CN1890195A - 一种含有海绵状硅酸针状体的微纤维组合物,以及其制备方法和设备 - Google Patents
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Abstract
描述了一种微纤维组合物,特别适用绝热和绝声,该组合物含有以组合物总重量计含量总重量的70%-99%的海绵状硅酸针状体。更进一步,描述了获得上述组合物的方法和设备。
Description
技术领域
本申请要求了巴西专利申请No.PI0304176-0的优先权,引入该公开的内容作参考。
本发明涉及基本上含有海绵状(spongiaria)硅酸针状体的微纤维结构的组合物,以及其制备方法和设备。上述微纤维组合物,除了其他用途之外,可以用来绝热。其制造的技术涉及到陶瓷工业部门和应用于民用建筑的制造业部门。
背景技术
由纤维构成的组织,例如来自动物的毛发,大部分是好的热绝缘体。因此,用天然纤维制造的各种产品背广泛应用。在动物王国里,有绵羊毛,兔子和其他动物的软毛。在植物王国里,有可以用以制造纸张和纸板的木纤维,和其他例如棉花纤维,可用来制成各种棉织物。在矿物王国,有例如温石棉的产物,通常叫做石棉。
各种纤维合成产品已出现并且有好的绝热和绝声性能。这其中,聚合体的纤维例如尼龙和聚酯比较突出。在为了更高温度而设计的绝缘应用领域,出现了玻璃纤维,“矿石棉”,硅酸钙纤维和所谓的“陶瓷纤维”。
作为纤维体的补充,还有高多孔性的绝缘体,例如来自植物的栓皮,膨胀的聚苯乙烯和聚亚安酯,此外,还有高岭土基和/或硅藻土基的绝缘体。
关注高温纤维绝缘体领域,可以注意到石绒是一种非常有趣的产品,但是今天其应用受到严格的限制,主要是因为其不利于人体健康的问题。由于该产品预计将退出市场,只有前述的合成纤维将留下。
玻璃纤维是相对惰性的产品,并且可以是长、连续或者短的细丝,而且具有化学和物理的均衡性。他们能忍受800℃的温度并且在织物上商品化,但相对昂贵。
硅酸钙纤维没有那么昂贵,但是预计只能应用在不高于600℃的温度,他们也作为织物上或者半-刚性集结体产品出售。
矿石棉来自熔融的玄武岩矿石。他们耐热温度大约在800℃左右,比玻璃纤维便宜。他们作为织物或者半-刚性块而商品化。今天这样的产品经常应用于国内和工业烤炉例如面包店和太阳能加热器的绝缘体。
“陶瓷纤维”是更具折射性(refractive),具有可以忍受从1250℃到1400℃温度的类型,他们中的一些可以忍受甚至更高的温度。他们通常具有硅-铝到多铝的组成,他们的耐火性根据组成的铝含量而提高。还有纯二氧化硅纤维具有很好的耐火性能。制造这种纤维的费用取决于他们在高温下抗退化性。一般来说,所有类型的这种纤维都有好的热绝缘性能。然而,这些纤维,在高温下,会由于熔融被破坏,或者由于玻璃相中的主要方英石再结晶(recristalization)而变脆。陶瓷纤维在长纤维构成的织物中商品化,或者,通常由聚酯粘结剂组成半-刚性的短纤维产品。
作为应用的限制,即使在所谓的“刚性”产品中,陶瓷纤维呈现出低耐压强度或者低弯曲强度和高达8%的高线性收缩,这些可在持续使用时在第一燃烧温度下呈现。此外,考虑到其他高温绝缘体而言,这样的产品是相当昂贵的。
本发明的微纤维组合物包括海绵状(后面的细节将解释)硅酸针状体,看上去象由短的陶瓷纤维组成的合成产品。
海绵状硅酸针状体是圆柱的微针状体,长度属于500μm一类,厚度属于10μm一类,本质上由二氧化硅组成。这样的针状体由于其上述尺寸可以有资格成为纤维或微纤维。该术语将在下文中使用。
所述的海绵状硅酸针状体是一些科学上称为海绵体的某种生物群体的骨骼的残存部分。海绵体是形成了叫做海绵状群体的水中的微小的生物。周而复始,这些群体死亡,留下针状体分布在环境中,沉积在湖床或海底,随着变为化石。这个过程,在相同的生物环境中经历数十年或者数百年,使得这些材料堆积在一起。
