CN108939697A - 一种连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件及制备方法，与陶瓷短纤维浆料复合的连续陶瓷纤维通过在真空模具上缠绕复合成型，然后经干燥脱模、高温热处理制成高温陶瓷纤维过滤元件。通过原料的合理设计，然后通过控制连续纤维纤维束的Tex数、缠绕张力大小、短纤维浆料配比、长纤维与短纤维比例、连续纤维缠绕角度、步间距、热处理温度等来控制最终制成的高温陶瓷纤维过滤材料的体积密度0.4‑0.7g/cm3,气孔率60‑75％，孔径20‑60微米，机械强度5‑8MP,在1m/min风速标准条件下(空气25℃)初始过滤阻力小于600Pa,过滤元件最高使用温度可以达到900℃以上。

Description

一种连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件及制备方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料领域中陶瓷过滤材料领域，具体涉及到一种连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件及制备方法。
背景技术
高温陶瓷过滤除尘技术具有使用温度高、适用范围广、过滤效率高等优点，在高温气体净化领域应用显示极大优势，其中高温陶瓷过滤材料作为其核心部件，其高温热稳定性能、孔隙率高低及强度对其使用性能有重大影响。
目前已发展应用的高温陶瓷过滤材料主要有两种，一种是以碳化硅、堇青石为原料的高密度颗粒堆积过滤元件，如：专利ZL 200410023972.9公开的一种以堇青石、刚玉为原料的热气体净化用高温陶瓷膜过滤元件，专利ZL 201010297960.0公开的一种碳化硅高温陶瓷过滤管；另一种为以短切硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维等为原料，采用真空抽滤成型工艺制备的低密度陶瓷纤维过滤元件，如专利105289150A公开的一种以短切硅酸铝纤维、氧化铝纤维为原料，采用真空抽滤成型制备的高孔隙率陶瓷纤维过滤元件。前者具有高机械强度，但气孔率低(一般低于40％)、过滤阻力大、韧性差、高温易发生脆性断裂，同时大尺寸过滤元件制备困难、制作成本较高，不利于大规模化工业应用。后者通常具有较高的孔隙结构(大于70％)、过滤阻力小，但强度较低(小于3MPa)、抗冲刷、磨蚀能力较差，使用寿命较短。发展大尺寸、过滤阻力低、高温断裂韧性好、耐磨蚀的高温陶瓷过滤材料是其能够在热气体净化领域广泛推广应用前提。
苏州博清高新材料有限公司于2015年03月25日，公开了一种复合型陶瓷滤芯及其制备工艺，(ZL 201410651866.9)，其采用连续陶瓷纤维在模具上缠绕形成预制体，然后通过短纤维浆料浸渍预制体制备，使连续纤维表面涂敷一层短纤维，然后在短纤维层上形成一层SiC涂层制得过滤元件，该制备过程复杂，成本高，而且其中短纤维只是通过浸渍工艺涂敷在连续纤维基体表面作为一个过滤层，极易脱落，滤芯韧性和耐磨蚀性相对较低，产品性能不容易控制。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采用连续陶瓷纤维增强增韧的高温陶瓷纤维过滤元件及制备方法,该过滤元件制备工艺简单，以连续陶瓷纤维、短切陶瓷纤维、耐火陶瓷骨料和高温结合剂为原料，通过控制连续纤维束直径、缠绕角度、步间距、短纤维长径比、连续纤维与短纤维重量比获得所需孔径和高气孔率，该气孔率大于60％，抗压强度大于5.0MPa,具有非常低的过滤阻力和高的抗高温度断裂能力及大尺寸。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件及制备方法，气孔率大于60％，抗压强度大于5.0MPa,具有非常低的过滤阻力和高的抗高温度断裂能力，便于产品推广。
根据本发明的一个方面，提供了一种连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件的制备工艺，包括以下步骤：粘附有陶瓷短纤维浆料的连续陶瓷纤维通过在模具上缠绕成型，然后经干燥脱模、高温热处理制成高温陶瓷纤维过滤元件。
