CN111302779A - 一种防腐蚀陶瓷纤维材料及其制备方法 - Google Patents

一种防腐蚀陶瓷纤维材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种防腐蚀陶瓷纤维材料及其制备方法，防腐蚀陶瓷纤维材料由改性纤维粉末、纳米氧化铝、五氧化二钒、三氧化二钇、纳米氧化铈、氯化银、麦饭石粉、镍铜合金粉末、酚醛树脂、聚乙烯蜡制备而成；由于本发明制备过程中将改性纤维粉末与铜镍合金粉末以及纳米氧化铝、五氧化二钒等原料有机结合，相容性好，分散均匀，因而可以提高防腐蚀陶瓷纤维材料的综合性能，使其具有良好的刚度和韧性，耐热性和耐高温性好，稳定性强，同时具有良好的抗腐蚀性能，耗损小，使用寿命长。

Description

一种防腐蚀陶瓷纤维材料及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷纤维技术领域，具体涉及一种防腐蚀陶瓷纤维材料及其制备方法。
背景技术
陶瓷纤维作为优良的保温隔热材料，具有耐高温、稳定性好、导热率低和耐机械震动等优点，另外还具有极好的韧性和耐火性，应用十分广泛。但是，随着经济的发展，可持续发展观念的深入，高效、节能等词语成为主流追求。陶瓷纤维制品的应用领域比较局限，主要体现在不同的陶瓷纤维制品的性能不能，仅仅可以用于专属领域，这就对能源的消耗比较严重，而且，大部分陶瓷纤维制品的耐腐蚀性较差，在使用过程中容易耗损，使用寿命较短。
因此，如何制备一种陶瓷纤维材料，满足多种使用需求的情况下具有良好的防腐蚀性能，显得尤为重要。
中国专利CN105347798B公开了一种陶瓷纤维隔热板，所述陶瓷纤维隔热板由以下原料制成：纳米二氧化钛，纳米级氧化铝，五氧化二钒，纳米级碳化硅，微米级碳化硅，分散剂，锆乳胶，白云石粉，微米级氧化铝。本发明的陶瓷纤维隔热板，在满足耐高温的前提下，具有高的高红外反射率，其体积密度和高温导热系数低，具有优异的隔热性能，同时，其优良的抗折强度可长期用于高温隔热领域，但是此发明中陶瓷纤维隔热板的防腐蚀性能不好，容易耗损，使用寿命较短。
中国专利CN107675293A公开了一种抗腐蚀陶瓷纤维，所述抗腐蚀陶瓷纤维由以下原料制成：氧化铝，二氧化硅，氮化碳，钼酚醛树脂，三氧化二钇和无铬腐蚀抑制剂。本发明的抗腐蚀陶瓷纤维原料成本低，不含磷、铬等污染物，安全性能高，更为绿色环保；强度高、耐磨损性高，协同缓蚀效果好，耐腐蚀性强；增加企业经济效益，易于推广和产业化，但是，此发明中抗腐蚀陶瓷纤维的抗腐蚀性一般，而且制备工艺复杂，容易增加成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种防腐蚀陶瓷纤维材料，解决了目前陶瓷纤维材料存在的抗腐蚀性能较差，使用过程中耗损较大，使用寿命短的问题。
为解决上述不足，发现更好的防腐蚀陶瓷纤维材料，本发明提供如下的技术方案：
一种防腐蚀陶瓷纤维材料，防腐蚀陶瓷纤维材料由改性纤维粉末、纳米氧化铝、五氧化二钒、三氧化二钇、纳米氧化铈、氯化银、麦饭石粉、镍铜合金粉末、酚醛树脂、聚乙烯蜡制备而成。改性纤维粉末可以增强本发明的致密度，提高强度和抗腐蚀性能，减少使用过程中的耗损，延长使用寿命；纳米氧化铝和纳米氧化铈的粒径均为纳米级，可以改善本发明的力学性能，具有良好的耐火性和隔热性，热稳定性良好；五氧化二钒和三氧化二钇可以增强本发明的耐热性，延长使用寿命，长时间处于高热环境下稳定性好，不变形不开裂；氯化银和麦饭石粉可以增强本发明的致密性和抗菌性，改善品质；镍铜合金可以增强本发明的强度具有较好的刚度和韧性，抗压能力良好；酚醛树脂和聚乙烯蜡可以改善本发明的韧性以及各组分的结合强度，稳定好，使用寿命长。
进一步的，改性纤维粉末为硅酸铝纤维、氧化锆纤维、高硅氧纤维中的任一种。
