CN112553961A - 一种新型耐温隔热矿物纤维纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及耐温隔热技术领域，尤其是涉及一种新型耐温隔热矿物纤维纸及其制备方法。包括以下原料制成：矿物纤维和氟聚合物，所述氟聚合物为聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙烯(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯的聚合物(PFA)中的一种。矿物纤维采用经过喷吹工艺得到的硅铝酸纤维或氧化铝纤维。本发明采用氟聚合物代替传统矿物纤维纸中的有机胶黏剂，使得矿物纤维纸持续耐温性能得到了显著提高。有效的解决了市售普通硅酸铝纤维纸只能在200℃以下工况温度使用的缺点，在耐温隔热领域应用更加广泛，持续耐温性能显著提高到了400℃以上，甚至短时极限温度可达500℃以上。

Description

一种新型耐温隔热矿物纤维纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐温隔热技术领域，尤其是涉及一种新型耐温隔热矿物纤维纸及其制备方法。

背景技术

矿物纤维在世界上分布极广，种类繁多，如：石棉纤维、海泡石纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、玻璃纤维、石膏纤维、碳纤维等等。其中，硅酸铝纤维作为一种优良的耐高温隔热矿物纤维是由美国最先在上世纪40年代开始研制的。其后，随着各国进一步的完善和发展，用硅酸铝纤维制成的多种产品被广泛应用于航空、航天、化工、机械、冶金等工业领域。

现有市售硅酸铝纤维纸厚度一般在1-10mm之间，具有柔韧性，是由硅酸铝纤维与有机胶粘剂经专用设备制造而成的一种优良的耐温隔热材料。虽然其主要成分硅酸铝纤维可持续耐受1000℃以上的高温，但是与有机胶粘剂结合制成的硅酸铝纤维纸却普遍存在不能持续耐受200℃以上高温的缺点。有机胶粘剂有多种，如聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC) 等，持续耐温不超过200℃，有机、可燃。硅酸铝纤维纸，具有柔韧、抗压和耐折弯等物理性能，但耐温较低，工作温度不超过200℃，目前，只能采用有机胶粘剂(如聚乙烯醇、纤维素等)作为结合剂；另外，硅酸铝纤维还可与无机胶粘剂(如水玻璃Na₂SiO₃、聚合氯化铝AlCl₃)等制成一种硅酸铝纤维板，其虽可耐受900℃以上的高温，但却不具备硅酸铝纤维纸所具有的柔韧、抗压和耐折弯等物理性能，质地硬而脆。实践证明：将有机胶粘剂与无机胶粘剂混合来使用生产硅酸铝纤维纸，也不可取，纸的耐温性能并不会得到提高，反而会使纸变脆、不再柔韧，更不耐折弯。

多年来有机胶粘剂在硅酸铝纤维纸中的应用一直没有更好的替代，应当寻找一种更好的材料来提高硅酸铝纤维纸的耐高温程度。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种新型耐温隔热矿物纤维纸，该矿物纤维纸持续耐温性能显著提高。有效地解决了市售普通硅酸铝纤维纸只能在 200℃以下工况温度使用的缺点，在耐温隔热领域应用更加广泛。本发明的另一目的还提供了一种新型耐温隔热矿物纤维纸的制备方法。

本发明提供的一种新型耐温隔热矿物纤维纸，包括以下原料制成：矿物纤维和氟聚合物，所述氟聚合物为聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙烯(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯的聚合物(PFA)中的一种。

优选地，所述氟聚合物为聚四氟乙烯分散液、聚全氟乙烯分散液、聚偏二氟乙烯分散液、全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯聚合物分散液中的一种。由于纤维纸需要满足厚薄、密度均匀等高质量要求，设备工艺限制无法采用固体状态的氟聚合物制备得到纤维纸。

优选地，所述氟聚合物为聚四氟乙烯水分散液、聚全氟乙烯水分散液、聚偏二氟乙烯水分散液、全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯聚合物水分散液中的一种；更优选地，所述氟聚合物为聚四氟乙烯水分散液。