进一步的，连续陶瓷纤维经过陶瓷短纤维浆料，连续陶瓷纤维表面粘附有一定比例的陶瓷短纤维浆料，并按一定角度和缠绕步间距在旋转的真空模具上进行缠绕，通过真空抽滤，除掉料浆中多余水分，待缠绕到一定厚度时，将坯体连同模具干燥后脱模，然后保温烧成。
优选，连续陶瓷纤维经旋转支架、张力器拉紧后，通过装有陶瓷短纤维浆料的浆料槽中定向滚轮，陶瓷短纤维浆料经搅拌器均匀搅拌后，连续陶瓷纤维经过陶瓷短纤维浆料，连续陶瓷纤维表面粘附有一定比例的陶瓷短纤维浆料，并按一定角度和步间距在旋转的真空模具上进行缠绕，除掉料浆中多余水分，待缠绕到一定厚度时，将坯体连同模具干燥后脱模，然后置于高温窑炉中保温烧成。
通过控制连续纤维纤维束的Tex数、缠绕张力大小、短纤维浆料配比、长纤维与短纤维比例、纤维缠绕角度、步间距、热处理温度等来控制最终制成的高温陶瓷纤维过滤材料的各项性能、包括微孔性能、机械性能和热性能等。
进一步的，连续陶瓷纤维以40-50°方向在真空模具上进行连续缠绕、缠绕步间距0.5-2.5mm，通过抽真空将多余料浆中水分除掉，模具施加真空度0.03-0.09MPa，缠绕过程中连续陶瓷纤维与陶瓷短纤维的比例为1：1-1：3，缠绕厚度达到8-20mm后，取出模具放入高温干燥箱中，在150-200℃下进行干燥，然后脱模，置于高温窑炉中于950-1150℃保温烧成。
优选，连续陶瓷纤维的缠绕方向为45°，缠绕步间距0.5-2mm，真空度0.04-0.08MPa，连续陶瓷纤维与陶瓷短纤维的比例为1：1-1：2，高温窑炉中保温时间为2小时。
进一步的，连续陶瓷纤维为高硅氧纤维、石英纤维、氧化铝纤维中一种，连续陶瓷纤维为多束纤维丝构成。纤维长期使用温度大于1000℃，连续陶瓷纤维为多束纤维丝构成，可以为有捻或无捻纱线，纱线规格为100-1000Tex,连续陶瓷纤维通过在真空模具上缠形成高温陶瓷纤维过滤元件骨架。
优选，连续陶瓷纤维纱线规格为200-500Tex。
进一步的，陶瓷短纤维浆料由短切陶瓷纤维、高温结合剂和低温粘合剂或短切陶瓷纤维、高温结合剂和有机助剂与耐火陶瓷骨料加水搅拌混合而成。
进一步的，短切陶瓷纤维为硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、石英纤维、高硅氧纤维中一种或几种，纤维直径2-10微米，长度0.1-2mm。短切陶瓷纤维的加入有效增加了过滤元件的孔隙结构。
优选，短切陶瓷纤维直径3-7微米，长度0.5-1mm。
进一步的，将硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、石英纤维、高硅氧纤维的至少一种通过短切制成长度小于5mm的短纤维，将短切后的短纤维放入盛有水的搅拌器中高速搅拌或放在球磨机中球磨，短切后的短纤维的添加量为水重量的2-10wt％，纤维经充分剪切、分散，制备纤维长度为0.1-2mm的陶瓷纤维分散液，取上述纤维分散液加入纤维重量0-100wt％的耐火骨料、30-50％的高温结合剂、20-50wt％有机助剂，充分搅拌混合，制成浓度5-20％陶瓷纤维浆料。
优选，将短切后的短纤维放入盛有水的搅拌器中高速搅拌1-2小时或放在球磨机中球磨10-20min，纤维经充分剪切、分散，制备纤维长度为0.1-2mm陶瓷纤维分散液。上述纤维分散液加入纤维重量0-100wt％的耐火骨料、30-50％的高温结合剂、20-50wt％有机助剂，充分搅拌混合2-3小时，制备陶瓷纤维浆料。
优选，取上述纤维分散液加入纤维重量30-40wt％的耐火骨料、30-40％的高温结合剂、30-40wt％有机助剂。
进一步的，耐火骨料为氧化铝、莫来石、堇青石中的一种，优选堇青石骨料，粒度20-200微米，最好50-100微米，耐火骨料加入主要是为了提高过滤元件刚度。
进一步的，高温结合剂为水玻璃、磷酸盐、铝溶胶、硅溶胶、陶瓷结合剂中一种或几种，通过高温烧成，高温结合剂与纤维表面反应或粘接，提供陶瓷纤维过滤元件高温结合强度。
进一步的，所述有机助剂为羧甲基纤维素、阳离子淀粉、聚乙烯醇水溶液、水溶性酚醛树脂中一种或几种。提供成型坯体干燥强度。
根据本发明的一个方面，提供了一种连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件，与陶瓷短纤维浆料复合的连续陶瓷纤维通过缠绕复合成型制成。