进一步的，改性纤维粉末制备方法为：将纤维粉末在球磨机中，以1500r/min～2500r/min的转速球磨3.5h～6.5h，然后过滤、洗涤，在温度为120℃～140℃条件下干燥5h～6h，得到所述改性纤维粉末。
更进一步的，球磨介质是体积比10：0.06：3.5～4.5的乙醇、0.5mol/LHCl和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷组成的混合液。
进一步的，防腐蚀陶瓷纤维材料原料组成重量份为：改性纤维粉末6.5份～10.5份、纳米氧化铝8.2份～12.2份、五氧化二钒3.5份～4.6份、三氧化二钇1.2份～1.5份、纳米氧化铈0.56份～0.75份、氯化银0.35份～0.65份、麦饭石粉2.2份～4.6份、镍铜合金粉末0.75份～0.88份、酚醛树脂1.23份～1.45份、聚乙烯蜡0.56份～0.89份。
本发明另一方面提供一种上述防腐蚀陶瓷纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
S10，所述重量份的五氧化二钒、三氧化二钇、氯化银、麦饭石粉和镍铜合金粉末分别粉碎至200目～300目，然后与所述重量份的改性纤维粉末、纳米氧化铝、纳米氧化铈、酚醛树脂以及聚乙烯蜡混合均匀，得到原料混合物；
S20，S10中原料混合物倒入模具中，经热压成型，然后在温度为165℃～185℃条件下烘干12h～16h，得到坯料；
S30，S20中坯料在温度为850℃～950℃条件下保温1h～1.5h，然后升温至1150℃～1350℃，继续保温2.5h～3h，随炉冷却后，得到所述防腐蚀陶瓷纤维材料。
进一步的，S10中，混合具体为：在转速为250r/min～350r/min的转速下搅拌混合15min～20min。
进一步的，S20中，热压成型过程中，首先在温度为125℃～135℃条件下热压3min～5min，然后在温度为155℃～165℃条件下热压10s～15s。
更进一步的，S20中，坯料含水量为0.2％～0.6％。
进一步的，S30中，升温速率为5℃/min～10℃/min。
由上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
(1)由于本发明制备过程中将改性纤维粉末与铜镍合金粉末以及纳米氧化铝、五氧化二钒等原料有机结合，相容性好，分散均匀，因而可以提高防腐蚀陶瓷纤维材料的综合性能，使其具有良好的刚度和韧性，耐热性和耐高温性好，稳定性强，同时具有良好的抗腐蚀性能，耗损小，使用寿命长；
(2)由于本发明制备方法简单，可操作性强，因而本发明防腐蚀陶瓷纤维材料的工艺成本较低，能耗低，可以明显降低成本投入，提高收益，适合广泛推广；
(3)由于本发明制备的防腐蚀陶瓷纤维材料加工性能好，材质均一，耐热稳定性强，因而用于隔热耐火材料具有较好的市场，在使用过程中耗损小、不分层不开裂、深受广大消费者喜爱。
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
本发明对试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性和/或具体的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
实施例1
一种防腐蚀陶瓷纤维材料