优选地，所述矿物纤维为硅酸铝纤维(Al₂O₃和SiO₂)或纯氧化铝纤维 (Al₂O₃)；更优选地，所述硅酸铝纤维中的氧化铝(Al₂O₃)的含量在43％以上。其它矿物纤维较粗且品质差，无法制备得到合格的纤维纸，故选用硅酸铝纤维或纯氧化铝纤维。

优选地，所述硅酸铝纤维为采用喷吹工艺制备得到的硅酸铝纤维。硅酸铝纤维的制作方法因用途不同，分为甩丝和喷吹两种工艺，采用喷吹工艺生产的硅酸铝纤维长度适中，并且洁白、细腻，经本发明所述的方法制备后得到的硅酸铝纤维纸在外观和强度等多方面物理性能更佳。因甩丝工艺生产的硅酸铝纤维较粗、并且品质差，无法制备得到合格的硅酸铝纤维纸。

优选地，所述氟聚合物占所述矿物纤维纸的重量分数在5％以上，即制备得到的矿物纤维纸中氟聚合物的重量分数在5％以上；更优选5％-10％，在此范围内，制得的矿物纤维纸耐温隔热性能完全可满足要求，且成本较低。

本发明提供的一种新型耐温隔热矿物纤维纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)将矿物纤维与水混合打浆得到纤维浆，将纤维浆引入配浆池，添加分散剂继续进行打浆，

(2)将浆料转移到贮浆池进行沉淀除渣后，再次将纤维浆转移至高位箱继续充分混合并沉淀除渣，

(3)将步骤(2)得到的纤维浆引入流浆箱，使纤维与浆液深度充分混合，

(4)将充分混合的纤维浆进行抄纸，真空吸滤后，通过浸胶槽进行浸渍，所述浸胶槽中盛有氟聚合物，浸渍后再次进行真空吸滤，

(5)烘干，得到矿物纤维纸。

优选地，步骤(1)中的分散剂为聚丙烯酰胺(APAM)。

优选地，步骤(4)中氟聚合物采用聚四氟乙烯水分散液，所述聚四氟乙烯水分散液为市售固体含量60％的聚四氟乙烯分散液用水稀释7-12倍得到的聚四氟乙烯水分散液，其中聚四氟乙烯占所述矿物纤维纸的重量分数比在5％以上，更优选5％-10％。

优选地，步骤(5)中采用电加热烘干，烘干温度为200-250℃，更为优选地，烘干温度为230℃，烘干的时间由纸的厚度、产量而定，烘干至完全干透没有水分即可。由于聚四氟乙烯的性质特点，采用150-180℃条件烘干，得到的产品的物理强度低，采用200-250℃条件下烘干得到的产品物理强度高，韧性更好。

优选地，包括以下步骤：

(1)将硅酸铝纤维与水混合打浆得到纤维浆，将纤维浆引入配浆池，添加分散剂继续进行打浆，

(2)将浆料转移到贮浆池进行沉淀除渣后，再次将纤维浆转移至高位箱继续充分混合并继续沉淀除渣，硅酸铝纤维在生产过程中不可避免地会产生部分渣球，需要将渣球沉淀除去，

(3)将步骤(2)得到的纤维浆引入流浆箱，使纤维与浆液深度充分混合，

(4)将充分混合的纤维浆由抄纸网进行抄纸并调整厚度，厚度由抄纸网运行速度决定，速度调快会得到较薄的纸张、速度调慢会得到较厚的纸张，然后，运行至真空吸滤部，吸滤多余水分；继续运行，通过浸胶槽(已加入配比好的氟聚合物水分散液)浸渍，并再次进行真空吸滤，除去多余分散液，

(5)进入电加热烘干箱，缓慢运行烘干后，得到硅酸铝纤维纸。

硅酸铝纤维的制作方法因用途不同，分为甩丝和喷吹两种工艺。本发明采用的硅酸铝纤维为喷吹工艺生产的硅酸铝纤维，长度适中，并且洁白、细腻，经本发明所述的方法制备后得到的硅酸铝纤维纸在外观和强度等多方面物理性能更佳。因甩丝工艺生产的硅酸铝纤维较粗、并且品质差，无法制备得到合格的硅酸铝纤维纸。