进一步的，高温陶瓷纤维过滤元件为长管状或烛型结构，体积密度0.4-0.7g/cm3,气孔率60-75％，孔径20-60微米，机械强度5-8MP,在1m/min风速标准条件下(空气25℃)初始过滤阻力小于600Pa,过滤元件最高使用温度可以达到900℃以上。该发明的高温陶瓷纤维过滤材料具有重量轻、气孔滤高、过滤阻力小、机械强度高等优点。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明示例的连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件的制备工艺主要由连续陶瓷纤维、短切陶瓷纤维、耐火陶瓷骨料和高温结合剂或由连续陶瓷纤维、短切陶瓷纤维和高温结合剂构成，其中，连续陶瓷纤维通过在成型模具上缠绕构成膜材料的骨架，连续纤维在缠绕过程中将混有短切陶瓷纤维、耐火陶瓷骨料、高温结合剂和有机成型助剂的浆料或混有短切陶瓷纤维、高温结合剂和有机成型助剂的浆料一同缠绕在成型模具上，成型所需尺寸的长管状或烛型形状坯体后干燥脱模、然后高温烧成。其中，连续陶瓷纤维通过缠绕形成过滤材料骨架，提供过滤材料机械支撑强度，短纤维加入一方面可以降低过滤材料原料成本，另一方面还可以有效增加了过滤材料的孔隙结构，降低过滤阻力。耐火骨料以弥散的状态均布在高温陶瓷纤维过元件内部，可以有效增加纤维之间支撑点，提高材料的强度及刚度。有机成型助剂主要是在坯体成型过程中，可以将只要高温结合剂、耐火骨料、短纤维一起粘附在连续陶瓷纤维上，提供成型生坯干燥强度，利于脱模；高温结合剂主要通过高温状态下的固相反应将连续纤维、短纤维及耐火骨料之间的无机粘合牢固结合一起，实现膜材料的高温强度。连续纤维与短纤维、耐火陶瓷骨料通过缠绕形成一个整体，不易脱落。通过原料的配合、作用及工艺方法的设计，使发明通过简单、低成本的工艺，即可得到性能远远优于同类产品的高温陶瓷纤维过滤元件，该技术值得推广。
2、本发明示例的连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件，以连续陶瓷纤维、短切陶瓷纤维、耐火陶瓷骨料和高温结合剂或为原料，通过原料的合理设计，然后通过控制连续纤维纤维束的Tex数、缠绕张力大小、短纤维浆料配比、长纤维与短纤维比例、纤维缠绕角度、步间距、热处理温度等来控制最终制成的高温陶瓷纤维过滤材料的各项性能、包括微孔性能、机械性能和热性能等，上述条件缺一不可，正是由于上述条件的综合作用，才使最终得到的高温陶瓷纤维过滤材料体积密度0.4-0.7g/cm3,气孔率60-75％，孔径20-60微米，机械强度5-8MP,在1m/min风速标准条件下(空气25℃)初始过滤阻力小于600Pa,过滤元件最高使用温度可以达到900℃以上。具有重量轻、气孔滤高、过滤阻力小、机械强度高、断裂韧性好等优点。这是现有产品达不到的，本发明将本领域大尺寸高温陶瓷纤维过滤元件的性能提升至一个新的高度。
附图说明
图1为本发明的连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件的制备工艺流程图；
图中：1旋转支架，2张力器,3张力器，4浆料槽,5定向滚轮，6搅拌器，7真空模具。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：
如图1所示，一种连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件的制备工艺，将机械短切的5mm以下的硅酸铝纤维2000g，加入装有28L水的搅拌机中，在600rpm转速下高速搅拌2小时，得到纤维直径5-7微米、长度0.2-1mm的均匀分散纤维浆液，然后加入80-100微米的堇青石骨料1000g、模数为2.5-3水玻璃1000g、阳离子淀粉1000g，在200rpm转速下搅拌2小时，制备浓度为15％的短纤维浆料。
