CN113846424A - 一种莫来石纤维针刺毡及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纤维复合材料技术领域，尤其涉及一种莫来石纤维针刺毡及其制备方法；所述制备方法包括如下步骤：将莫来石纤维网胎置于模具的阳模上，进行针刺，接着在针刺成型的最上层莫来石纤维网胎上放置与莫来石纤维网胎尺寸相匹配的莫来石连续纤维线，之后，重复莫来石纤维网胎针刺和放置莫来石连续纤维线的步骤，直至满足莫来石纤维针刺毡厚度要求，得到所述莫来石纤维针刺毡；本发明提供的平面拉伸强度增强莫来石纤维针刺毡制备方法既适用于平板级针刺毡制备，同时也适用于具有特殊构型的异性针刺毡制备，可以推广到各种以低密度与低强度网胎为主体的纤维针刺毡的制备中，具有很高的应用价值，制备得到的莫来石纤维针刺毡力学强度优良。

Description

一种莫来石纤维针刺毡及其制备方法
技术领域
本发明涉及纤维复合材料技术领域，尤其涉及一种莫来石纤维针刺毡及其制备方法。
背景技术
莫来石是一种耐温性能极为优异的高温陶瓷，其化学组成为3Al2O3·2SiO2，为Al2O3-SiO2相图中唯一稳定的晶态。因此，即使温度提升到1400℃以上，莫来石纤维也不会发生晶相成分的变化，同时高温下其晶粒增大速率也远低于氧化铝纤维，因而具有良好的耐温性与持久的高温力学性能，是目前综合性能最优的耐高温陶瓷纤维材料之一。
纤维针刺毡是通过Z向(厚度方向)纤维针刺平面方向的纤维网胎所获得，无需额外添加有机结合剂即可获得良好的结构强度。由于纤维针刺毡主要由短纤维随机搭接形成的低密度、高孔隙纤维网胎组成，少量的Z向针刺纤维不会显著增加针刺毡沿厚度方向的热传递速率。因此，具有独特结构与纤维成分的莫来石纤维针刺毡兼有良好的隔热性能与耐温性，可作为轻质耐高温隔热复合材料(如莫来石纤维增强气凝胶复合材料)理想的纤维增强体。
为使莫来石纤维针刺毡具有较高的隔热性能，需优先选用低直径与长度较短的纤维进行网胎制备，以降低纤维自身的热传导速率。同时，所制备的纤维网胎面密度在200g/m2以内，通过形成松散多孔的搭接结构进一步降低针刺毡的热传导速率。然而莫来石纤维具有脆性大、韧性低、纤维间抱合力低的缺点，莫来石纤维针刺毡虽然在Z向通过针刺纤维形成较好的层间连接，但其在平面方向的强度却十分薄弱。在低密度的轻质耐高温隔热复合材料中，纤维增强体的力学性能对复合材料的综合力学性能具有显著影响，莫来石纤维针刺毡平面方向的强度弱点将造成复合材料应用可靠性的下降。
CN108251966A一种莫来石纤维预制体及其制备方法，该方法包括：(1)莫来石纤维毡的预处理：将莫来石纤维毡处理成厚度降低的第一莫来石纤维薄毡和第二莫来石纤维薄毡，其中第一莫来石纤维薄毡的厚度大于第二莫来石纤维薄毡的厚度(2)石英纤维网胎的制备：将石英纤维纱制成石英纤维网胎；(3)针刺成型：将第一莫来石纤维薄毡置于模具的阳模上，铺入石英纤维网胎并进行针刺，再铺入第二莫来石纤维薄毡并进行针刺，按照石英纤维网胎、第二莫来石纤维薄毡的顺序重复针刺操作，直至针刺成型产物的厚度和密度满足设计要求，得到产品。该方法制备的莫来石纤维预制体拉伸强度还需进一步提高，并且制备过程中不便于技术参数的调节。
针对以上问题，有必要开发出一种平面拉伸强度增强的莫来石纤维针刺毡的制备方法，从而提升以其为增强体的轻质耐高温隔热复合材料的综合性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于现有的莫来石纤维针刺毡虽然在厚度方向有较好的层间连接，但其在平面方向的强度薄弱，力学性能较差，针对现有技术中的缺陷，提供一种莫来石纤维针刺毡及其制备方法。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种莫来石纤维针刺毡的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将莫来石纤维网胎置于模具的阳模上，进行针刺，接着在针刺成型的最上层莫来石纤维网胎上放置与莫来石纤维网胎尺寸相匹配的莫来石连续纤维线，之后，重复莫来石纤维网胎针刺和放置莫来石连续纤维线的步骤，直至满足莫来石纤维针刺毡厚度要求，得到所述莫来石纤维针刺毡。
