CN1120814C - 含Al2O3的有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有高纺织、象棉花和体积大特性的含Al2O3的耐高温基于二氧化硅的玻璃纤维纱条。本发明也涉及所述玻璃纱条的玻璃短纤维产品及它们的应用。特别是经选择性的酸提取获得了织物特性和耐高温性。本发明的玻璃纱条组成特别含有作为主成分的SiO2和作为辅助成分的1-5%(重量)的Al2O3。
Description
本发明涉及一种基于二氧化硅的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,同样的玻璃纤维纱条的产品及这些产品用途。
根据各种工艺生产以无机纤维为主要成分的纺织产品长期以来已经广为人知(Ullmanns Enzyklopdie der technischen Chemie,Bd.11,VerlagChemie,Weinheim,1989)。目前同样产品的生产使用以二氧化硅或石英玻璃为主要成分的SiO2纤维,区别之处在于单纤维被制成长丝(具有无限长度和规定的横截面的单纤维丝)和人造短纤维(具有有限长度和规定的横截面的纤维)(Z.Ges.Textilind.69,839(1967),德国专利DE4240354)的初级形式。
在德国专利号42 40 354中,公开了线型纺织纤维产品-纱条(人造短纤维条)是生产适合于加工成后续产品如平织织物或针织织物的短纤维纱和加捻纱的原料。根据该专利说明书,公开了一种二氧化硅纱条,是由长50-1000mm的二氧化硅人造短纤维组成的,并且其特征在于单纤维强度为20-50cN/tex,纱条粘附力2-20N,纱条细度50-2000tex。这种纺织纤维产品是通过三步工艺得到的,结合了苏打水玻璃纤维长丝纱的干法纺丝,根据拉丝烘筒工艺形成苏打水玻璃纤维纱条和在后处理部分转化成二氧化硅纱条。因此,这是基于苏打水玻璃纤维溶液并仅含有各种比例的SiO2和Na2O。使用以这种方式生产的含硅纱条来生产相应的短纤维纱和加捻纱、绳和针织和交织的织物,要求保护大于400-500℃的应用温度。然而无法提供关于这种含硅纱条在温度为1000℃附近时的性能资料。而且在市场上也不提供这种物质。
长期以来就知道的还有根据拉丝烘筒工艺生产玻璃纤维纱条(德国已审查专利1270748,德国专利1199935,德国公开专利19505618)。在这些方法中,熔融玻璃纤维从位于熔融端底部的纺丝喷嘴中射出。随后经过转鼓拉出初级玻璃长丝,同时长丝在气流的支持下通过平整器分裂成纤维长度不一致的玻璃纤维,并传送到与鼓轮并联的装置中来生产纤维锭带。本方面的玻璃纤维纱条的强度和紧密组织直接取决于拉丝的速度。通常,在生产纱条材料的过程中还可加入纺织品加工助剂(如上浆剂)。然而由于玻璃纤维中含有的成分,这种玻璃纤维纱条不适于在温度超过300-400℃下使用。
已经着手进行了大量实验对玻璃纤维进行酸处理以增强其温度稳定性,去除玻璃成分(边界-形成物质)和部分去除网络改性剂(GB976565,EP236735,GB933821,GB2094363,US2718461,US1491761,US4778499)。在这些已知工艺中,对单根纤维(长丝)意义上的玻璃纤维、对如席、毡、疏松材料等纤维在其中无规则存在(无规取向)的玻璃纤维体、或对以玻璃纤维长丝为主要成分的特殊的纺织品后处理产品如平纱或平织织物进行酸处理。尽管可能会增加经过如此处理的纤维和产品的热强度,但其机械性能(纤维强度、弹性等)大幅度下降,以致不可能加工成各种纺织品后续产品。因而象这样的物质主要用于生产具有高比重的平织织物(比照德国专利4240354)。由于这个原因,试图在追加工序的帮助下通过向酸处理玻璃纤维上提供特殊的涂层(EP236735)或还掺入其他物质如有机纺织纤维(DE-OS4221001)来确保纺织加工。这些复杂措施在某种程度上改进了机械性能,但并没有改进这些纤维材料的纺织性能。至今还没有成功地得到具有棉纱那样典型的性能的纤维材料。此外,通过加热这些已知的纤维,释放掉对健康部分有害的有机组分。所有已知的使用温度超过400-500℃的工业用纺织品的生产不可能实现,这是因为这些材料不可能形成相应的较大体积的纱条。