型号为320Tex有捻连续高硅氧纤维经旋转支架1、张力器2和张力器3拉紧后，通过装有短纤维浆料的浆料槽4中定向滚轮5，短纤维料浆经搅拌器6均匀搅拌后，连续纤维经过所述浆料，纤维表面粘附有短纤维料浆，通过控制张力、并以45°方向沿真空模具7方向连续缠绕、缠绕步间距2mm、模具施加真空度0.06MPa.连续纤维与短线为比例为1：1，缠绕厚度达到10mm后，取出模具放入高温干燥箱中200℃干燥2小时，然后通过脱模机脱模。然后将坯体置入高温梭式窑中，以100℃/h升温速度快速升至950℃，保温2h,制的高温陶瓷纤维过滤元件。
经测试，该方法制得高温陶瓷纤维过滤元件体积密度0.58g/cm3，气孔率62％，孔径35-40微米，抗压强度6.5MPa，标准工况条件(空气、25℃)下，过滤风速为1m/min时透气阻力小于400Pa，最高使用温度800℃。
本实施例的高温陶瓷纤维过滤元件，高温陶瓷纤维过滤元件为长管状或烛型结构。
实施例二：
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
将短切的5mm以下的莫来石纤维4000g，加入装有50L水的搅拌机中，在600rpm转速下高速搅拌1小时，得到纤维直径3-5微米、长度为0.2-0.5mm，分散均匀的短纤维浆液，然后加入80-100微米的堇青石骨料2000g、浓度12％铝溶胶10L、阳离子淀粉2000g，在200rpm转速下搅拌1-2小时，制备浓度为13％的短纤维浆料。
采用480Tex无捻连续高硅氧纤维，控制缠绕张力后，以45°方向在真空模具上进行连续缠绕、缠绕步间距2mm、模具施加真空度0.06MPa。缠绕过程中连续纤维与短线为比例为1：2，缠绕厚度达到10mm后，取出模具放入高温干燥箱中200℃干燥2小时，然后通过脱模机脱模。然后将坯体置入高温梭式窑中，以100℃/h升温速度快速升至1050℃，保温2h,制的高温陶瓷纤维过滤元件。
经测试，该方法制得高温陶瓷纤维过滤元件体积密度0.48g/cm3、气孔率70％，孔径50微米，抗压强度5.8MPa,标准工况条件(空气、25℃)下，过滤风速为1m/min时透气阻力小于300Pa，最高使用温度900℃。
实施例三：
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
将短切的5mm以下的氧化铝纤维4000g，加入装有40L水的搅拌机中，在600rpm转速下高速搅拌1小时，得到纤维直径5-7微米、长度为0.1-0.45mm，分散均匀的短纤维浆液，然后加入80-100微米的氧化铝骨料4000g、磷酸盐1600g、羧甲基纤维素800g，在200rpm转速下搅拌1-2小时，制备浓度为20％的短纤维浆料。
采用500Tex无捻连续氧化铝纤维，控制缠绕张力后，以45°方向在真空模具上进行连续缠绕、缠绕步间距2mm、模具施加真空度0.04-0.05MPa。缠绕过程中连续纤维与短线为比例为1：1，缠绕厚度达到10mm后，取出模具放入高温干燥箱中150℃干燥1.5小时，然后通过脱模机脱模。然后将坯体置入高温梭式窑中，以100℃/h升温速度快速升至1150℃，保温1.5-2h,制的高温陶瓷纤维过滤元件。
经测试，该方法制得高温陶瓷纤维过滤元件体积密度0.62g/cm3、气孔率60％，孔径50微米，抗压强度6MPa,标准工况条件(空气、25℃)下，过滤风速为1m/min时透气阻力小于300Pa，最高使用温度950℃。
实施例四
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
将短切的5mm以下的石英纤维4000g，加入装有152L水的搅拌机中，在700rpm转速下高速搅拌1小时，得到纤维直径8-10微米、长度为0.5-1mm，分散均匀的短纤维浆液，然后加入硅溶胶1000g、水玻璃1000g、聚乙烯醇2000g，在200rpm转速下搅拌2小时，制备浓度为5％的短纤维浆料。
采用640Tex无捻连续氧化铝纤维，控制缠绕张力后，以45°方向在真空模具上进行连续缠绕、缠绕步间距2mm、模具施加真空度0.07-0.08MPa。缠绕过程中连续纤维与短线为比例为1：2，缠绕厚度达到10mm后，取出模具放入高温干燥箱中200℃干燥1.5小时，然后通过脱模机脱模。然后将坯体置入高温梭式窑中，以100℃/h升温速度快速升至1150℃，保温1.5-2h,制的高温陶瓷纤维过滤元件。