本发明提供的制备方法，在不显著增加针刺毡厚度方向热导率的同时，通过在莫来石纤维网胎层内引入莫来石连续纤维，显著增强其在平面方向的拉伸强度，以解决常规莫来石纤维针刺毡面内强度不足的缺陷。
本发明中，莫来石纤维网胎上放置与莫来石纤维网胎尺寸相匹配的莫来石连续纤维线的过程，尺寸相匹配的含义是指，莫来石连续纤维的经向和纬向长度，分别与莫来石网胎的经向和纬向长度相同。
此外，重复莫来石纤维网胎针刺和放置莫来石连续纤维线的步骤的含义是指，当莫来石纤维网胎通过针刺，得到一定厚度的莫来石纤维网胎后，此时莫来石纤维网胎形成多层结构，在莫来石纤维网胎的最上层放置莫来石纤维线，放置完成后，再对莫来石纤维网胎进行针刺，得到一定的厚度后，依旧在莫来石纤维网胎的最上层重复放置莫来石纤维线，重复进行以上步骤，通过这样交替进行的步骤，直至达到莫来石纤维针刺毡所需的厚度后，停止上述步骤。
优选地，所述莫来石纤维网胎通过如下方法制备得到：将莫来石纤维经过整理、成网、梳理和平铺后得到所述莫来石纤维网胎。
优选地，所述莫来石纤维为不含杂晶相且晶型组成为3Al2O3·2SiO2的纯莫来石纤维；其中杂晶相指的是莫来石晶相3Al2O3·2SiO2以外的的其他任何晶相。
优选地，所述莫来石纤维的纤维强度不小于1GPa。
优选地，所述莫来石纤维的纤维模量为80～120Gpa，例如可以是80GPa、85GPa、90GPa、95GPa、100GPa、105GPa、110GPa、115GPa或120GPa等。
莫来石纤维针刺毡制备的工艺性及其性能受所使用的莫来石纤维的强度、模量、直径和长度等综合性能影响。其中，纤维强度与模量主要影响制备的工艺性，合适的强度与模量使纤维在制备过程中具有一定的韧性，不易在针刺步骤断裂或破损。因此纤维强度和纤维模量优选上述范围。
优选地，所述莫来石纤维的直径为3～9μm，例如可以是3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm或9μm等。
莫来石纤维的直径与长度主要影响针刺毡的隔热性能，一般纤维长度越短、直径越低所制备出的针刺毡隔热性能越优，但是过低的纤维长度会使纤维难以抱团，影响纤维网胎的整体性。
优选地，所述莫来石纤维的长度为4～12mm，例如可以是4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm或12mm等。
优选地，所述莫来石纤维网胎的面密度为50～200g/m2，例如可以是50g/m2、80g/m2、100g/m2、120g/m2、150g/m2、180g/m2或200g/m2等。在本发明中，面密度的指标会对针刺毡的整体隔热性能产生一定影响，当面密度的值过高时，反而会导致针刺毡的隔热性能降低，一般优选上述范围内的面密度，可以使得针刺毡的隔热性能达到最佳。
优选地，所述莫来石网胎的厚度为0.3～2mm，例如可以是0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm或2mm等。该厚度指的是莫来石网胎制备过程中，将长度为5-10mm，直径为5μm的纯莫来石短纤维经整理、成网、梳理和平铺后制备为面密度为90g/m2，厚度为0.3～2mm的莫来石纤维网胎。
优选地，所述莫来石连续纤维线通过如下方法制备得到：将2～4股莫来石连续纤维纱线进行合股制备得到莫来石连续纤维线。其中，合股的含义为：单纱经过拈线工序，将多根单纱并在一起加拈而成。
优选地，所述莫来石连续纤维纱线由莫来石纤维原丝构成。
优选地，所述莫来石连续纤维纱线的线密度为200tex。
优选地，所述针刺的密度为20～60针/cm2，例如可以是20针/cm2、25针/cm2、30针/cm2、35针/cm2、40针/cm2、45针/cm2、50针/cm2、55针/cm2或60针/cm2等。
优选地，所述针刺为逐层针刺，逐层针刺至莫来石纤维网胎厚度达到3～8mm(例如可以是3mm、4mm、5mm、6mm、7mm或8mm等)时，放置莫来石连续纤维线。
在整个制备过程中，当莫来石纤维网胎，每达到3～8mm的厚度一次时，就进行一层莫来石连续纤维线的放置。
