为5～6MPa，热压20～30min，脱模，得坯料，随后将所得坯料置于马弗炉中，于温度为1700～1800℃条件下，煅烧40～50min，得煅烧坯料，并将煅烧坯料置于冰水浴中，于温度为0～7℃条件下，降温40～50min，如此煅烧、降温循环3～5次，即得硅酸铝纤维纸。所述石英砂粒径为0.8～2.0mm。所述胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂，环氧树脂胶黏剂或脲醛树脂胶黏剂中的任意一种。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。

实例1

按重量份数计，依次取40份高岭土，20份耐火粘土，30份石英砂，15份铝粉，15份氧化铝，30份氧化铁，20份高锰酸钾，40份胶黏剂，20份纳米铝粉，10份硅溶胶，8份硅烷偶联剂，将高岭土，耐火粘土与石英砂置于马弗炉中，并以90mL/min速率向炉内通入氮气，于温度为1200℃条件下，高温煅烧2h，随炉降至室温，得熟料；将所得熟料加入球磨机中，再向球磨机中加入铝粉，氧化铝，氧化铁和高锰酸钾，于转速为600r/min条件下粉碎后，过400目的筛，即得粉碎料；将所得粉碎料置于电弧炉中，于温度为2200℃条件下，熔融40min，得熔融液，将熔融液置于离心甩丝机，离心甩丝，即得硅酸铝纤维；将所得硅酸铝纤维加入混料机中，随后向混料机中加入胶黏剂，纳米铝粉，硅溶胶和硅烷偶联剂，搅拌混合40min，得混合浆料，向模具上喷洒脱模剂后，将混合浆料注入模具中，再将模具置于热压机中，于温度为200℃，压力为6MPa，热压30min，脱模，得坯料，随后将所得坯料置于马弗炉中，于温度为1800℃条件下，煅烧50min，得煅烧坯料，并将煅烧坯料置于冰水浴中，于温度为7℃条件下，降温50min，如此煅烧、降温循环5次，即得硅酸铝纤维纸。所述石英砂粒径为2.0mm。所述胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。

实例2

按重量份数计，依次取40份高岭土，20份耐火粘土，30份石英砂，15份氧化铝，30份氧化铁，20份高锰酸钾，40份胶黏剂，20份纳米铝粉，10份硅溶胶，8份硅烷偶联剂，将高岭土，耐火粘土与石英砂置于马弗炉中，并以90mL/min速率向炉内通入氮气，于温度为1200℃条件下，高温煅烧2h，随炉降至室温，得熟料；将所得熟料加入球磨机中，再向球磨机中加入氧化铝，氧化铁和高锰酸钾，于转速为600r/min条件下粉碎后，过400目的筛，即得粉碎料；将所得粉碎料置于电弧炉中，于温度为2200℃条件下，熔融40min，得熔融液，将熔融液置于离心甩丝机，离心甩丝，即得硅酸铝纤维；将所得硅酸铝纤维加入混料机中，随后向混料机中加入胶黏剂，纳米铝粉，硅溶胶和硅烷偶联剂，搅拌混合40min，得混合浆料，向模具上喷洒脱模剂后，将混合浆料注入模具中，再将模具置于热压机中，于温度为200℃，压力为6MPa，热压30min，脱模，得坯料，随后将所得坯料置于马弗炉中，于温度为1800℃条件下，煅烧50min，得煅烧坯料，并将煅烧坯料置于冰水浴中，于温度为7℃条件下，降温50min，如此煅烧、降温循环5次，即得硅酸铝纤维纸。所述石英砂粒径为2.0mm。所述胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。

实例3

按重量份数计，依次取40份高岭土，20份耐火粘土，30份石英砂，15份铝粉，15份氧化铝，30份氧化铁，20份高锰酸钾，40份胶黏剂，10份硅溶胶，8份硅烷偶联剂，将高岭土，耐火粘土与石英砂置于马弗炉中，并以90mL/min速率向炉内通入氮气，于温度为1200℃条件下，高温煅烧2h，随炉降至室温，得熟料；将所得熟料加入球磨机中，再向球磨机中加入铝粉，氧化铝，氧化铁和高锰酸钾，于转速为600r/min条件下粉碎后，过400目的筛，即得粉碎料；将所得粉碎料置于电弧炉中，于温度为2200℃条件下，熔融40min，得熔融液，将熔融液置于离心甩丝机，离心甩丝，即得硅酸铝纤维；将所得硅酸铝纤维加入混料机中，随后向混料机中加入胶黏剂，硅溶胶和硅烷偶联剂，搅拌混合40min，得混合浆料，向模具上喷洒脱模剂后，将混合浆料注入模具中，再将模具置于热压机中，于温度为200℃，压力为6MPa，热压30min，脱模，得坯料，随后将所得坯料置于马弗炉中，于温度为1800℃条件下，煅烧50min，得煅烧坯料，并将煅烧坯料置于冰水浴中，于温度为7℃条件下，降温50min，如此煅烧、降温循环5次，即得硅酸铝纤维纸。所述石英砂粒径为2.0mm。所述胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。