故综上所述，本发明具有以下优点：

(1)采用氟聚合物代替传统矿物纤维纸中的有机胶黏剂，使得矿物纤维纸持续耐温性能显著提高，有效的解决了市售普通硅酸铝纤维纸只能在 200℃以下工况温度使用的缺点，在耐温隔热领域应用更加广泛。

(2)采用氟聚合物代替传统硅酸铝纤维纸中的有机胶黏剂，使得硅酸铝纤维纸持续耐温性能显著提高到了400℃以上，甚至短时极限温度可达 500℃以上，有效的解决了市售普通硅酸铝纤维纸只能在200℃以下工况温度使用的缺点，在耐温隔热领域应用更加广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1和对比例制备得到的硅酸铝纤维纸的外观图片；

图2为图1中的样品在240℃下持续加热12小时后的状态图片；

图3为图2中的样品弯折后的状态图片；

图4为图3中的样品复原后的状态图片；

图5为图4中的样品在350℃下持续加热12小时后的状态图片；

图6为图5中的样品弯折后的状态图片；

图7为图6中的样品复原后在420℃下持续加热24小时后的状态图片；

图8为图7中的样品弯折后的状态图片；

图9为图7中的样品弯折后的背面的状态图片；

图中A均为对比例制备得到的硅酸铝纤维纸，B均为本发明实施例1 制备得到的硅酸铝纤维纸。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种新型耐温隔热矿物纤维纸，包括硅酸铝纤维和聚四氟乙烯制成，硅酸铝纤维为采用喷吹工艺得到的硅酸铝纤维，聚四氟乙烯采用市售固体含量60％的分散液用水稀释7倍的聚四氟乙烯水分散液。其中，聚四氟乙烯水分散液的有效成分占硅酸铝纤维纸的重量分数比为10％。

一种新型耐温隔热矿物纤维纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硅酸铝纤维投入打浆机与水混合打浆，使打散后的纤维与水初步混合得到纤维浆，将纤维浆引入配浆池，添加分散剂聚丙烯酰胺继续进行打浆，进一步使硅酸铝纤维和水混合均匀，

(2)将浆料转移到贮浆池，并将渣球进行沉淀，渣球是硅酸铝纤维在制造过程中没有喷吹成纤维的极少部分，将纤维浆转移至高位箱继续充分混合并沉淀渣球，

(3)将步骤(2)中得到的纤维浆引入流浆箱，使纤维与浆液深度充分混合，

(4)将充分混合的纤维浆在抄纸网上进行抄纸，真空吸滤，除掉纸中的水分，然后经过浸胶槽(浸胶槽中加入配比好的聚四氟乙烯水分散液)浸渍后，再次进行真空吸滤，除掉多余的聚四氟乙烯水分散液，

(5)进行电加热烘干，温度为230℃，得到硅酸铝纤维纸，自动修饰不规则侧边，按一定长度切割，得到成品，成品照片如图1中的B所示。

以上制备方法中用到的打浆机、配浆池、贮浆池、高位箱、流浆箱、抄纸网和浸胶槽均为本领域中的常用生产线设备。

实施例2

一种新型耐温隔热矿物纤维纸，包括硅酸铝纤维和聚全氟乙烯制成，硅酸铝纤维为采用喷吹工艺得到的硅酸铝纤维，聚全氟乙烯采用市售固体含量60％的分散液用水稀释10倍的聚全氟乙烯水分散液。其中，聚全氟乙烯水分散液的有效成分占硅酸铝纤维纸的重量分数比为7％。

一种新型耐温隔热矿物纤维纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硅酸铝纤维投入打浆机与水混合打浆，使打散后的纤维与水初步混合得到纤维浆，将纤维浆引入配浆池，添加分散剂聚丙烯酰胺继续进行打浆，进一步使硅酸铝纤维和水混合均匀，

