CN117702365A - 一种低容重可溶纤维产品及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可溶陶瓷纤维制品的制备方法,包括:将原料进行熔融;将熔融后的物料进行成纤;将成纤后的纤维进行针刺形成纤维毯,得到可溶陶瓷纤维制品;所述熔融过程中流出熔体的温度范围波动不超过150℃。本发明通过对熔体流出加热设备物料通道进行改进,进而控制流出熔体温度波动范围不超过150℃;通过对成纤过程中工艺参数的控制,进而保证熔体滴至甩丝辊的温度波动范围为100~200℃;通过对成纤过程中甩丝辊中冷却水流量控制,使甩丝过程中的成纤温度波动范围不超过2%;本发明提供的方法制备得到的可溶陶瓷纤维成品中平均粒径<45μm的粉尘含量<5wt%。本发明还提供了一种可溶陶瓷纤维制品。
Description
技术领域
本发明属于可溶纤维技术领域,尤其涉及一种低容重可溶纤维产品及其制备方法。
背景技术
可溶纤维是具有低生物持久性的纤维,其进入人体后可溶于生理流体,使得纤维在人体内的停留时间短,可以被人体体液逐渐分解,排出体外。可溶纤维可以作为主要成分或次要成分被进一步加工成多种制品,包括板、垫、纸、毯/毡、棉/绒、成型/成形制品、涂层材料以及无定型组合物等。现有可溶纤维包括可溶陶瓷纤维、可溶玻璃纤维、可溶玄武岩纤维等。其中,可溶玻璃纤维的使用温度一般<400℃,可溶玄武岩纤维使用温度<600℃,可溶陶瓷纤维使用温度一般<1000℃。现有可溶陶瓷纤维的制备工艺基本通过常规的甩丝成纤设备制备得到,这种工艺制备出的产品具有低导热、可溶以及耐火性能。
现有可溶陶瓷纤维成纤温度窄,一般为1500~1600℃,熔体成纤粘度受温度影响大,进而导致可溶陶瓷纤维制品中非纤维物质较多,其中非纤维物质包括平均粒径<45μm的粉尘、平均粒径在45~212μm的颗粒,以及平均粒径>212μm的渣球,使得纤维的成纤率低、保温性能差、容重难以降低。
针对上述问题,现有技术的改进方案多集中在降低>45μm的颗粒和渣球,而少涉及到对平均粒径<45μm粉尘的去除和降低,然而平均粒径<45μm的粉尘在纤维制品中的占比达到10wt%,这一部分粉尘的存在会降低纤维的成纤率,影响纤维的保温性能并且降低制品的抗拉强度,同时使得纤维制品的掉粉严重,影响现场施工环境,进而影响施工条件下使用方的后续生产,影响使用效果。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种可溶陶瓷纤维制品及其制备方法,本发明提供的方法制备的可溶陶瓷纤维制品中,平均粒径<45μm的粉尘在纤维制品中的占比较小。
本发明提供了一种可溶陶瓷纤维制品的制备方法,包括:
将原料进行熔融;
将熔融后的物料进行成纤;
将成纤后的纤维进行针刺形成纤维毯,得到可溶陶瓷纤维制品;所述熔融过程中流出熔体的温度范围波动不超过150℃。
优选的,所述原料包括:氧化钙、氧化镁和氧化硅。
优选的,所述氧化钙在原料中的质量含量为28~30%;
所述氧化镁在原料中的质量含量为4.5~6%;
所述氧化硅在原料中的质量含量为64~66%。
优选的,所述熔融过程中炉体内部温度为1800~2000℃;炉体出料温度为1650~1800℃;熔体流出流量为460~780kg/h。
优选的,所述熔融在熔融设备中进行;所述熔融设备包括流口体,所述流口体包括流口本体和中间用于流体流出的通道,流口本体外接电路可以进行导电,导电后的流口体与高温熔融液导通,形成电路闭环,通过控制流口体的电流I的大小,控制熔融液流出的温度,对熔体流出的物料通道进行温度调节,保持熔体温度波动范围不超过150℃。
优选的,所述电流I为100~500A。
优选的,所述成纤的方法为甩丝成纤。
优选的,所述甩丝成纤过程中的成纤距离为1~1.5m;所述甩丝成纤过程中采用升降甩丝辊,控制成纤处温度低于流体出口温度100~150℃。
优选的,所述甩丝成纤过程中调整甩丝辊中冷却水的进水流量为30~40L/h,使甩丝过程中的温度波动范围不超过2%,最终成纤温度为1570~1620℃;所述甩丝成纤过程中甩丝辊的线速度为120~180m/s。
本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的可溶陶瓷纤维制品。