为了可能在约1000℃的高温范围内用作纺织纤维产品,除名为含硅纱条和二氧化硅玻璃纤维外,以前还曾提出过以长丝(SiO2-含量超过90%)为主要成分的纯纱,其生产从熔融石英材料(温度超过2000℃)开始并且成本巨大。为了使它们体积更大和更松散,通常要对这些纯纱进行一种复杂和高成本的工序,即织构化工艺。设计织构化工艺是为了使通过进料设备供给喷嘴的丝状玻璃长丝通过冷空气(鼓风法)混合。通过这一工艺,并不等于可能获得具有如本发明高纺织性的想得到的松散和较大体积的纤维,与具有典型的玻璃特性(纤维脆性、皮肤刺激性等)的纤维材料相比,该纤维基本上与棉纱纤维有更多的共同点。因此,先验地推断出,从这些膨松的纯纱获得的可能的各种纺织后续产品就受到限制。现有技术(DE-OS19505618)公开的生产具有膨松效果的玻璃人造短纤维丝的尝试,在本文不能作为一种供选择的方法,因为所使用的C玻璃纺丝一方面必须再用另外的连续长丝处理,另一方面不适合于在高温下(400-约1100℃)使用。
因此,在现有技术中已知的以无机纤维为主要成分的材料不满足下面的标准:
高纺织纤维特性(棉纱特性,即,松散、膨松、体积较大的结构、高空气保留能力、与翼锭棉粗纱类似、与皮肤接触感觉舒适、无皮肤刺激性、无纤维脆性)
酸处理后机械特性obtention或改善。
直接生产各种纺织后续产品;对工业用纺织品没有限制,但在纺织工业中使用更合理
对于生产多样化的纺织后续产品不需额外的材料和措施(织构化、涂敷等)
在持续温度大于400℃下有足够的热强度
在加热时没有有机成分释放,对健康无危害
本发明的目的是制备一种作为纺织品含Al2O3的耐高温玻璃纤维纱条,该纱条是一种适合于作为生产迄今为止已知的所有纺织后续产品的起始产物的高性能纤维材料。这种织物高性能纤维能把有平织物纤维或天然织物的特有优点与无平织物纤维的特有优点结合起来,产生复合性能产品(“无机棉纱”)。与棉纱纤维类似,根据本发明的纤维材料的高织物特性的特征在于其开放、皱缩、卷曲的结构和高体积度和膨松度。在织物生产工艺中,新无机材料允许象棉纱纤维一样进行进一步处理,但就不必加入更多的材料、织物处理辅剂、粘合剂等。新玻璃纱条使自己不需额外的处理阶段(涂敷措施、织构化等),直接处理成人造短纤维纱、加捻纱和具有高纺织特性的工业织物。在制造和使用根据本发明的玻璃纱条过程中,只会引起微不足道的比例的灰尘。与棉纱纤维相比,含Al2O3的玻璃纱条的特征还在于显著提高了机械特性和极大增强的热稳定性。根据本发明的高纺织纤维材料不含有任何有机溶剂,这样在加热时就没有有机溶剂释放出来。纤维材料呈现高的反玻璃化抗性,耐大多数的化学试剂(除了磷酸、氢氟酸以及强碱)和皮肤更相容,对健康无危害。
要生产的含Al2O3的玻璃纱条,代表一种有机和无平织物纤维(“无机棉纱”)特性的组合物,可以被加工成任何迄今为止已知的纺织后续产品,也适合于在400到约1100℃的温度下使用。
通过根据权利要求1的一种含Al2O3的耐高温玻璃纱条,根据权利要求14的耐高温人造玻璃短纤维产品,和根据权利要求16到17的同样玻璃纱条的使用达到这一目的。
本发明的玻璃纱条,尤其是含硅纱条,表现出高的纺织特性,其在类似棉纱的特性和/或增加的体积度上表现得很明显。
尤其是,将合适的纱条经酸提取获得根据本发明的玻璃纱条,所得的含Al2O3的耐高温玻璃纤维纱条产生非常高的纺织特性。
权利要求3到5的主题内容是经酸处理后得到的含Al2O3的耐高温玻璃纤维纱条特别有利的化学组合物。
权利要求6到8特别关于一种类似织物高性能纤维材料的有利特性。
在权利要求9到13,进一步详细说明了生产本发明的玻璃纱条的优选条件。
根据本发明,从生产耐高温玻璃纤维的配方(GB976565,GB1121046)开始,玻璃纱条优选经酸提取。此处的玻璃纱条,例如,具有下面的组成:70-75%(重量)SiO2,15-25%(重量)Na2O和/或K2O,以及1到5%(重量)Al2O3,还可以含低重量比例(达5%)的其它可能的成分。这时令人惊奇地发现,通过适当结合纱条/酸处理所得到的含Al2O3的玻璃纱条产生特别高的纺织特性,这样就可以生产一种棉纱型的高纺织特性的纤维(“无机棉纱”)。考虑到纺织特性和高纤维强度,Al2O3的含量优选在1和5%(重量)之间。低重量比例的其可能的成分,例如CaO、TiO2、MgO、Fe2O3、B2O3或痕量的其它成分,不仅不损害纺织纤维特性,甚至可能还改善机械特性。
