CN108046664A - 一种陶瓷纤维板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种陶瓷纤维板，包括：陶瓷纤维45～70重量份；钛白粉5～20重量份；氧化锌5～10重量份；空心玻璃微珠10～20重量份；结合剂4～7重量份；絮凝剂1～3重量份。本发明以陶瓷纤维为基体材料，选用功能性添加剂赋予陶瓷纤维板高太阳能反射率和低导热系数，平均500℃导热系数低于0.11W/(m·K)，太阳能反射率高于55％，适用于光热发电领域。

Description

一种陶瓷纤维板及其制备方法

技术领域

本发明涉及光热发电技术领域，尤其涉及一种陶瓷纤维板及其制备方法。

背景技术

太阳能光热发电是继光伏发电后的一种新的太阳能发电方式，以其绿色、无污染、可再生等特点成为新能源的热点。光热发电在我国正处于起步阶段，是一个新型的朝阳产业，是新能源利用的一个重要方向。

光热发电系统的一些机械部位需要进行绝热保温，在要求绝热保温材料绝热效果较好的同时，还需要具有一定的太阳能反射率，保证光热发电的安全性及高效性。常规陶瓷纤维板平均500℃的导热系数低于0.135W/(m·K)，具有优异的绝热性能，但因为陶瓷纤维本身的透光性以及大的气孔的存在，导致其太阳能反射率较低。这意味着太阳光投射到陶瓷纤维板上时，会透过纤维板，影响太阳光热能的收集，无法保证光热发电的高效性。

专利(CN103755262B)“耐高温陶瓷纤维板”公开了一种耐高温陶瓷纤维板，该耐高温陶瓷纤维板由如下重量份数的原料组成：硅酸铝纤维95～96份，分散剂1～2份，成分为Na₂SiO₃和CaCO₃的混合物，锆乳胶3～4份，成分为ZrO₂、Y₂O₃和H₂O₂的混合物。通过原料混合搅拌，湿法真空成型，干燥加工，得到产品。制备得到的陶瓷纤维板能够承受1100℃以上的高温，且不失粘结力。

专利(CN103964813A)“一种陶瓷纤维板”公开了一种陶瓷纤维板，其由以下重量份的原料制成：高岭土6～11份，负离子粉7～9份，氧化铝4～7份，生滑石5～10份，活性炭粉1～4份，纳米级氧化铝11～15份，分散剂2～4份，微米级氧化铝6～8份，钾长石5～10份，硼酸4～6份，硅藻土9～11份，白云石6～8份，增强元素6份，阴离子表面活性剂4份，硅酸铝11～24份。制备的陶瓷纤维板，具有良好的耐压强度和低导热性，具有良好的保温效果，同时纤维均匀，耐久性强。

但上述制备的陶瓷纤维板太阳能反射率均低于40％，不适合用于太阳光热能发电行业。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种陶瓷纤维板及其制备方法，制备的陶瓷纤维板具有较低的导热系数，较高的太阳能反射率。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种陶瓷纤维板，包括：

本发明以陶瓷纤维为基体材料，选用功能性添加剂赋予陶瓷纤维板高太阳能反射率和低导热系数，平均500℃导热系数低于0.11W/(m·K)，太阳能反射率高于55％。

其中，所述陶瓷纤维可以为本领域技术人员熟知的陶瓷纤维，本发明对其来源并无特殊限定。

优选的，所述陶瓷纤维的直径为2～5μm，长度为10～150mm。

在本发明的某些具体实施例中，所述陶瓷纤维为山东鲁阳节能材料股份有限公司生产的标准(Al₂O₃含量≥45％)、高纯(Al₂O₃含量≥45％)、高铝(Al₂O₃含量≥52％)和含锆(Al₂O₃含量≥36％、ZrO₂含量≥15％)纤维中的一种或一种以上任意比例的组合。

在本发明的某些具体实施例中，所述陶瓷纤维的含量为45～60重量份，或60～70重量份。

所述钛白粉的晶型优选为金红石型，粒径优选为1～1000nm。在本发明的某些具体实施例中，所述钛白粉的含量为5～13重量份，或13～20重量份。

本发明选用的钛白粉的粒度范围较宽，因为针对不同波长的太阳光波，需要不同粒径的钛白粉发挥反射作用，这是因为物料最大程度的发挥反射、散射作用的粒径与光波波长成正比。对于波长较短的紫外线，需要粒径为1～60nm的钛白粉发挥反射作用；对于波长适中的可见光，需要粒径为60～500nm的钛白粉发挥反射作用；对于波长较长的近红外光，需要粒径500～1000nm的钛白粉发挥反射作用。