本发明通过对熔体流出加热设备物料通道进行改进,进而控制流出熔体温度波动范围不超过150℃;通过对成纤过程中工艺参数的控制,进而保证熔体滴至甩丝辊的温度波动范围为100~200℃;通过对成纤过程中甩丝辊中冷却水流量控制,使甩丝过程中的成纤温度波动范围不超过2%;本发明提供的方法制备得到的可溶陶瓷纤维成品中平均粒径<45μm的粉尘含量<5wt%。
附图说明
图1为现有技术提供的熔融设备的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的熔融设备的结构示意图。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅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经改进或润饰的所有其它实例,都属于本发明保护的范围。应理解,本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果,而非用于限制本发明的保护范围。实施例中,所用方法如无特别说明,均为常规方法。
本发明提供了一种可溶陶瓷纤维制品的制备方法,包括:
将原料进行熔融;
将熔融后的物料进行成纤;
将成纤后得纤维进行针刺形成纤维毯,得到可溶陶瓷纤维制品。
在本发明中,所述原料优选包括氧化钙、氧化镁和氧化硅;所述氧化钙在原料中的质量含量优选为28~30wt%,更优选为29wt%;所述氧化镁在原料中的质量含量优选为4.5~6wt%,更优选为5~5.5wt%,最优选为5.2wt%;所述氧化硅在原料中的质量含量优选为64~66wt%,更优选为65wt%。
在本发明中,所述熔融过程中炉体内部温度优选为1800~2000℃,更优选为1850~1950℃,最优选为1900℃;炉体出料温度优选为1650~1800℃,更优选为1700~1750℃,最优选为1730℃;熔体流出流量优选为460~780kg/h,更优选为500~700kg/h,更优选为550~650kg/h,最优选为600kg/h。
现有技术中熔融方式采用电阻炉配合钼电极进行熔融(现有技术电阻炉结构示意图如图1所示,图1中1为熔体,2为流口,3为电极A,4为电极B,5为电极C)熔融液通过流口流出,在流出过程中熔融液会因为流口结构以及熔融液的成纤距离导致温度降低,使熔体粘度变大,进而影响成纤,增加粉尘含量。
在本发明中,所述熔融优选在熔融设备中进行;所述熔融设备的结构示意图如图2所示(图2中1为流口,2为温度控制),所述图2中的流口体优选包括流口本体和中间用于流体流出的通道,流口本体外接电路可以进行导电,导电后的流口体与高温熔融液导通,形成电路闭环,通过控制流口体的电流I的大小,控制熔融液流出的温度,对熔体流出的物料通道进行温度调节,保持熔体温度波动范围不超过150℃。
在本发明中,所述电流I优选为100~500A,更优选为200~400A,更优选为250~350A,最优选为300A。
在本发明中,所述成纤的方法优选为甩丝成纤。在本发明中,所述甩丝成纤过程中熔体(熔融后的物料)从炉体流出至甩丝辊的距离为成纤距离,所述成纤距离优选为1~1.5m,更优选为1.1~1.4m,更优选为1.2~1.3m,最优选为1.25m;所述甩丝成纤过程中优选采用升降甩丝辊,控制成纤处温度低于流体出口(熔融设备)温度100~150℃,更优选为110~140℃,更优选为120~130℃,最优选为125℃。
在本发明中,所述甩丝成纤过程中,优选调整甩丝辊中冷却水的进水流量为30~40L/h,更优选为32~38L/h,更优选为34~36L/h,最优选为35L/h,使甩丝过程中的温度波动范围不超过2%,并且最终成纤温度范围优选为1570~1620℃,更优选为1580~1610℃,更优选为1590~1600℃,最优选为1595℃;所述甩丝成纤过程中甩丝辊的线速度优选为120~180m/s,更优选为130~170m/s,更优选为140~160m/s,最优选为150m/s。
在本发明中,所述针刺过程中的针刺密度优选为6~20针/cm2,更优选为10~15针/cm2,最优选为13针/cm2。