优选地，所述莫来石连续纤维线沿着莫来石纤维网胎的经向或纬向放置。
优选地，所述莫来石连续纤维线中，每根经向或纬向的莫来石连续纤维线在平面中的间距为20～100mm，例如可以是20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm等。
每根经向或纬向的莫来石连续纤维线在平面中的间距指的是，相同方向放置的莫来石纤维线相邻两根之间的间距，例如，同向纤维的间距为30mm，平面尺寸为300*300mm的莫来石纤维网胎上，将在经向间隔30mm均匀放置11条莫来石连续纤维线，在纬向间隔30mm均匀放置11条莫来石连续纤维线，这样，就形成了间距为30mm放置的莫来石连续纤维线。
本发明中莫来石连续纤维线的平面间距，会影响莫来石纤维针刺毡的性能。当显著降低单层莫来石连续纤维线间的放置间距时，会从一定程度上使针刺毡平面拉伸强度增加，但连续纤维线是热量的快速传导路径，过多的在针刺毡中添加连续纤维线使其隔热性能受到较大影响，不能满足作为轻质耐高温隔热复合材料纤维增强体的隔热性能要求，因此优选本发明上述范围内的间距，对于针刺毡的性能最优。
第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的制备方法制备得到的莫来石纤维针刺毡。
本发明提供的莫来石纤维针刺毡大幅度提升了面内拉伸强度。
优选地，所述莫来石纤维针刺毡的厚度为10～40mm，例如可以是10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm或40mm等。
所述莫来石纤维针刺毡的密度为0.1～0.18g/cm3，例如可以是0.1g/cm3、0.11g/cm3、0.12g/cm3、0.13g/cm3、0.14g/cm3、0.15g/cm3、0.16g/cm3、0.17g/cm3或0.18g/cm3等。
所述莫来石纤维针刺毡的平面拉伸强度为0.1～0.25MPa，例如可以是0.1MPa、0.12MPa、0.15MPa、0.2MPa、0.22MPa或0.25MPa等。
所述莫来石纤维针刺毡在厚度方向上的热导率为0.034～0.040W/(m·K)，例如可以是0.034W/(m·K)、0.035W/(m·K)、0.036W/(m·K)、0.037W/(m·K)、0.038W/(m·K)、0.039W/(m·K)或0.040W/(m·K)等。
所述莫来石纤维针刺毡经1600℃马弗炉热处理2h，平面尺寸收缩率不大于1％。
实施本发明的，具有以下有益效果：
本发明制备的平面拉伸强度增强莫来石纤维针刺毡将常规莫来石纤维针刺毡的面内拉伸强度由不足0.02MPa提升到0.1MPa以上，显著增加了莫来石纤维针刺毡的力学强度，同时使其隔热性能不发生显著变化，有利于提升以其为增强体的轻质耐高温隔热复合材料的应用可靠性。
本发明所提供的平面拉伸强度增强莫来石纤维针刺毡制备方法既适用于平板级针刺毡制备，同时也适用于具有特殊构型的异性针刺毡制备，因此在工程应用中具有可行性。
本发明所提供的通过连续纤维增强莫来石纤维针刺毡面内强度的方法，可以推广到各种以低密度与低强度网胎为主体的纤维针刺毡的制备中，具有很高的应用价值。
本发明提供的制备方法，通过初始网胎面密度、针刺密度以及连续纤维添加量这几方面的综合作用，使得制备的针刺毡的热导率与力学性能可以根据应用需求灵活想调节，而现有技术还无法达到这种标准。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中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的一部分实施例，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的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。
本发明中，拉伸强度采用GB/T 17911-2018《耐火纤维制品试验方法》进行测试。
实施例1
本实施例通过以下步骤制备莫来石纤维针刺毡：