所述氧化锌的粒径优选为0.2～4μm。在本发明的某些具体实施例中，所述氧化锌的含量为5～7重量份，或7～10重量份。

所述空心玻璃微珠的粒径优选为30～50μm，堆积密度优选为0.1～0.3g/mL。在本发明的某些具体实施例中，所述空心玻璃微珠的含量优选为10～13重量份，或13～20重量份。

所述结合剂优选为淀粉、纤维素、聚氨酯乳液和丙烯酸乳液中的一种或多种。在本发明的某些具体实施例中，所述结合剂的含量优选为4～5重量份，或5～7重量份。

所述絮凝剂优选为聚铝化合物和阴离子酰胺的混合物。

所述聚铝化合物优选为聚合氯化铝和/或聚合硫酸铝。

所述聚铝化合物和阴离子酰胺的质量比优选为1：(1～3)。

所述阴离子酰胺为阴离子聚丙烯酰胺。

在本发明的某些具体实施例中，所述絮凝剂的含量为1重量份、2重量份或3重量份。

通过大气后的太阳辐射强度和光谱能量分布都会发生变化。紫外线波长在0～0.4μm之间，占整个太阳光谱的比例为3％，可见光波长在0.4～0.8μm之间，占整个太阳光谱里的比例是44％，近红外波长在0.8～2.5μm之间，占整个太阳光谱里的比例是53％。本发明添加的钛白粉及氧化锌粉料对红外光及紫外线均具有很好的反射作用，添加的空心玻璃微珠具有镜面效应，对红外光及可见光具有较好的反射作用，三种物质的添加可提高陶瓷纤维板的太阳能反射率至55％以上。

另外，纳米级和微米级粉料的引入可有效降低纤维之间交织的孔洞直径，降低对流传热，从而降低导热系数，改善绝热效果。

本发明还提供了上述陶瓷纤维板的制备方法，包括以下步骤：

A)将陶瓷纤维、钛白粉、氧化锌、空心玻璃微珠、结合剂和水在打浆池中混合，得到混合物料；

B)步骤A)制备的混合物料和絮凝剂在储浆罐中混合，搅拌至物料周围出现上清液；

C)将步骤B)得到的物料通过长网抄取工艺脱水成型，烘干，得到陶瓷纤维板。

所述步骤A)的混合优选采用搅拌的方法，所述搅拌的速度优选为800～1200rpm，搅拌时间优选为20～30min。

所述步骤B)中，搅拌速度优选为200～500rpm，搅拌时间优选为3～5min。

所述步骤C)中，烘干的温度优选为120～140℃。

操作工艺简单，便于生产。

性能检测结果表明，本发明制备的陶瓷纤维板平均500℃导热系数低于0.11W/(m·K)，太阳能反射率高于55％，适合应用于光热发电领域，可用于光热发电行业的保温材料。

与现有技术相比，本发明提供了一种陶瓷纤维板，包括：陶瓷纤维45～70重量份；钛白粉5～20重量份；氧化锌5～10重量份；空心玻璃微珠10～20重量份；结合剂4～7重量份；絮凝剂1～3重量份。本发明以陶瓷纤维为基体材料，选用功能性添加剂赋予陶瓷纤维板高太阳能反射率和低导热系数，平均500℃导热系数低于0.11W/(m·K)，太阳能反射率高于55％，适用于光热发电领域。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的陶瓷纤维板及其制备方法进行详细描述。

以下实施例及比较例制备的样品尺寸均为900×500×20mm。

实施例1

称取45重量份标准陶瓷纤维(纤维直径3μm，纤维长度80～100mm，Al₂O₃含量≥45％)、20重量份钛白粉、10重量份氧化锌、20重量份空心玻璃微珠和4重量份淀粉加入预先注入水的打浆池中，高速搅拌混匀，搅拌速度为800rpm，搅拌20min；将混合好的物料泵入储浆罐中，开启储浆罐中的搅拌器，加入1重量份的质量比为1:1的聚合氯化铝和阴离子酰胺，搅拌至物料周围出现上清液，搅拌速度为200rpm，搅拌时间5min；将上述混合物料通过长网抄取工艺脱水成型，经过热风烘干，烘干温度为120℃，得到陶瓷纤维板。