在本发明中,所述针刺毯中优选平均粒径<45μm的粉尘含量<5wt%,平均粒径>45μm的颗粒和渣球含量<35wt%,抗拉强度为40~100KPa,优选为50~90KPa,更优选为60~80KPa,最优选为70KPa;导热系数为0.09~0.12W/m.k(平均500℃),优选为0.1~0.11W/m.k,更优选为0.105W/m.k;容重为96~128kg/m3,优选为100~120kg/m3,更优选为105~115kg/m3,最优选为110kg/m3。
在本发明中,所述针刺毯的生物溶解度为200~240mg/L,优选为210~230mg/L,更优选为220mg/L。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的可溶陶瓷纤维制品。
本发明通过对熔体流出加热设备物料通道进行改进,进而控制流出熔体温度波动范围不超过150℃;通过对成纤过程中工艺参数的控制,进而保证熔体滴至甩丝辊的温度波动范围为100~200℃;通过对成纤过程中甩丝辊中冷却水流量控制,使甩丝过程中的成纤温度波动范围不超过2%;本发明提供的方法制备得到的可溶陶瓷纤维成品中平均粒径<45μm的粉尘含量<5wt%。
实施例1
将氧化钙的含量为29.5wt%,氧化镁的含量5.12wt%,氧化硅的含量65.38wt%的原料进行熔融,熔融过程中炉体内部温度1850~1900℃,控制流口电流300A,炉体出料温度1650~1750℃,熔体流出流量为600kg/h(熔融设备的结构示意图如图2所示)。
将熔融后的物料进行甩丝成纤,成纤过程中的成纤距离为1m,甩丝辊中冷却水的进水流量为35L/h,成纤处温度控制在1500~1650℃,甩丝过程中的温度波动范围1570~1600℃,成纤温度波动范围1.90%;成纤过程中甩丝辊的线速度为170m/s。
将成纤后的纤维进行针刺,形成针刺毯,得到可溶陶瓷纤维制品,针刺过程中的针刺密度13针/cm2。
按照GB/T3003-2017《耐火纤维及制品》方法,测试本发明实施例1制备的针刺毯的溶解度;按照GB/T17911-2018《耐火纤维制品试验方法》,测试本发明实施例1制备的针刺毯的抗拉强度、导热系数、非纤维物质含量(与渣球不同的是,渣球>212μm,非纤维物与纤维分离后,其中非纤维物无需筛分)。
检测结果为,本发明实施例1制备的针刺毯的溶解度为220mg/L,抗拉强度75KPa,导热系数0.089W/m.k,<45μm非纤维物质为4.1wt%,>45μm的非纤维物质为25wt%。
实施例2
将原料氧化钙的含量为29.3wt%,氧化镁的含量5.25wt%,氧化硅的含量65.45wt%进行熔融,熔融过程中炉体内部温度1870~1920℃,控制流口电流350A,炉体出料温度1670~1780℃,熔体流出流量为560kg/h(熔融设备的结构示意图如图2所示)。
将熔融后的物料进行甩丝成纤,成纤过程中成纤距离1.1m,成纤处温度在1620~1680℃,甩丝辊中冷却水的进水流量为30L/h,甩丝过程中的温度波动范围1590~1610℃,成纤温度波动范围1.24%;成纤过程中甩丝辊的线速度为160m/s。
将成纤后的纤维进行针刺,形成针刺毯,得到可溶纤维制品;所述针刺过程中的针刺密度13针/cm2。
按照实施例1的方法对本发明实施例2制备的针刺毯进行性能检测,检测结果为,本发明实施例2制备的针刺毯的溶解度为219mg/L,抗拉强度78KPa,导热系数0.090W/m.k,<45μm非纤维物质为3.8wt%,>45μm的非纤维物质为20wt%。
比较例1
将原料氧化钙的含量为29.5wt%,氧化镁的含量5.12wt%,氧化硅的含量65.38wt%进行熔融,熔融过程中炉体内部温度1870~1920℃,控制流口电流0A,炉体出料温度1640~1700℃,熔体流出流量为600kg/h。
将熔融后的物料进行甩丝成纤,成纤过程中的成纤距离1m,甩丝辊中冷却水的进水流量为35L/h,甩丝过程中的温度波动范围1500~1580℃,成纤温度波动范围5.06%;成纤过程中甩丝辊的线速度为170m/s。
将成纤后的纤维进行针刺,形成针刺毯,得到可溶陶瓷纤维制品;所述针刺过程中针刺密度13针/cm2。