优选地,本发明的基于二氧化硅的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,可以通过可选在可溶性硅氧烷存在下,用一种有机酸或无机酸提取玻璃纱条获得,其特征在于它含有下列特定质量比例的成分:85到99%(重量)SiO2,1到5%(重量)Al2O3,0到10%(重量)Na2O和/或K2O,0到3%(重量)CaO,0到2%(重量)MgO,0到2%(重量)B2O3,0到1%(重量)TiO2,0到1%(重量)的氧化铁,尤其是Fe2O3,0到1%(重量)ZrO2,0到0.5%(重量)BaO,0到0.5%(重量)PbO,0到0.5%(重量)ZnO,0到0.5%(重量)Cr2O3和0到0.5%(重量)F。
更优选地,本发明的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于它含有下列特定质量比例的成分:90到98%(重量)SiO2,2到5%(重量)Al2O3,0到3%(重量)Na2O和/或K2O,0到1%(重量)CaO,0到1%(重量)MgO,0到1%(重量)的氧化铁,尤其是Fe2O3和0到1%(重量)TiO2。
更优选地,本发明的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于基于所述指定成分的总量它含有下列特定质量比例的成分:95到98%(重量)SiO2,2到5%(重量)Al2O3,0到1%(重量)Na2O和/或K2O。
更优选地,本发明的基于二氧化硅的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于它含有下列特定质量比例的成分:95到99%(重量)SiO2,1到5%(重量)Al2O3,0到1%(重量)Na2O和/或K2O,0到3%(重量)CaO,0到1%(重量)Fe2O3,0到1%(重量)TiO2和0到1%(重量)MgO。
通过试验证实,如果含70-75%(重量)SiO2,15-25%(重量)Na2O和/或K2O,以及1到5%(重量)Al2O3的玻璃纱条经受含有可溶的硅氧烷0.1到5%,优选1到2%的酸浴处理,可以获得特别有利的纺织特性。在所有的情况下,优选用Na2O作为碱金属氧化物。与已知的处理工艺,例如GB专利976565说明书公开的相反,酸处理不必使Al2O3的部分除去或甚至全部去除,因为后者对玻璃纱条的高纺织性能特性和优良的机械特性有决定性的贡献。
对于酸提取,可以使用无机和有机酸。如果使用无机酸硫酸、硝酸、磷酸或优选的盐酸,最好在下面条件下适当进行酸提取:温度范围从30到90℃,优选40到60℃、提取时间2到12小时,优选10到12小时,酸浓度1到30%,优选15到20%,使用的玻璃纤维材料对酸介质的体积数量比等于1/2.1到1/40,优选1/4到1/15。
如果使用有机酸例如甲酸、乙酸或草酸,方便的使用温度是30℃到有机酸的沸点之间,优选50到90℃、提取时间2到12小时,优选10到12小时,甲酸和乙酸的酸浓度为1到80%,草酸的酸浓度为1到30%,使用的玻璃纤维材料对酸介质的体积数量比等于1/2.1到1/40。
随后用水清洗可以在15到120℃,优选15到20℃的范围,以及任选压力下进行。假如使用醇类例如甲醇或乙醇和盐溶液作为清洗介质,优选在15到60℃的温度。随后的干燥最好在40到150℃,优选在50到130℃的温度下进行。可以选择随后在300-1000℃进行退火。
不管是在酸处理工艺还是在清洗工艺中,都可以使用静止或甚至搅拌的介质。使用线圈型的纱条很适合。
在干燥工艺中,根据含Al2O3的玻璃纱条的湿度可以使用任何常规的干燥方法和设备。往往,建议一个预干燥阶段,例如,借助于加压空气通过进行离心或压离。对于成功地干燥本发明的玻璃纱条来说,实行间歇还是连续干燥方法是不重要的。