(2)将浆料转移到贮浆池，并将渣球进行沉淀，将纤维浆转移至高位箱继续充分混合并沉淀渣球，

(3)将步骤(2)中得到的纤维浆引入流浆箱，使纤维与浆液深度充分混合，

(4)用充分混合的纤维浆在抄纸网上进行抄纸，真空吸滤，除掉纸中的水分，在浸胶槽中(已加入配比好的聚全氟乙烯水分散液)浸渍，再次进行真空吸滤，除掉多余的聚全氟乙烯水分散液，

(5)进行电加热烘干，温度为200℃，得到硅酸铝纤维纸，自动修饰不规则侧边，按一定长度切割，成品卷筒装箱。

实施例3

一种新型耐温隔热矿物纤维纸，包括硅酸铝纤维和全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯的聚合物制成，硅酸铝纤维为采用喷吹工艺得到的硅酸铝纤维，全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯的聚合物采用市售固体含量60％的分散液用水稀释12倍的全氟烷基乙烯基醚与四氟乙的聚合物水分散液。其中，全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯的聚合物水分散液的有效成分占硅酸铝纤维纸的重量分数比为5％。

一种新型耐温隔热矿物纤维纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硅酸铝纤维投入打浆机与水混合打浆，使打散后的纤维与水初步混合得到纤维浆，将纤维浆引入配浆池，添加分散剂聚丙烯酰胺继续进行打浆，进一步使硅酸铝纤维和水混合均匀，

(2)将浆料转移到贮浆池，并将渣球进行沉淀，将纤维浆转移至高位箱继续充分混合并沉淀渣球，

(3)将步骤(2)中得到的纤维浆引入流浆箱，使纤维与浆液深度充分混合，

(4)用充分混合的纤维浆在抄纸网上进行抄纸，真空吸滤，除掉纸中的水分，然后在浸胶槽中(已加入配比好的全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯聚合物水分散液)，再次进行真空吸滤，除掉多余的全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯的聚合物水分散液，

(5)进行电加热烘干，温度为250℃，得到硅酸铝纤维纸，自动修饰不规则侧边，按一定长度切割，成品卷筒装箱。

对比例

一种普通硅酸铝纤维纸，包括硅酸铝纤维和聚乙烯醇(PVA)，其制备方法与本发明的实施例1基本一致，其不同之处在于：用聚乙烯醇(PVA)代替聚四氟乙烯水分散液。

对本发明的实施例1制备的硅酸铝纤维纸与对比例制备的硅酸铝纤维纸进行了物理性能的测试，测试结果如图2-9所示，附图中A均为对比例中制备的普通硅酸铝纤维纸，B均为本发明实施例1制备的硅酸铝纤维纸。

图2为对比例与本发明实施例1制备的硅酸铝纤维纸在240℃下加热 12小时后的对比图，对比例制备的普通硅酸铝纤维纸加热后变黄变焦，实施例1制备的硅酸铝纤维纸与初始状态相比并无明显变化，本发明的耐温性性能比对比例制备的普通硅酸铝纤维纸好。如图3所示，对在240℃下加热12小时后的两种纸进行弯折，对比例制备的硅酸铝纤维纸普通硅酸铝纤维纸有明显的折痕并且已经出现断裂，实施例1制备的并未出现折痕，其韧性比对比例制备的普通硅酸铝纤维纸强。如图4所示，将弯折后的两种纸进行复原，本发明可以恢复到初始状，而对比例制备的普通硅酸铝纤维纸仍然有明显的折痕。图5为在240℃下加热12小时弯折后复原的两种纸在350℃下持续加热12小时后的图片，本发明实施例1制备的硅酸铝纤维纸与初始状态相比没有明显变化，对比例制备的普通硅酸铝纤维纸烧焦的颜色变深、面积变大，而且已经断开，本发明实施例1制备的硅酸铝纤维纸的耐温性性能比对比例制备的普通硅酸铝纤维纸强很多，然后对加热后的纸张进行弯折，如图6所示，实施例1制备的硅酸铝纤维纸只是出现折痕并未断裂，对比例制备的普通硅酸铝纤维纸彻底断裂。对比例和实施例1 制备的硅酸铝纤维纸经过在240℃加热12小时、弯折、复原、再在360℃加热1小时、弯折、复原后，继续在420℃持续加热24小时，其状态如图 7所述，本发明实施例1制备的硅酸铝纤维纸与初始状态相比并无明显变化，无明显蠕变现象，对比例制备的普通硅酸铝纤维纸已经全部烧焦，彻底断裂，而且出现分层，内部也已经烧焦，表面的一层的纸已经在逐渐减少。将继续在420℃下持续加热24小时后的两种纸进行弯折，其状态如图8所示，本发明与初始状态相比依然没有什么变化，而且其背面也未变焦变黄，并未有折痕出现，如图9所示。从附图可以看出本发明实施例1制备的硅酸铝纤维纸比对比例制备的普通的含有有机胶黏剂的硅酸铝纤维纸更耐高温，420℃下持续加热24小时依然未出现烧焦的现象；而且经过高温加热后多次弯折后，依然可以回到初始状态，其耐折性能更强。