经测试，该方法制得高温陶瓷纤维过滤元件体积密度0.4-0.5g/cm3、气孔率73％，孔径55-60微米，抗压强度5-5.5MPa,标准工况条件(空气、25℃)下，过滤风速为1m/min时透气阻力小于200Pa，最高使用温度950℃。
实施例五：
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：短切陶瓷纤维为硅酸铝纤维、莫来石纤维，二者的重量比为1:1。耐火骨料为莫来石。有机助剂为阳离子淀粉、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、水溶性酚醛树脂，它们的重量比为1:1:1:1，短切陶瓷纤维直径5-7微米、长度为0.5-0.8mm。
缠绕步间距为1mm。
经测试，该方法制得高温陶瓷纤维过滤元件体积密度0.60g/cm3，气孔率62％，孔径37-40微米，抗压强度6.7MPa，标准工况条件(空气、25℃)下，过滤风速为1m/min时透气阻力小于420Pa，最高使用温度850℃
实施例六
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：短切陶瓷纤维为氧化铝纤维、石英纤维、高硅氧纤维，三者的重量比为1:1：1。高温结合剂为水玻璃、磷酸盐、陶瓷结合剂，三者的重量比为1:1:1，短切后的短纤维的添加量为水重量的4wt％，取上述纤维分散液加入纤维重量30wt％的耐火骨料、40％的高温结合剂、30wt％有机助剂，充分搅拌混合，制成浓度8％陶瓷纤维浆料。短切陶瓷纤维直径6-8微米、长度为0.8-1mm。
缠绕步间距为0.5mm。
连续陶瓷纤维纱线规格为300Tex。
经测试，该方法制得高温陶瓷纤维过滤元件体积密度0.55g/cm3，气孔率64％，孔径40-41微米，抗压强度6-6.5MPa，标准工况条件(空气、25℃)下，过滤风速为1m/min时透气阻力小于450Pa，最高使用温度820℃。
实施例七
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：短切陶瓷纤维为硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、石英纤维、高硅氧纤维，它们的重量比为1:2：1:1:1。短切后的短纤维的添加量为水重量的2.6wt％，取上述纤维分散液加入纤维重量40wt％的耐火骨料、30％的高温结合剂、30wt％有机助剂，充分搅拌混合，制成浓度5％陶瓷纤维浆料。短切陶瓷纤维直径6-7微米、长度为0.8-1mm。
短切陶瓷纤维直径为3-7微米、长度为0.8-0.9mm。
缠绕步间距为1mm。
连续陶瓷纤维纱线规格为400Tex。
经测试，该方法制得高温陶瓷纤维过滤元件体积密度0.62g/cm3，气孔率62％，孔径35-40微米，抗压强度6.8MPa，标准工况条件(空气、25℃)下，过滤风速为1m/min时透气阻力小于350Pa，最高使用温度850℃
实施例八
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：短切陶瓷纤维为莫来石纤维、氧化铝纤维、石英纤维、高硅氧纤维，它们的重量比为1:2：1:1。短切陶瓷纤维直径6-7微米、长度为0.8-1mm。
连续陶瓷纤维缠绕角度为54°，缠绕步间距为0.5mm，模具施加真空度为0.03-0.05MPa。
经测试，该方法制得高温陶瓷纤维过滤元件体积密度0.7g/cm3，气孔率61％，孔径20-25微米，抗压强度7.5-8MPa，标准工况条件(空气、25℃)下，过滤风速为1m/min时透气阻力小于500Pa，最高使用温度900℃。
实施例九：
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
将短切的5mm以下的石英纤维2000g、高硅氧纤维2000g，加入水，在球磨机中进行球磨，水的添加量为65L，球磨速度为100r/min，球磨时间为15min，得到纤维直径5-8微米、长度为0.2-0.5mm，分散均匀的短纤维浆液，然后加入陶瓷结合剂1600g、水溶性酚醛树脂1600g，在200rpm转速下搅拌2小时，制备浓度为10％的短纤维浆料。