与酸处理玻璃纱条的已知现有技术相比,酸提取的含Al2O3的玻璃纱条的机械强度和纺织特性没有降低。由于选择性的酸提取,确保获得一个最大可能的纤维强度,而已经观察到有一部分强度有惊人的增加。可能立即并不再需要任何所需的材料和措施把织物加工成任何已知的纺织后续产品例如定长短纤维纱、加捻纱和工业织物,而且灰尘污染也不显著。本发明的纱条材料的织物加工可以不需添加任何织物处理助剂、额外的材料(玻璃长丝、不锈钢长丝等)、粘合剂等而实现。然而,在需要的情况下,也可以加入少量纺织辅剂(尤其是抗静电添加剂)。本发明“无机棉花”的另一个优点是因为酸提取它完全没有有机成分,这样当加热到1100℃,没有有机成分释放出。把在传统无机纤维材料(例如玻璃纤维材料)可以观察的织物上浆剂燃烧掉,这样就在本发明含Al2O3的玻璃纱条不能观察到了。由于在下面有一层纤维横截面(6到15μm,优选7到10μm),这些纤维材料不具有致癌的潜在危险(非呼吸性的),这样就可以排除对健康的危害。
因此,本发明提供了一种基于二氧化硅的耐高温、含Al2O3的具有高纺织特性的玻璃纱条,以一种理想的方式把有机和无平织物纤维的优点结合起来。不需要任何复杂的和成本较高的处理步骤,尤其是织构化步骤,就能获得具有开放、松散、蓬松的结构的纱条材料,这种结构在棉纱纤维中也有呈现。但即使通过现有技术材料的织构化工艺,也不可能获得类似的、松散的,由于其高膨松度和体积度能够储存大量空气并因此具有优良的绝缘性能的蓬松织物纤维产品。另外,本发明的纱条和粗纱翼锭表现出明显的类似性(光学外观、与皮肤接触有良好的感觉)。因此通过酸提取消除了典型的玻璃特性(例如,纤维脆性、导致皮肤刺激性、或与皮肤接触有不适感、低体积度和高固有重量(纯纱))。本发明的含Al2O3的玻璃纱条既获得棉纱纤维的特点,又呈现出无平织物纤维的有利特点。除了纤维强度充分增加外,通过酸提取该材料的温度稳定性进一步增加至可以在达1100℃的温度下使用。即使在这么高的温度下,纱条始终显示出相当高的残余强度。另外,它还表现出高的反玻璃化抗性:在1075℃,只是在24小时才观察到α-方晶石的形成。与棉纱纤维相比,基于二氧化硅的新的玻璃纱条的特征在于吸水性明显降低(<0.5%,棉纱约是8%)。由于有游离的Si-OH基,还存在高的吸收能力。这一反应性表面就使它能进行额外的离子交换和修饰反应。而且,通过相应地选择在酸浴中的条件,甚至可以实现精心调节含Al2O3的玻璃纱条中的空隙率(比表面积:2-20m2/g,比孔隙度:10-25mm3/g,比孔表面积:在纤维横截面从9.5到11μm为5-15m2/g)。
优选地,本发明的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于单根纤维的强度是2到50cN/tex,优选10到30cN/tex。
优选地,所述的酸提取在压力和/或用水、醇类或盐溶液清洗和/或干燥和可选的退火下进行。
具有高纺织特性的含Al2O3的、耐高温玻璃短纤维产品是权利要求14到15的主题内容。根据本发明使用纱条材料和定长短纤维纱、加捻的纱和工业用织物,以及从它们产生的松散定长短纤维纱,是权利要求15的主题内容。这些产品对于在大于400℃的温度下使用尤其有用。
根据本发明的玻璃纱条由短纤维组成,该短纤维的短纤长度在50到1000mm之间,并可以在细度100到200特克斯之间生产。细度达约150特克斯的棉纱可以例如直接用作生产针织玻璃纤维织物的纬纱长丝。在传统的并丝捻线机上有可能从这一纱条材料获得基于二氧化硅上午玻璃短纤维纱,该短纤维纱可以应用为生产平织或针织玻璃纤维织物例如,在平织玻璃织物(以卷起产品的形式)、平织织物带、玻璃纤维绳、软管和包装(圆或四方形的)中的包装或填充线。由于与棉翼锭粗纱类似,缠绕在绕线筒的纱条最好直接输送到纺纱并丝捻线机中。
也就是说,本发明还涉及本发明的基于二氧化硅的含Al2O3的由具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条制备的含Al2O3的耐高温玻璃短纤维产品。该产品选自具有手织织物、接合纤维织物(优选是针孔透气垫)、绳、带、软管、包装物和玻璃纤维纸和玻璃纤维面板(板)、和松散的短纤维形式的玻璃短纤维纱、加捻纱和工业用织物。
如果对于特别的应用情况,需要额外增加强度,有可能在市售的捻丝机上处理玻璃定长短纤维纱,甚至就是根据本发明的玻璃纱条。但是,如果主要关心的是玻璃纤维产品的能达到的最大体积率,那么就用该玻璃纱条作织物处理。由于有象棉纱,体积较大的特性,因此有可能生产低重量的纺织后续产品,这样就达到节省大量的材料,并且按每米或表面积计成本减少。这也可以适用于在常规的工业针织机和缝纫机上生产针织或经纱针织玻璃纤维织物。通常,在纺织机上处理时只观察到微不足道的灰尘污染危害。