防腐蚀陶瓷纤维材料原料组成重量份为：改性纤维粉末6.5kg、纳米氧化铝8.2kg、五氧化二钒3.5kg、三氧化二钇1.2kg、纳米氧化铈0.56kg、氯化银0.35kg、麦饭石粉2.2kg、镍铜合金粉末0.75kg、酚醛树脂1.23kg、聚乙烯蜡0.56kg；其中，改性纤维粉末为硅酸铝纤维；改性纤维粉末制备方法为：将纤维粉末在球磨机中，以1500r/min的转速球磨3.5h，然后过滤、洗涤，在温度为120℃条件下干燥5h，得到所述改性纤维粉末；球磨介质是体积比10：0.06：3.5的乙醇、0.5mol/LHCl和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷组成的混合液。
通过如下方法制备：
S10，所述重量份的五氧化二钒、三氧化二钇、氯化银、麦饭石粉和镍铜合金粉末分别粉碎至200目，然后与所述重量份的改性纤维粉末、纳米氧化铝、纳米氧化铈、酚醛树脂以及聚乙烯蜡在转速为250r/min的转速下搅拌混合15min均匀，得到原料混合物；
S20，S10中原料混合物倒入模具中，先在温度为125℃条件下热压3min，然后在温度为155℃条件下热压10s成型，然后在温度为165℃条件下烘干12h，得到坯料；
其中，坯料含水量为0.2％。
S30，S20中坯料在温度为850℃条件下保温1h，然后以5℃/min的速率升温至1150℃，继续保温2.5h，随炉冷却后，得到所述防腐蚀陶瓷纤维材料。
经测试，本实施例制备的防腐蚀陶瓷纤维材料的体积密度为0.45g/cm3，抗折强度为0.52MPa，耐热温度为1850℃，抗腐蚀率为93.6％。
实施例2
一种防腐蚀陶瓷纤维材料
防腐蚀陶瓷纤维材料原料组成重量份为：改性纤维粉末10.5kg、纳米氧化铝12.2kg、五氧化二钒4.6kg、三氧化二钇1.5kg、纳米氧化铈0.75kg、氯化银0.65kg、麦饭石粉4.6kg、镍铜合金粉末0.88kg、酚醛树脂1.45kg、聚乙烯蜡0.89kg；其中，改性纤维粉末为氧化锆纤维；改性纤维粉末制备方法为：将纤维粉末在球磨机中，以2500r/min的转速球磨6.5h，然后过滤、洗涤，在温度为140℃条件下干燥6h，得到所述改性纤维粉末；球磨介质是体积比10：0.06：4.5的乙醇、0.5mol/LHCl和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷组成的混合液。
通过如下方法制备：
S10，所述重量份的五氧化二钒、三氧化二钇、氯化银、麦饭石粉和镍铜合金粉末分别粉碎至300目，然后与所述重量份的改性纤维粉末、纳米氧化铝、纳米氧化铈、酚醛树脂以及聚乙烯蜡在转速为350r/min的转速下搅拌混合20min均匀，得到原料混合物；
S20，S10中原料混合物倒入模具中，先在温度为135℃条件下热压5min，然后在温度为165℃条件下热压15s成型，然后在温度为185℃条件下烘干16h，得到坯料；
其中，坯料含水量为0.6％。
S30，S20中坯料在温度为950℃条件下保温1.5h，然后以10℃/min的速率升温至1350℃，继续保温3h，随炉冷却后，得到所述防腐蚀陶瓷纤维材料。
经测试，本实施例制备的防腐蚀陶瓷纤维材料的体积密度为0.34g/cm3，抗折强度为0.48MPa，耐热温度为1920℃，抗腐蚀率为91.9％。
实施例3
一种防腐蚀陶瓷纤维材料
防腐蚀陶瓷纤维材料原料组成重量份为：改性纤维粉末7.3kg、纳米氧化铝8.9kg、五氧化二钒3.7kg、三氧化二钇1.3kg、纳米氧化铈0.61kg、氯化银0.39kg、麦饭石粉2.6kg、镍铜合金粉末0.79kg、酚醛树脂1.28kg、聚乙烯蜡0.62kg；其中，改性纤维粉末为高硅氧纤维；改性纤维粉末制备方法为：将纤维粉末在球磨机中，以1900r/min的转速球磨4.5h，然后过滤、洗涤，在温度为127℃条件下干燥6h，得到所述改性纤维粉末；球磨介质是体积比10：0.06：3.7的乙醇、0.5mol/LHCl和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷组成的混合液。
通过如下方法制备：