实施例2

称取60重量份高铝陶瓷纤维(纤维直径2μm，纤维长度10～20mm，Al₂O₃含量≥52％)、13重量份钛白粉、7重量份氧化锌、13重量份空心玻璃微珠和5重量份聚氨酯乳液加入预先注入水的打浆池中，高速搅拌混匀，搅拌速度为1000rpm，搅拌25min；将混合好的物料泵入储浆罐中，开启储浆罐中的搅拌器，加入2重量份的质量比为1:2的聚合硫酸铝和阴离子酰胺，搅拌至物料周围出现上清液，搅拌速度为400rpm，搅拌时间4min；将上述混合物料通过长网抄取工艺脱水成型，经过热风烘干，烘干温度为130℃，得到陶瓷纤维板。

实施例3

称取70重量份含锆陶瓷纤维(纤维直径5μm，纤维长度120～150mm，Al₂O₃含量≥36％，ZrO₂含量≥15％)、5重量份钛白粉、5重量份氧化锌、10重量份空心玻璃微珠和7重量份纤维素加入预先注入水的打浆池中，高速搅拌混匀，搅拌速度为1200rpm，搅拌30min；将混合好的物料泵入储浆罐中，开启储浆罐中的搅拌器，加入3重量份的质量比为1:3的聚合氯化铝和阴离子酰胺，搅拌至物料周围出现上清液，搅拌速度为500rpm，搅拌时间3min；将上述混合物料通过长网抄取工艺脱水成型，经过热风烘干，烘干温度为140℃，得到陶瓷纤维板。

比较例1

称取95重量份硅酸铝纤维，分散剂2份，成分为Na₂SiO₃和CaCO₃的混合物，Na₂SiO₃和CaCO₃的质量比为2.5:1，锆乳胶3份，成分为ZrO₂、Y₂O₃和H₂O₂的混合物，ZrO₂与Y₂O₃的质量比为90:5，ZrO₂与H₂O₂的质量比为1:4。通过原料混合搅拌，湿法真空成型，干燥加工，干燥温度110℃，时间24h，得到产品。

性能检测：

将本发明实施例1～3制备得到的陶瓷纤维板依次编号为A、B、C，将比较例1制备的样品编号为D。分别测试样品的体积密度、平均500℃导热系数和太阳能反射率，结果如表1所示：

表1实施例1～3以及比较例1性能检测结果

由表1可知，本发明制备的陶瓷纤维板(样品A、B、C)导热系数低于0.11W/(m·K)，绝热效果优异；太阳能反射率高于55％，相比于普通陶瓷纤维板，更适合于光热发电行业。比较例1制备的样品D在相同检测条件下，导热系数高，太阳能反射率低，难以在光热发电行业发挥应有的作用。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种陶瓷纤维板，包括：

2.根据权利要求1所述的陶瓷纤维板，其特征在于，所述钛白粉的晶型为金红石型，粒径为1～1000nm。

3.根据权利要求1所述的陶瓷纤维板，其特征在于，所述氧化锌的粒径为0.2～4μm。

4.根据权利要求1所述的陶瓷纤维板，其特征在于，所述空心玻璃微珠的粒径为30～50μm，堆积密度为0.1～0.3g/mL。

5.根据权利要求1所述的陶瓷纤维板，其特征在于，所述结合剂为淀粉、纤维素、聚氨酯乳液和丙烯酸乳液中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的陶瓷纤维板，其特征在于，所述絮凝剂为聚铝化合物和阴离子酰胺的混合物。

7.根据权利要求6所述的陶瓷纤维板，其特征在于，所述聚铝化合物为聚合氯化铝和/或聚合硫酸铝。

8.根据权利要求6所述的陶瓷纤维板，其特征在于，所述聚铝化合物和阴离子酰胺的质量比为1：(1～3)。

9.权利要求1～8任一项所述的陶瓷纤维板的制备方法，包括以下步骤：

A)将陶瓷纤维、钛白粉、氧化锌、空心玻璃微珠、结合剂和水在打浆池中混合，得到混合物料；

B)步骤A)制备的混合物料和絮凝剂在储浆罐中混合，搅拌至物料周围出现上清液；

C)将步骤B)得到的物料通过长网抄取工艺脱水成型，烘干，得到陶瓷纤维板。