含Al2O3的玻璃纱条也可以用来生产粘合的纤维织物的作用。因为有象棉纱的纤维材料的特性,由于相应的织构化工艺可以省略,很容易得到具有低堆积密度(比重<90kg/m3)和高绝缘能力的粘合纤维织物。这也表示每表面单位的材料成本显著节省(与市售粘合纤维织物相比基于织物长丝纱节省达约50%)。含Al2O3的玻璃纱条以切割的形式供应到生产线。连接的纤维织物的连接优选通过绞捻短纤维来进行,采用透过针(有针孔的透气无纺布)方式。为了特别的使用目的,也可以例如通过使用粘合剂进行化学织物粘合。这种纤维无纺布的压缩致密化更开辟了一条生产玻璃纤维面板(板)的途径。也可以进行相应的纤维纸的生产,其中在水中含的Al2O3玻璃短纤维沉积在水可渗透的表面(例如,穿孔的圆网)上。然而,这并不形成一个优选的变型。
由于其耐高温性和其优良的绝缘能力,根据本发明含Al2O3的玻璃纱条和纺织后续产品更适合于作为热绝缘材料,尤其应用在熔炉、燃烧室、锅炉、气体导管中,应用于高温密封设备和高温绝缘,在建筑工业中作为绝缘和隔音材料,用于防火,汽车工业中的隔声和隔热(例如,在发动机、制动衬片、催化转炉、电缆涂层、排气管和消声器范围中),用于金属处理和化学工业(例如铝熔炉的热屏蔽),用于电器或家用电器,用于排气和过滤技术(例如煤烟和灰尘的尾气纯化,热气过滤、高性能过滤器),用于医学技术(例如电缆保护、织物-管过滤器、修复设备),在电站中作为蓄压器隔板和补偿器(例如,燃气轮机、锅炉和废物焚化设备),用于管子、管道和电导线的绝缘,用于造船业,用于生产各种热屏蔽板于航空和航天发动机中以及作为石棉和陶瓷纤维替代品。
然而,本发明的织物纤维产品成功地用作增强材料,用于合成材料(例如用于船舶制造、罐、容器和建筑设备,用作主动齿轮),用作材料增强(例如,在融化工艺中通过媒介物结合进金属基质,尤其是Al基质中),用作织物和特殊目的的织物的衬里,用作沥青的载体和石膏、水泥、纸(例如,纤维壁纸)和橡胶的增强。
下面的例子能进一步解释本发明。
实施例1
将550g酸提取的组成为94.2%(重量)SiO2、1.1%(重量)Na2O、4.6%(重量)Al2O3和痕量的其它成分的细度430特克斯的含Al2O3的玻璃纱条(纱条1,用在可溶的硅氧烷化合物(3%)中的15%浓度的盐酸提取,温度55℃,提取时间10小时,使用的纤维材料/酸介质的量比率是1/2.5),经2个压辊卷绕到一条170mm长圆柱形的织物纱管上。牵伸速度是120m/min。在类似条件下将一条C玻璃型玻璃纱条(纱条2,细度也是430特克斯,组成为70.2%(重量)SiO2、15.7%(重量)Na2O、3.5%(重量)Al2O3、5.0%(重量)CaO、3.1%(重量)MgO、2.0%(重量)BaO和痕量的其它成分)也卷饶到同样的纱管上。在相同条件下前面进行的酸处理仅仅导致化学组成轻微变化(碱金属含量降低0.3%),因此不会增强热稳定性。在缠绕过程中测定了这两条纱条(分别为未经过处理的和经过酸提取过的)的纱条强度(未加捻的100mm长的部分)、磨损和长丝断裂(纤维带断裂)的数量。
结果:
纱条1(未处理) | 纱条2(未处理) |
纱条强度:4.52cN/tex | 纱条强度:4.11cN/tex |
在缠绕过程中的磨损:0.01% | 在缠绕过程中的磨损:0% |
在缠绕过程中的断裂:0 | 在缠绕过程中的断裂:0 |
纱条1(酸提取) | 纱条1(酸提取) |
纱条强度:4.47cN/tex | 纱条强度:4.10cN/tex |
在缠绕过程中的磨损:0.01% | 在缠绕过程中的磨损:0.01% |
在缠绕过程中的断裂:0 | 在缠绕过程中的断裂:0 |
温度稳定性:至少1020℃ | 温度稳定性:最大400℃ |
实施例2
用盐酸将含Al2O3的玻璃纱条(细度630特克斯,纱条强度4.55cN/tex,组成:SiO274.8%、Na2O17.5%、K2O1.0%, Al2O32.2%、CaO1.7%,MgO1.1%,B2O30.9%、TiO20.3%和痕量的其它成分)经无机酸提取。这时在500-ml PTFE容器中将50g纱条(纤维横截面7μm)在300ml可溶的硅氧烷化合物(1.5%)中的20%浓度的盐酸中,温度55℃下提取12小时。在随后10分钟的沥干阶段,用冷水清洗纱条6次(温度18℃)。随后将提取和清洗的纱条材料在55℃下干燥12小时。然后,就得到高纺织特性、象棉花的、含Al2O3的玻璃纱条,呈现出下面的组成:
SiO2: 94.7%(重量)
Na2O: 0.6%(重量)
Al2O3: 2.5%(重量)
CaO: 0.9%(重量)
MgO: 0.7%(重量)
B2O3: 0.4%(重量)
TiO2: 0.1%(重量)
以这种方式生产的,具有棉纱型的体积大的特性的纱条材料在至少高达1000℃呈现出连续温度稳定性。经酸处理后的纱条强度是4.42cN/tex。随后在900℃处理24小时后,仍然获得32%的残余强度。在这种情况下,没有观察到α-方晶石的形成。
实施例3
为了表征本发明的象棉花的、体积大特点的含Al2O3的玻璃纱条,测定了未处理的和酸提取的材料在未压缩和压缩的条件下的体积密度(如短纤维,5mm)并估计其中的相对孔隙体积。另外,表示出了在室温下获得的热传导测定结果。实验结果与在类似条件下的非耐高温、C玻璃型玻璃纱条(组成见实施例1)测定的实验数据一致。酸提取的参数和随后的处理与实施例2的对应。
材料 | 体积密度(没有压缩的)[kg/m3] | 体积密度(用20.21N的力压缩)[kg/m3] | 相对空隙体积(相对于未处理的玻璃纱条) | 热传导(25℃体积密度50kg/m3)[W/mK] |
玻璃纱条,未处理 | 35.5 | 23.0 | 100 | 0.059 |
含Al2O3的玻璃纱条,酸处理 | 35.6 | 24.9 | 108 | |
C玻璃型玻璃纱条,未处理 | 67.1 | 35.0 | 81 | |
C玻璃型玻璃纱条,酸处理 | 48.8 | 29.6 | 94 | 0.061 |
实施例4
用盐酸将含Al2O3的基于二氧化硅的旋转线卷型的玻璃纱条(细度660特克斯,纱条强度5.35cN/tex,组成:SiO274.8%、Na2O17.5%、K2O1.0%,Al2O32.2%、CaO1.7%,MgO1.1%,B2O30.9%、TiO20.3%和痕量的其它成分)经无机酸提取。在3500-ml PTFE容器中将纱条材料(纤维横截面7μm)在3000ml 18%浓度的盐酸,温度58℃下提取10小时。随后在相同的容器中用20℃冷水清洗提取的织物纤维产品6次。随后将提取和清洗的玻璃纱条在75℃下干燥12小时。然后,就得到高纺织特性、象棉花的、含Al2O3的玻璃纱条,呈现出下面的组成:
SiO2: 96.1%(重量)
Na2O: 0.1%(重量)
Al2O3: 3.7%(重量)
毋需说明,还含有作为杂质的痕量其它成分。同未处理的玻璃纤维产品相比,质量比损耗达到15.1%。以这种方式生产的,具有棉纱型蓬松度的纱条在至少高达1050℃呈现出连续温度稳定性。经酸处理后,纱条强度增加(5.46cN/tex)。在1050℃处理30小时后残余强度是42%。然后将生产和处理的纱条材料纺在一个常规的环锭细纱机上(牵伸速度是150m/min)纺丝。在加工中产生的磨损低的微不足道(<0.01%)。在这一处理步骤中没有记录到长丝断裂。
实施例5
用甲酸将位于170mm长圆柱型纺织纱管上的基于二氧化硅的玻璃纱条(细度420特克斯,纱条强度4.11cN/tex)经无机酸提取。在3500-mlPTFE容器中将纱条(纤维横截面9μm)在3000ml溶于可溶性的硅氧烷(2%)中的30%浓度的甲酸,温度60℃下提取12小时。随后在一个有冷水(温度18℃)的PTFE容器中将提取的织物纤维产品浸渍清洗。随后将提取和清洗的玻璃纱条在115℃下干燥8小时。同未处理的玻璃纱条相比,质量比损耗达到13.3%,相关的比提取度是96%。处理后,就得到高纺织特性、象棉花的、大体积的、含Al2O3的玻璃纱条,呈现出下面的组成:
SiO2: 94.4%(重量)
Na2O: 0.9%(重量)
Al2O3: 4.3%(重量)
CaO: 0.2%(重量)
MgO: 0.1%(重量)
经酸处理后,纱条强度是3.79cN/tex。含Al2O3的高纺织特性的纱条在至少高达950℃呈现出连续温度稳定性。在这一温度回火24小时后,仍然记录到28%的残余强度。