采用200Tex有捻连续石英纤维，控制缠绕张力后，以45°方向在真空模具上进行连续缠绕、缠绕步间距2mm、模具施加真空度0.06-0.08MPa。缠绕过程中连续纤维与短线为比例为1：1，缠绕厚度达到10mm后，取出模具放入高温干燥箱中150℃干燥2小时，然后通过脱模机脱模。然后将坯体置入高温梭式窑中，以100℃/h升温速度快速升至950℃，保温2h,制的高温陶瓷纤维过滤元件。
经测试，该方法制得高温陶瓷纤维过滤元件体积密度0.6g/cm3、气孔率70-75％，孔径35微米，抗压强度7-8MPa,标准工况条件(空气、25℃)下，过滤风速为1m/min时透气阻力小于500Pa，最高使用温度950℃。
实施例十：
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
将短切的5mm以下的硅酸铝纤维2000g、氧化铝纤维2000g，加入水，在球磨机中进行球磨，水的添加量为43.2L，球磨速度为100r/min，球磨时间为15min，得到纤维直径为5-8微米、长度为0.5-0.8mm，分散均匀的短纤维浆液，然后加入80-100微米的氧化铝骨料4000g、水玻璃600g、硅溶胶600g，羧甲基纤维素800g、阳离子淀粉800g在200rpm转速下搅拌1.5-2.5小时，制备浓度为20％的短纤维浆料。
采用500Tex无捻连续石英纤维，控制缠绕张力后，以45°方向在真空模具上进行连续缠绕、缠绕步间距2mm、模具施加真空度0.04-0.05MPa。缠绕过程中连续纤维与短线为比例为1：2，缠绕厚度达到10mm后，取出模具放入高温干燥箱中180℃干燥2小时，然后通过脱模机脱模。然后将坯体置入高温梭式窑中，以100℃/h升温速度快速升至1150℃，保温1.5-2h,制的高温陶瓷纤维过滤元件。
经测试，该方法制得高温陶瓷纤维过滤元件体积密度0.63g/cm3、气孔率68％，孔径52-53微米，抗压强度6.5MPa,标准工况条件(空气、25℃)下，过滤风速为1m/min时透气阻力小于300Pa，最高使用温度920℃。
实施例十一：
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
将短切的5mm以下的莫来石纤维4000g，加入水，在球磨机中进行球磨，水的添加量为175L，球磨速度为220r/min，球磨时间为15min，得到纤维直径为3-5微米、长度为0.8-1mm，分散均匀的短纤维浆液，然后加入80-100微米的莫来石骨料2000g、水玻璃600g、陶瓷结合剂600g，羧甲基纤维素1000g、水溶性酚醛树脂1000g，在220rpm转速下搅拌3小时，制备浓度为5％的短纤维浆料。
采用500Tex无捻连续氧化铝纤维，控制缠绕张力后，以45°方向在真空模具上进行连续缠绕、缠绕步间距2mm、模具施加真空度0.04-0.05MPa。缠绕过程中连续纤维与短线为比例为1：2，缠绕厚度达到10mm后，取出模具放入高温干燥箱中180℃干燥2小时，然后通过脱模机脱模。然后将坯体置入高温梭式窑中，以100℃/h升温速度快速升至1150℃，保温1.5-2h,制的高温陶瓷纤维过滤元件。
经测试，该方法制得高温陶瓷纤维过滤元件体积密度0.64g/cm3、气孔率67％，孔径48-50微米，抗压强度6.4MPa,标准工况条件(空气、25℃)下，过滤风速为1m/min时透气阻力小于350Pa，最高使用温度900℃。
实施例十二：
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：连续陶瓷纤维纱线规格为100Tex，连续陶瓷纤维缠绕角度为40°，缠绕步间距为2.5mm，模具施加真空度为0.09MPa，缠绕过程中连续陶瓷纤维与陶瓷短纤维的比例为1:3，缠绕厚度为8mm。
实施例十三：
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：连续陶瓷纤维纱线规格为1000Tex，连续陶瓷纤维缠绕角度为45°，缠绕步间距为1.5mm，模具施加真空度为0.07MPa，缠绕过程中连续陶瓷纤维与陶瓷短纤维的比例为1:2，缠绕厚度为12mm。
实施例十四：