S10，所述重量份的五氧化二钒、三氧化二钇、氯化银、麦饭石粉和镍铜合金粉末分别粉碎至220目，然后与所述重量份的改性纤维粉末、纳米氧化铝、纳米氧化铈、酚醛树脂以及聚乙烯蜡在转速为280r/min的转速下搅拌混合16min均匀，得到原料混合物；
S20，S10中原料混合物倒入模具中，先在温度为128℃条件下热压5min，然后在温度为157℃条件下热压11s成型，然后在温度为169℃条件下烘干13h，得到坯料；
其中，坯料含水量为0.3％。
S30，S20中坯料在温度为870℃条件下保温1.5h，然后以6℃/min的速率升温至1205℃，继续保温3h，随炉冷却后，得到所述防腐蚀陶瓷纤维材料。
经测试，本实施例制备的防腐蚀陶瓷纤维材料的体积密度为0.41g/cm3，抗折强度为0.55MPa，耐热温度为1870℃，抗腐蚀率为92.8％。
实施例4
一种防腐蚀陶瓷纤维材料
防腐蚀陶瓷纤维材料原料组成重量份为：改性纤维粉末10.1kg、纳米氧化铝11.8kg、五氧化二钒4.4kg、三氧化二钇1.4kg、纳米氧化铈0.73kg、氯化银0.61kg、麦饭石粉4.4kg、镍铜合金粉末0.84kg、酚醛树脂1.41kg、聚乙烯蜡0.85kg；其中，改性纤维粉末为硅酸铝纤维；改性纤维粉末制备方法为：将纤维粉末在球磨机中，以2300r/min的转速球磨5.5h，然后过滤、洗涤，在温度为136℃条件下干燥5h，得到所述改性纤维粉末；球磨介质是体积比10：0.06：4.2的乙醇、0.5mol/LHCl和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷组成的混合液。
通过如下方法制备：
S10，所述重量份的五氧化二钒、三氧化二钇、氯化银、麦饭石粉和镍铜合金粉末分别粉碎至280目，然后与所述重量份的改性纤维粉末、纳米氧化铝、纳米氧化铈、酚醛树脂以及聚乙烯蜡在转速为330r/min的转速下搅拌混合19min均匀，得到原料混合物；
S20，S10中原料混合物倒入模具中，先在温度为132℃条件下热压3min，然后在温度为162℃条件下热压14s成型，然后在温度为182℃条件下烘干15h，得到坯料；
其中，坯料含水量为0.5％。
S30，S20中坯料在温度为930℃条件下保温1h，然后以8℃/min的速率升温至1310℃，继续保温2.5h，随炉冷却后，得到所述防腐蚀陶瓷纤维材料。
经测试，本实施例制备的防腐蚀陶瓷纤维材料的体积密度为0.39g/cm3，抗折强度为0.48MPa，耐热温度为1960℃，抗腐蚀率为94.1％。
实施例5
一种防腐蚀陶瓷纤维材料
防腐蚀陶瓷纤维材料原料组成重量份为：改性纤维粉末8.2kg、纳米氧化铝9.6kg、五氧化二钒4.1kg、三氧化二钇1.3kg、纳米氧化铈0.66kg、氯化银0.52kg、麦饭石粉3.7kg、镍铜合金粉末0.80kg、酚醛树脂1.34kg、聚乙烯蜡0.72kg；其中，改性纤维粉末为氧化锆纤维；改性纤维粉末制备方法为：将纤维粉末在球磨机中，以2100r/min的转速球磨5.0h，然后过滤、洗涤，在温度为130℃条件下干燥5.5h，得到所述改性纤维粉末；球磨介质是体积比10：0.06：4.1的乙醇、0.5mol/LHCl和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷组成的混合液。
通过如下方法制备：
S10，所述重量份的五氧化二钒、三氧化二钇、氯化银、麦饭石粉和镍铜合金粉末分别粉碎至250目，然后与所述重量份的改性纤维粉末、纳米氧化铝、纳米氧化铈、酚醛树脂以及聚乙烯蜡在转速为300r/min的转速下搅拌混合17min均匀，得到原料混合物；
S20，S10中原料混合物倒入模具中，先在温度为131℃条件下热压4min，然后在温度为161℃条件下热压12s成型，然后在温度为175℃条件下烘干14h，得到坯料；