(1)莫来石纤维网胎制备：将长度为5-10mm(该长度指的是一个范围，其含义为，短纤维长度例如可以是5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm等多种纤维长度的纤维。在以下所有实施例中，标注的均是一个范围值)，直径为5μm、纤维模量为100GPa的纯莫来石短纤维经整理、成网、梳理和平铺后制备为面密度为100g/m2，厚度为1mm的莫来石纤维网胎。
(2)莫来石连续纤维线制备：将3股莫来石连续纤维纱线进行合股，制成莫来石连续纤维线。所使用连续纤维纱线单股线密度为200tex，由直径为12μm的纤维原丝构成。
(3)莫来石纤维毡针刺成型：首先，将1mm厚度的莫来石纤维网胎在模具的阳模上进行逐层针刺，针刺密度为25针/cm2，直到针刺网毡厚度为5±0.5mm(该厚度指的是一个范围，只要是达到4.5～5.5mm范围时，就进行下一步骤。下述相似的范围描述，其含义均与此处的含义相同)；随后，在最上层莫来石纤维网胎上沿经向、纬向分别放置莫来石连续纤维线，同向相邻纤维的间隔为30mm，在平面尺寸为300*300mm的莫来石纤维网胎上，在经向、纬向间隔30mm分别均匀放置11条莫来石连续纤维线。之后，按照尺寸继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为10±0.5mm、放置莫来石连续纤维线、继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为15±0.5mm的工序，获得最终厚度为15mm的莫来石纤维针刺毡。
所制备的莫来石纤维针刺毡：
密度为0.125g/cm3；
平面拉伸强度0.12MPa；
在厚度方向上的热导率为0.036W/(m·K)；
经1600℃马弗炉热处理2h，平面尺寸收缩率≤0.5％。
实施例2
本实施例通过以下步骤制备莫来石纤维针刺毡：
(1)莫来石纤维网胎制备：将长度为5-10mm，直径为5μm、纤维模量为80GPa的纯莫来石短纤维经整理、成网、梳理和平铺后制备为面密度为90g/m2，厚度为1mm的莫来石纤维网胎。
(2)莫来石连续纤维线制备：将4股莫来石连续纤维纱线进行合股，制成莫来石连续纤维线。所使用连续纤维纱线单股线密度为200tex，由直径为12μm的纤维原丝构成。
(3)莫来石纤维毡针刺成型：首先，将1mm厚度的莫来石纤维网胎在模具的阳模上进行逐层针刺，针刺密度为25针/cm2，直到针刺网毡厚度为5±0.5mm；随后，在最上层莫来石纤维网胎上沿经向、纬向分别放置莫来石连续纤维线，同向相邻纤维的间隔为30mm。之后，继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为10±0.5mm、放置莫来石连续纤维线、继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为15±0.5mm的工序，获得最终厚度为15mm的莫来石纤维针刺毡。
所制备的莫来石纤维针刺毡：
密度为0.12g/cm3；
平面拉伸强度0.15MPa；
在厚度方向上的热导率为0.036W/(m·K)；
经1600℃马弗炉热处理2h，平面尺寸收缩率≤0.5％。
与实施例1相比，实施例2增加了莫来石连续纤维线合股数，将莫来石连续纤维线线密度由600tex增加到800tex，在整体针刺毡密度与厚度方向热导率基本无变化的前提下，进一步提升了平面拉伸强度。
实施例3
本实施例通过以下步骤制备莫来石纤维针刺毡：
(1)莫来石纤维网胎制备：将长度为4-12mm，直径为7μm、纤维模量为120GPa的纯莫来石短纤维经整理、成网、梳理和平铺后制备为面密度为100g/m2，厚度为2mm的莫来石纤维网胎。
(2)莫来石连续纤维线制备：将3股莫来石连续纤维纱线进行合股，制成莫来石连续纤维线。所使用连续纤维纱线单股线密度为200tex，由直径为10微米的纤维原丝构成。