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：连续陶瓷纤维纱线规格为800Tex，连续陶瓷纤维缠绕角度为44.5-45.5°，缠绕步间距为1mm，模具施加真空度为0.05MPa，缠绕过程中连续陶瓷纤维与陶瓷短纤维的比例为1:1，缠绕厚度为15mm。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件的制备工艺，其特征是，包括以下步骤：粘附有陶瓷短纤维浆料的连续陶瓷纤维通过在模具上缠绕成型，然后经干燥脱模、高温热处理制成高温陶瓷纤维过滤元件。
2.根据权利要求1所述的连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件的制备工艺，其特征是，连续陶瓷纤维经过陶瓷短纤维浆料，连续陶瓷纤维表面粘附有一定比例的陶瓷短纤维浆料，并按一定角度和缠绕步间距在旋转的真空模具上进行缠绕，除掉料浆中多余水分，待缠绕到一定厚度时，将坯体连同模具干燥后脱模，然后保温烧成。
3.根据权利要求2所述的连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件的制备工艺，其特征是，连续陶瓷纤维以40-54°方向在真空模具上进行连续缠绕、缠绕步间距0.5-2.5mm，通过抽真空将多余料浆中水分除掉，模具施加真空度0.03-0.09MPa，缠绕过程中连续陶瓷纤维与陶瓷短纤维的比例为1：1-1：3，缠绕厚度达到8-20mm后，取出模具放入高温干燥箱中，在150-200℃下进行干燥，然后脱模，置于高温窑炉中于950-1150℃保温烧成。
4.根据权利要求1-3任一所述的连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件的制备工艺，其特征是，连续陶瓷纤维为高硅氧纤维、石英纤维、氧化铝纤维中一种，连续陶瓷纤维为多束纤维丝构成。
5.根据权利要求4所述的连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件的制备工艺，其特征是，陶瓷短纤维浆料由短切陶瓷纤维、高温结合剂和低温粘合剂或短切陶瓷纤维、高温结合剂和有机助剂与耐火陶瓷骨料加水搅拌混合而成。
6.根据权利要求5所述的连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件的制备工艺，其特征是，短切陶瓷纤维为硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、石英纤维、高硅氧纤维中一种或几种，纤维直径2-10微米，长度0.1-2mm。
7.根据权利要求6所述的连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件的制备工艺，其特征是，将硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、石英纤维、高硅氧纤维的至少一种通过短切制成长度小于5mm的短纤维，将短切后的短纤维放入盛有水的搅拌器中高速搅拌或放在球磨机中球磨，短切后的短纤维的添加量为水重量的2-10wt％，纤维经充分剪切、分散，制备纤维长度为0.1-2mm的陶瓷纤维分散液，取上述纤维分散液加入纤维重量0-100wt％的耐火骨料、30-50％的高温结合剂、20-50wt％有机助剂，充分搅拌混合，制成浓度5-20％陶瓷纤维浆料。
8.根据权利要求7所述的连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件的制备工艺，其特征是，所述耐火骨料为氧化铝、莫来石、堇青石中的一种，粒度为20-200微米，高温结合剂为水玻璃、磷酸盐、铝溶胶、硅溶胶、陶瓷结合剂中一种或几种，所述有机助剂为羧甲基纤维素、阳离子淀粉、聚乙烯醇水溶液、水溶性酚醛树脂中一种或几种。
9.一种连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件，其特征是，与陶瓷短纤维浆料复合的连续陶瓷纤维通过缠绕复合成型制成。
10.根据权利要求9所述的连续纤维增强的高温陶瓷纤维过滤元件，其特征是，高温陶瓷纤维过滤元件为长管状或烛型结构，气孔率60-75％，机械强度5-8MP。
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