Claims (28)
1.一种基于二氧化硅的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,可通过酸提取玻璃纱条获得,具有如下组分:
70-75%(重量)SiO2
15-25%(重量)Na2O和/或K2O
1到5%(重量)Al2O3
和最大可达5%(重量)的其它可能的成分。
2.根据权利要求1所述的基于二氧化硅的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,可以通过可选在可溶性硅氧烷存在下,用一种有机酸或无机酸提取玻璃纱条获得,其特征在于它含有下列特定质量比例的成分:
85到99%(重量)SiO2
1到5%(重量)Al2O3
0到10%(重量)Na2O和/或K2O
0到3%(重量)CaO
0到2%(重量)MgO
0到2%(重量)B2O3
0到1%(重量)TiO2
0到1%(重量)的氧化铁
0到1%(重量)ZrO2
0到0.5%(重量)BaO
0到0.5%(重量)PbO
0到0.5%(重量)ZnO
0到0.5%(重量)Cr2O3和
0到0.5%(重量)F。
3.根据权利要求2所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于所述的氧化铁是Fe2O3。
4.根据权利要求2所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于它含有下列特定质量比例的成分:
90到98%(重量)SiO2
2到5%(重量)Al2O3
0到3%(重量)Na2O和/或K2O
0到1%(重量)CaO
0到1%(重量)MgO
0到1%(重量)的氧化铁和
0到1%(重量)TiO2。
5.根据权利要求4所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于所述的氧化铁是Fe2O3。
6.根据权利要求2或4所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于基于所述指定成分的总量它含有下列特定质量比例的成分:
95到98%(重量)SiO2
2到5%(重量)Al2O3
0到1%(重量)Na2O和/或K2O。
7.根据权利要求2或3所述的基于二氧化硅的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于它含有下列特定质量比例的成分:
95到99%(重量)SiO2
1到5%(重量)Al2O3
0到1%(重量)Na2O和/或K2O
0到3%(重量)CaO
0到1%(重量)Fe2O3
0到1%(重量)TiO2和
0到1%(重量)MgO。
8.根据权利要求1到7中任何一项所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于其纤维横截面是6到15μm。
9.根据权利要求8所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于其纤维横截面是7到10μm。
10.根据权利要求1到9任何一项所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于它由纤维长度在50到1000mm之间的短纤维组成和细度在100到200特克斯之间。
11.根据权利要求1到9任何一项所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于单根纤维的强度是2到50cN/tex。
12.根据权利要求11所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于单根纤维的强度是10到30cN/tex。
13.根据权利要求2到10中任何一项所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于所述的酸提取在压力和/或用水、醇类或盐溶液清洗和/或干燥和可选的退火下进行。
14.根据权利要求2到12中任何一项所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于所述无机酸是硫酸、硝酸、磷酸或盐酸。