实例4

按重量份数计，依次取40份高岭土，20份耐火粘土，30份石英砂，15份铝粉，15份氧化铝，30份氧化铁，20份高锰酸钾，40份胶黏剂，20份纳米铝粉，10份硅溶胶，8份硅烷偶联剂，将高岭土，耐火粘土与石英砂置于马弗炉中，并以90mL/min速率向炉内通入氮气，于温度为1200℃条件下，高温煅烧2h，随炉降至室温，得熟料；将所得熟料加入球磨机中，再向球磨机中加入铝粉，氧化铝，氧化铁和高锰酸钾，于转速为600r/min条件下粉碎后，过400目的筛，即得粉碎料；将所得粉碎料置于电弧炉中，于温度为2200℃条件下，熔融40min，得熔融液，将熔融液置于离心甩丝机，离心甩丝，即得硅酸铝纤维；将所得硅酸铝纤维加入混料机中，随后向混料机中加入胶黏剂，纳米铝粉，硅溶胶和硅烷偶联剂，搅拌混合40min，得混合浆料，向模具上喷洒脱模剂后，将混合浆料注入模具中，再将模具置于热压机中，于温度为200℃，压力为6MPa，热压30min，脱模，得坯料，随后将所得坯料置于马弗炉中，于温度为1800℃条件下，煅烧50min，得煅烧坯料，并将煅烧坯料置于冰水浴中，于温度为7℃条件下，降温50min，即得硅酸铝纤维纸。所述石英砂粒径为2.0mm。所述胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。

对比例：廊坊某保温材料有限公司生产的硅酸铝纤维纸。

将实例1至4所得的硅酸铝纤维纸及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：

1.抗张强度：按照GB/T31110对试件抗张强度进行检测；

2.隔热性能：将试件于800℃下，采用稳态平板法测试导热率。

具体检测结果见附图说明，由附图说明图1检测结果可知，本发明技术方案制备的硅酸铝纤维纸具有优异的抗张强度及隔热性能的特点，在保温隔热行业的发展中具有广阔的前景。

Claims (10)

1.一种硅酸铝纤维纸，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：30～40份高岭土，10～20份耐火粘土，20～30份石英砂，10～15份铝粉，10～15份氧化铝，20～30份氧化铁，10～20份高锰酸钾，30～40份胶黏剂，10～20份纳米铝粉，8～10份硅溶胶，5～8份硅烷偶联剂；

所述硅酸铝纤维纸的制备步骤为：

（1）按原料组成称量各原料，将高岭土，耐火粘土与石英砂置于马弗炉中，高温煅烧，随炉降温，得熟料；

（2）将上述所得熟料，铝粉，氧化铝，氧化铁和高锰酸钾置于球磨机中，粉碎，过筛，即得粉碎料；

（3）将上述所得粉碎料置于电弧炉中，熔融，喷丝，即得硅酸铝纤维；

（4）将上述所得硅酸铝纤维，胶黏剂，纳米铝粉，硅溶胶和硅烷偶联剂搅拌混合，注模，热压成型，得坯料；

（5）将上述所得坯料置于马弗炉中，煅烧，冰水浴降温，如此煅烧、降温循环3～5次，即得硅酸铝纤维纸。

2.根据权利要求1所述一种硅酸铝纤维纸，其特征在于：所述石英砂粒径为0.8～2.0mm。

3.根据权利要求1所述一种硅酸铝纤维纸，其特征在于：所述胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂，环氧树脂胶黏剂或脲醛树脂胶黏剂中的任意一种。

4.根据权利要求1所述一种硅酸铝纤维纸，其特征在于：所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。

5.根据权利要求1所述一种硅酸铝纤维纸，其特征在于：步骤（1）所述煅烧温度为1000～1200℃。

6.根据权利要求1所述一种硅酸铝纤维纸，其特征在于：步骤（2）所述过筛为300～400目的筛。

7.根据权利要求1所述一种硅酸铝纤维纸，其特征在于：步骤（3）所述熔融温度为2000～2200℃。

8.根据权利要求1所述一种硅酸铝纤维纸，其特征在于：步骤（3）所述喷丝处理还可以为离心甩丝。

9.根据权利要求1所述一种硅酸铝纤维纸，其特征在于：步骤（4）所述热压温度为180～200℃，压力为5～6MPa。

10.根据权利要求1所述一种硅酸铝纤维纸，其特征在于：步骤（5）所述煅烧温度为1700～1800℃。