(3)莫来石纤维针刺成型：首先，将2mm厚度的莫来石纤维网胎在模具的阳模上进行逐层针刺，针刺密度为30针/cm2，直到针刺网毡厚度为4±1mm；随后，在最上层莫来石纤维网胎上沿经向、纬向分别放置莫来石连续纤维线，同向相邻纤维的间隔为20mm。之后，继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为8±1mm、放置莫来石连续纤维线、继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为12±1mm、放置莫来石连续纤维线、继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为16±1mm，获得最终厚度为16mm的莫来石纤维针刺毡。
所制备的莫来石纤维毡针刺毡：
密度为0.14g/cm3；
平面拉伸强度0.21MPa；
在厚度方向上的热导率为0.039W/(m·K)；
经1600℃马弗炉热处理2h，平面尺寸收缩率≤0.7％。
与实施例1相比，实施例3增加了单位厚度内莫来石连续纤维线的放置频率，并降低了单层莫来石连续纤维线的放置间距，即针刺毡单位体积内莫来石连续纤维线的体积比例大幅提升，因此制备的针刺毡平面拉伸强度显著提升，但同时隔热性能也有所下降。
实施例4
本实施例通过以下步骤制备莫来石纤维针刺毡：
(1)莫来石纤维网胎制备：将长度为6-12mm，直径为9μm、纤维模量为110GPa的纯莫来石短纤维经整理、成网、梳理和平铺后制备为面密度为150g/m2，厚度为1.5mm的莫来石纤维网胎。
(2)莫来石连续纤维线制备：将3股莫来石连续纤维纱线进行合股，制成莫来石连续纤维线。所使用连续纤维纱线单股线密度为200tex，由直径为15μm的纤维原丝构成。
(3)莫来石纤维毡针刺成型：首先，将1.5mm厚度的莫来石纤维网胎在模具的阳模上进行逐层针刺，针刺密度为40针/cm2，直到针刺网毡厚度为5±1mm；随后，在最上层莫来石纤维网胎上沿经向、纬向分别放置莫来石连续纤维线，同向相邻纤维的间隔为30mm。之后，继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为10±1mm、放置莫来石连续纤维线、继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为15±1mm，获得最终厚度为15mm的莫来石纤维针刺毡。
所制备的莫来石纤维针刺毡：
密度为0.16g/cm3；
平面拉伸强度0.13MPa；
在厚度方向上的热导率为0.040W/(m·K)；
经1600℃马弗炉热处理2h，平面尺寸收缩率≤0.5％。
与实施例1相比，实施例4增加了使用的莫来石纤维的直径与网胎密度，最终成型后的莫来石针刺毡密度增大到0.16g/cm3，但由于密度的增加是由网胎密度提升引起，这并不能对针刺毡平面方向的拉伸强度带来明显影响，反而使其隔热性能降低。
实施例5
本实施例通过以下步骤制备莫来石纤维针刺毡：
(1)莫来石纤维网胎制备：将长度为5-10mm，直径为5μm的纯莫来石短纤维经整理、成网、梳理和平铺后制备为面密度为75g/m2，厚度为1mm的莫来石纤维网胎。
(2)莫来石连续纤维线制备：将3股莫来石连续纤维纱线进行合股，制成莫来石连续纤维线。所使用连续纤维纱线单股线密度为200tex，由直径为12μm的纤维原丝构成。
(3)莫来石纤维毡针刺成型：首先，将1mm厚度的莫来石纤维网胎在模具的阳模上进行逐层针刺，针刺密度为25针/cm2，直到针刺网毡厚度为5±0.5mm；随后，在最上层莫来石纤维网胎上沿经向、纬向分别放置莫来石连续纤维线，同向相邻纤维的间隔为30mm。之后，继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为10±0.5mm、放置莫来石连续纤维线、继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为15±0.5mm，获得最终厚度为15mm的莫来石纤维针刺毡。
所制备的莫来石纤维针刺毡：
密度为0.10g/cm3；
平面拉伸强度0.12MPa；
在厚度方向上的热导率为0.034W/(m·K)；
经1600℃马弗炉热处理2h，平面尺寸收缩率≤0.5％。
与实施例1相比，实施例5降低了莫来石纤维网胎密度，使最终成型后的莫来石针刺毡密度降低到0.10g/cm3，同时其厚度方向的隔热性能稍有提升。由于莫来石连续纤维线的放置方式未发生变化，针刺毡密度的降低并未影响其平面方向的拉伸强度。