其中，坯料含水量为0.4％。
S30，S20中坯料在温度为910℃条件下保温1.2h，然后以7℃/min的速率升温至1250℃，继续保温2.8h，随炉冷却后，得到所述防腐蚀陶瓷纤维材料。
经测试，本实施例制备的防腐蚀陶瓷纤维材料的体积密度为0.42g/cm3，抗折强度为0.46MPa，耐热温度为1740℃，抗腐蚀率为93.0％。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防腐蚀陶瓷纤维材料，其特征是，所述防腐蚀陶瓷纤维材料由改性纤维粉末、纳米氧化铝、五氧化二钒、三氧化二钇、纳米氧化铈、氯化银、麦饭石粉、镍铜合金粉末、酚醛树脂、聚乙烯蜡制备而成。
2.如权利要求1所述的防腐蚀陶瓷纤维材料，其特征是，所述改性纤维粉末为硅酸铝纤维、氧化锆纤维、高硅氧纤维中的任一种。
3.如权利要求1所述的防腐蚀陶瓷纤维材料，其特征是，所述改性纤维粉末制备方法为：将纤维粉末在球磨机中，以1500r/min～2500r/min的转速球磨3.5h～6.5h，然后过滤、洗涤，在温度为120℃～140℃条件下干燥5h～6h，得到所述改性纤维粉末。
4.如权利要求3所述的防腐蚀陶瓷纤维材料，其特征是，所述球磨介质是体积比10：0.06：3.5～4.5的乙醇、0.5mol/LHCl和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷组成的混合液。
5.如权利要求1所述的防腐蚀陶瓷纤维材料，其特征是，所述防腐蚀陶瓷纤维材料原料组成重量份为：改性纤维粉末6.5份～10.5份、纳米氧化铝8.2份～12.2份、五氧化二钒3.5份～4.6份、三氧化二钇1.2份～1.5份、纳米氧化铈0.56份～0.75份、氯化银0.35份～0.65份、麦饭石粉2.2份～4.6份、镍铜合金粉末0.75份～0.88份、酚醛树脂1.23份～1.45份、聚乙烯蜡0.56份～0.89份。
6.一种如权利要求1～5中任一项所述的防腐蚀陶瓷纤维材料的制备方法，其特征是，制备步骤如下：
S10，所述重量份的五氧化二钒、三氧化二钇、氯化银、麦饭石粉和镍铜合金粉末分别粉碎至200目～300目，然后与所述重量份的改性纤维粉末、纳米氧化铝、纳米氧化铈、酚醛树脂以及聚乙烯蜡混合均匀，得到原料混合物；
S20，S10中原料混合物倒入模具中，经热压成型，然后在温度为165℃～185℃条件下烘干12h～16h，得到坯料；
S30，S20中坯料在温度为850℃～950℃条件下保温1h～1.5h，然后升温至1150℃～1350℃，继续保温2.5h～3h，随炉冷却后，得到所述防腐蚀陶瓷纤维材料。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征是，S10中，所述混合具体为：在转速为250r/min～350r/min的转速下搅拌混合15min～20min。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征是，S20中，所述热压成型过程中，首先在温度为125℃～135℃条件下热压3min～5min，然后在温度为155℃～165℃条件下热压10s～15s。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征是，S20中，所述坯料含水量为0.2％～0.6％。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征是，S30中，所述升温速率为5℃/min～10℃/min。
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