15.根据权利要求14所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于所述无机酸是盐酸。
16.根据权利要求14所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于采用如下条件进行酸提取:
温度范围:30-90℃
浓度范围:1-30%
酸提取时间:2-12小时和使用的玻璃纤维材料对酸介质的体积数量比等于1/2.1到1/40。
17.根据权利要求2到12中任何一项所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于所述酸是有机酸。
18.根据权利要求17所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于所述的有机酸是甲酸、乙酸或草酸。
19.根据权利要求17所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于在下面条件下适当进行酸提取:
温度范围:从30到有机酸的沸点之间
浓度范围:1-80%,对草酸是1到30%
酸提取时间:2-12小时和使用的玻璃纤维材料对酸介质的体积数量比等于1/2.1到1/40。
20.根据权利要求13到19中任何一项所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于清洗可以任选在压力下用水在15到120℃进行,或使用醇类,和温度在15到60℃的盐溶液进行。
21.根据权利要求20所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于所使用的醇类是甲醇或乙醇。
22.根据权利要求13到21中任何一项所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条,其特征在于干燥在40到150℃的温度下进行,可以选择随后在300-1000℃进行退火。
23.根据权利要求1到22中任何一项所述的基于二氧化硅的含Al2O3的由具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条制备的含Al2O3的耐高温玻璃短纤维产品。
24.根据权利要求23所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃短纤维产品,其特征在于它选自具有手织织物、接合纤维织物、绳、带、软管、包装物和玻璃纤维纸和玻璃纤维面板(板)、和松散的短纤维形式的玻璃短纤维纱、加捻纱和工业用织物。
25.根据权利要求24所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃短纤维产品,其特征在于它是针孔透气垫。
26.根据权利要求1到22任何一项所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条或根据权利要求23-25中任何一项所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃短纤维产品的用途,是用作热绝缘材料,应用于高温密封设备和高温绝缘,在建筑工业中作为绝缘和隔音材料,用于防火,汽车工业中的隔声和隔热,用于金属处理和化学工业,用于电器或家用电器,用于排气和过滤技术,用于医学技术,在电站中作为蓄压器隔板和补偿器,用于管子、管道和电导线的绝缘,用于造船业,用于航空和航天技术生产各种热屏蔽板,以及作为石棉和陶瓷纤维替代品。
27.根据权利要求26所述的用途,应用在熔炉、燃烧室、锅炉、气体导管中。
28.根据权利要求1到22任何一项所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维纱条或根据权利要求23-25中任何一项所述的含Al2O3的具有高纺织性的耐高温玻璃纤维产品的用途,用作合成材料的增强材料,用于材料增强,用作织物和特殊目的的织物的衬里,用作沥青的载体和石膏、水泥、纸和橡胶的增强。
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