对比例1
本对比例通过以下步骤制备莫来石纤维针刺毡：
(1)莫来石纤维网胎制备：将长度为5-10mm，直径为5μm的纯莫来石短纤维经整理、成网、梳理和平铺后制备为面密度为110g/m2，厚度为1mm的莫来石纤维网胎。
(2)莫来石连续纤维线制备：将3股莫来石连续纤维纱线进行合股，制成莫来石连续纤维线。所使用连续纤维纱线单股线密度为200tex，由直径为12μm的纤维原丝构成。
(3)莫来石纤维毡针刺成型：首先，将1mm厚度的莫来石纤维网胎在模具的阳模上进行逐层针刺，针刺密度为25针/cm2，直到针刺网毡厚度为15±0.5mm，获得最终厚度为15mm的莫来石纤维针刺毡。
所制备的莫来石纤维针刺毡：
密度为0.112g/cm3；
平面拉伸强度0.015MPa；
在厚度方向上的热导率为0.034W/(m·K)；
经1600℃马弗炉热处理2h，平面尺寸收缩率≤0.6％。
对比例1与实施例1相比，没有通过放置莫来石连续纤维线对平面方向的强度进行增强，因此仅依靠莫来石短纤维间薄弱的抱合力，针刺毡平面方向拉伸强度仅为0.015MPa。
而实施例1中，采用添加连续纤维增强的方式显著地将由纯网胎制备的针刺毡的平面拉伸强度由0.015MPa提升到0.12MPa，同时其厚度方向热导率仅由0.035W/(m·K)增加到0.036W/(m·K)。这说明，连续纤维线的添加针对性地解决了由于莫来石网胎中短纤维抱合力不足导致的平面强度薄弱问题。同时，所添加的连续纤维线体积占比与短纤维网胎相比极小，且为每间隔一定厚度在平面方向上放置，因此虽然在局部增加了平面方向的热传导率，但没有影响针刺毡在厚度方向的热传导阻隔结构，对成型后针刺毡的厚度方向热导率未产生明显影响。本发明所提供的制备方法，使莫来石纤维针刺毡平面方向力学性能显著提升的同时，维持了其良好的隔热性能。
对比例2
本对比例通过以下步骤制备莫来石纤维针刺毡：
(1)莫来石纤维网胎制备：将长度为5-10mm，直径为5μm的纯莫来石短纤维经整理、成网、梳理和平铺后制备为面密度为100g/m2，厚度为1mm的莫来石纤维网胎。
(2)莫来石连续纤维线制备：将3股莫来石连续纤维纱线进行合股，制成莫来石连续纤维线。所使用连续纤维纱线单股线密度为200tex，由直径为12μm的纤维原丝构成。
(3)莫来石纤维毡针刺成型：首先，将1mm厚度的莫来石纤维网胎在模具的阳模上进行逐层针刺，针刺密度为25针/cm2，直到针刺网毡厚度为5±0.5mm；随后，在最上层网胎上沿经向、纬向分别放置莫来石连续纤维线，同向相邻纤维的间隔为10mm。之后，按照继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为10±0.5mm、放置莫来石连续纤维线、继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为15±0.5mm的工序，获得最终厚度为15mm的莫来石纤维针刺毡。
所制备的莫来石纤维针刺毡：
密度为0.15g/cm3；
平面拉伸强度0.3MPa；
在厚度方向上的热导率为0.042W/(m·K)；
经1600℃马弗炉热处理2h，平面尺寸收缩率≤0.8％。
与实施例1相比，对比例2显著降低了单层莫来石连续纤维线的放置间距，因此使针刺毡平面拉伸强度增加到0.3MPa，但连续纤维是热量的快速传导路径，过多的在针刺毡中添加连续纤维线使其隔热性能受到较大影响，不能满足作为轻质耐高温隔热复合材料纤维增强体的隔热性能要求。
对比例3
本对比例通过以下步骤制备莫来石纤维针刺毡：
(1)莫来石纤维网胎制备：将长度为5-10mm，直径为5μm的纯莫来石短纤维经整理、成网、梳理和平铺后制备为面密度为100g/m2，厚度为1mm的莫来石纤维网胎。
(2)莫来石连续纤维线制备：将3股莫来石连续纤维纱线进行合股，制成莫来石连续纤维线。所使用连续纤维纱线单股线密度为200tex，由直径为12μm的纤维原丝构成。