对比例与本发明实施例1-3制备的硅酸铝纤维纸物理性能比较，如表1 所示。

表1 硅酸铝纤维纸的物理性能比较表

从表1中可以看出本发明用氟聚合物与硅酸铝纤维做成的硅酸铝纤维纸，持续耐高温可达420℃，短时极限耐高温可达550℃，比用有机胶黏剂和硅酸铝做成的纸更耐高温。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种新型耐温隔热矿物纤维纸，其特征在于，包括以下原料制成：矿物纤维和氟聚合物，所述氟聚合物为聚四氟乙烯、聚全氟乙烯、聚偏二氟乙烯、全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯的聚合物中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种新型耐温隔热矿物纤维纸，其特征在于：所述氟聚合物为聚四氟乙烯分散液、聚全氟乙烯分散液、聚偏二氟乙烯分散液、全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯聚合物分散液中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种新型耐温隔热矿物纤维纸，其特征在于：所述氟聚合物为聚四氟乙烯水分散液、聚全氟乙烯水分散液、聚偏二氟乙烯水分散液、全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯聚合物水分散液中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种新型耐温隔热矿物纤维纸，其特征在于：所述矿物纤维为硅酸铝纤维或氧化铝纤维。

5.根据权利要求4所述的一种新型耐温隔热矿物纤维纸，其特征在于：所述矿物纤维为采用喷吹工艺制备得到的硅酸铝纤维或氧化铝纤维。

6.根据权利要求1所述的一种新型耐温隔热矿物纤维纸，其特征在于：所述氟聚合物占所述矿物纤维纸的重量分数为5％-10％。

7.一种权利要求1-6任一所述的新型耐温隔热矿物纤维纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将矿物纤维与水混合打浆得到纤维浆，将纤维浆引入配浆池，添加分散剂继续进行打浆，

(2)将浆料转移到贮浆池进行沉淀除渣后，再次将纤维浆转移至高位箱继续充分混合并沉淀除渣，

(3)将步骤(2)得到的纤维浆引入流浆箱，使纤维与浆液深度充分混合，

(4)将充分混合的纤维浆进行抄纸，真空吸滤后，通过浸胶槽进行浸渍，所述浸胶槽中盛有氟聚合物，浸渍后再次进行真空吸滤，

(5)烘干，得到矿物纤维纸。

8.根据权利要求7所述的一种新型耐温隔热矿物纤维纸的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的分散剂为聚丙烯酰胺。

9.根据权利要求7所述的一种新型耐温隔热矿物纤维纸的制备方法，其特征在于：步骤(4)中氟聚合物采用聚四氟乙烯水分散液，所述聚四氟乙烯水分散液为市售固体含量50-60％的聚四氟乙烯分散液用水稀释7-12倍得到的聚四氟乙烯水分散液，其中聚四氟乙烯占所述矿物纤维纸的重量分数比在5％以上。

10.根据权利要求7所述的一种新型耐温隔热矿物纤维纸的制备方法，其特征在于：步骤(5)中采用电加热烘干，烘干温度为200-250℃。

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