按照实施例1的方法对本发明比较例1制备的针刺毯进行性能检测,检测结果为,本发明比较例1制备的针刺毯溶解度为220mg/L,抗拉强度38KPa,导热系数0.126W/m.k,<45μm非纤维物质为4.4wt%,>45μm的非纤维物质为45wt%。
比较例2
将原料氧化钙的含量为29.5wt%,氧化镁的含量5.12wt%,氧化硅的含量65.38wt%进行熔融,熔融过程中炉体内部温度1870~1920℃,控制流口电流200A,炉体出料温度1660~1710℃,熔体流出流量为600kg/h。
将熔融后的物料进行甩丝成纤,所述成纤过程中的成纤距离1m,甩丝辊中冷却水的进水流量为45L/h,甩丝过程中的温度波动范围1450~1520℃,成纤温度波动范围4.61%;成纤过程中甩丝辊的线速度为170m/s。
将成纤后的纤维进行针刺,形成针刺毯,得到可溶陶瓷纤维制品;所述针刺过程中的针刺密度13针/cm2。
按照实施例1的方法,对本发明比较例2制备的针刺毯进行性能检测,检测结果为,本发明比较例2制备的针刺毯的溶解度为219mg/L,抗拉强度35KPa,导热系数0.128W/m.k,<45μm非纤维物质为5.2wt%,>45μm的非纤维物质为46wt%。
由以上实施例可知,本发明通过对熔体流出加热设备物料通道进行改进,进而控制流出熔体温度波动范围不超过150℃;通过对成纤过程中工艺参数的控制,进而保证熔体滴至甩丝辊的温度波动范围为100~200℃;通过对成纤过程中甩丝辊中冷却水流量控制,使甩丝过程中的成纤温度波动范围不超过2%;本发明提供的方法制备得到的可溶陶瓷纤维成品中平均粒径<45μm的粉尘含量<5wt%。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可溶陶瓷纤维制品的制备方法,包括:
将原料进行熔融;
将熔融后的物料进行成纤;
将成纤后的纤维进行针刺形成纤维毯,得到可溶陶瓷纤维制品;所述熔融过程中流出熔体的温度范围波动不超过150℃。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述原料包括:氧化钙、氧化镁和氧化硅。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述氧化钙在原料中的质量含量为28~30%;
所述氧化镁在原料中的质量含量为4.5~6%;
所述氧化硅在原料中的质量含量为64~66%。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述熔融过程中炉体内部温度为1800~2000℃;炉体出料温度为1650~1800℃;熔体流出流量为460~780kg/h。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述熔融在熔融设备中进行;所述熔融设备包括流口体,所述流口体包括流口本体和中间用于流体流出的通道,流口本体外接电路可以进行导电,导电后的流口体与高温熔融液导通,形成电路闭环,通过控制流口体的电流I的大小,控制熔融液流出的温度,对熔体流出的物料通道进行温度调节,保持流出熔体的温度波动范围不超过150℃。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述电流I为100~500A。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述成纤的方法为甩丝成纤。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述甩丝成纤过程中的成纤距离为1~1.5m;所述甩丝成纤过程中采用升降甩丝辊,控制成纤处温度低于流体出口温度100~150℃。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述甩丝成纤过程中调整甩丝辊中冷却水的进水流量为30~40L/h,使甩丝过程中的温度波动范围不超过2%,最终成纤温度为1570~1620℃;所述甩丝成纤过程中甩丝辊的线速度为120~180m/s。
10.一种权利要求1所述的方法制备得到的可溶陶瓷纤维制品。
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