(3)莫来石纤维毡针刺成型：首先，将1mm厚度的莫来石纤维网胎在模具的阳模上进行逐层针刺，针刺密度为25针/cm2，直到针刺网毡厚度为5±0.5mm；随后，在最上层网胎上沿经向、纬向分别放置莫来石连续纤维线，同向相邻纤维的间隔为120mm。之后，按照继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为10±0.5mm、放置莫来石连续纤维线、继续逐层针刺莫来石纤维网胎至针刺网毡厚度为15±0.5mm的工序，获得最终厚度为15mm的莫来石纤维针刺毡。
所制备的莫来石纤维针刺毡：
密度为：0.115g/cm3；
平面拉伸强度；0.06MPa；
在厚度方向上的热导率为；0.035W/(m·K)；
经1600℃马弗炉热处理，平面尺寸收缩率≤0.6％。
与实施例1相比，对比例3显著增加了单层莫来石连续纤维线的放置间距，因此在针刺毡少量的连续纤维线对平面拉伸强度的提升影响降低。但是需要指出，与对比例1相比，对比例3仅通过少量的连续纤维线添加，就将平面拉伸强度提升到4倍，其效果是很显著的。
最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种莫来石纤维针刺毡的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将莫来石纤维网胎置于模具的阳模上，进行针刺，接着在针刺成型的最上层莫来石纤维网胎上放置与莫来石纤维网胎尺寸相匹配的莫来石连续纤维线，之后，重复莫来石纤维网胎针刺和放置莫来石连续纤维线的步骤，直至满足莫来石纤维针刺毡厚度要求，得到所述莫来石纤维针刺毡。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述莫来石纤维网胎通过如下方法制备得到：将莫来石纤维经过整理、成网、梳理和平铺后得到所述莫来石纤维网胎。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述莫来石纤维为不含杂晶相且晶型组成为3Al2O3·2SiO2的纯莫来石纤维；
优选地，所述莫来石纤维的纤维强度不小于1GPa；
优选地，所述莫来石纤维的纤维模量为80～120GPa；
优选地，所述莫来石纤维的直径为3～9μm；
优选地，所述莫来石纤维的长度为4～12mm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述莫来石纤维网胎的面密度为50～200g/m2；
优选地，所述莫来石网胎的厚度为0.3～2mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述莫来石连续纤维线通过如下方法制备得到：将2～4股莫来石连续纤维纱线进行合股制备得到莫来石连续纤维线。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述莫来石连续纤维纱线由莫来石纤维原丝构成；
优选地，所述莫来石连续纤维纱线的线密度为200tex。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述针刺的密度为20～60针/cm2；
优选地，所述针刺为逐层针刺，逐层针刺至莫来石纤维网胎厚度达到3～8mm时，放置莫来石连续纤维线。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述莫来石连续纤维线沿着莫来石纤维网胎的经向或纬向放置；
优选地，所述莫来石连续纤维线中，每根经向或纬向的莫来石连续纤维线在平面中的间距为20～100mm。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备得到的莫来石纤维针刺毡。
10.根据权利要求9所述的莫来石纤维针刺毡，其特征在于，所述莫来石纤维针刺毡的厚度为10～40mm；
所述莫来石纤维针刺毡的密度为0.1～0.18g/cm3；
所述莫来石纤维针刺毡的平面拉伸强度为0.1-0.25MPa；
所述莫来石纤维针刺毡在厚度方向上的热导率为0.034-0.040W/(m·K)；
所述莫来石纤维针刺毡经1600℃马弗炉热处理2h，平面尺寸收缩率不大于1％。
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