海绵体针状物的重要集合体被发现于特殊的地质环境中的沉积堆积物,总是混合着粘土,沙子和其他主要是水中的有机生物材料。在这些材料中富含的岩石地质学上命名为“海绵岩”,正如通常已知的,在巴西,由于它们的表现与优质毛发相似而叫做“barro de pó de mico”或者简单地叫做“mico”。
由海绵状硅酸针状体组成的材料而制成的陶瓷产品是广泛已知的。为了说明,介绍如下:
a)自从巴西被发现以前,一些本土的部落已经使用来自海绵体的材料在陶瓷工艺品上制造非常耐用的罐子用于烹饪食物;
b)巴西的陶器工业存在于几个世纪前,其特别是建立在这些材料的基础上。目前,估计在这个国家有大约50000家庭以此为生,他们以小的团体分散,其中一些团体超过5000居民,他们总是位于这些天然沉积物的附近;
c)由这些材料制成的陶瓷件尤其适宜作砖,因为其高强度,热绝缘性能和一定的耐火性;由于这些优点,他们应用于居民建筑上,及用于制造陶瓷炉,烤架和炭工业炉具上,除此之外,他们平常以“tijolos de mico”或者“tijolos de pó de mico”而知名。
d)采用的配方,例如,用以制造陶瓷件的配方是最各式各样的,其取决于矿石在地点或时间上的可利用性。因此,根据地点或时间,从含量达到50%(重量)的富含微纤维的片到含量只有5%-10%的微纤维较少的片,片件产品的生产变化很多。与矿石中微纤维伴生的粘土和沙子,构成产品的其他组分,很少有例外。这些海绵体微纤维的天然集结体并不足以供应具有很好的绝热和绝声性能的片件。
微纤维被认为是这些材料中的增强部分,因此,具有有用的性能产品,被从微纤维中优化并得以发展,从而达到工业品复合性的水平以满足目前的特殊需要。为了达到目前已知的效果,以下步骤是必须的:
a-发展选矿技术以分离微纤维;
b-试验多种配方和开发和优选方法;
c-系统研究,包括片件成型,和在实验室等级上得到的微纤维组合物的技术特性;
d-工业品等级上的成型和制造技术的发展;
随着这些年对这些材料的研究,已经可以得到更纯的集合体,就是说,生产高浓缩的针状体。采用这些集结体,在工业成型技术的辅助下可以制造高品质的绝缘器件,这也是本发明的目标。
发明内容
本发明的一个目标是提供包括海绵状硅酸针状体的微纤维组合物,其含量范围在70%-99%重量,以组合物的整体重量计算。该含量远远高于现有技术,导致由该组合物制造的器件的内在的物理-化学性能的相应提高。
本发明的另一个目标是提供获得微纤维组合物的方法,和针对获得该组合物的相应的设备。
本发明的目标通过微纤维组合物来达到,尤其适用于热绝缘和声绝缘,特征在于海绵状硅酸针状体的含量在70%-99%重量,含量以组合物的总重量计。
本发明的目标也通过制备微纤维组合物的方法来达到,其包括如下步骤:
a-在摩擦桶中混合微纤维和水,以及至少一种粘合剂;
b-搅拌所述混合物直到形成均匀的浆液;
c-在成型设备中使浆液成型,消除多余水分和粘合剂,得到剩余滤饼;
d-通过固化方法固化剩余滤饼,以得到微纤维组合物;
此外,本发明的目标通过促进剩余滤饼成型的设备来达到,该设备包括:
-模具,在上部与容器相连,下部与防水壁相连;
-所述的模具,进一步在其下部与液体收集罐和残余浆液的出口相连;
该微纤维组合物优于以合成纤维为基础的产品和含有较低含量的硅酸微纤维的产品,最重要体现在在高温使用时的热绝缘性强度和尺寸稳定性上,其中一些在下面列出。
现有技术的一些纤维,例如玻璃纤维,“矿石棉”,硅酸钙纤维,此外,除此之外的其他纤维,耐热温度达到800℃,本发明的纤维组合物显示出在更高温度下的热强度,温度达到1250℃左右。
根据本发明的微纤维组合物,与高岭土/硅藻土线制备的绝热器件相比,可以制造更大和更低密度的器件。
与陶瓷纤维组合物相比:
·本发明的微纤维组合物显示出尺寸稳定性,再烧时线性收缩成型的尺度为1mm/m或者0.10%,反之由陶瓷纤维构成的器件显示出的数值甚至高于4.5%。
·更刚性的陶瓷纤维器件在压力下通常发生变形,不像本发明的微纤维组合物构成的器件,展现出甚至破裂的刚性。
·考虑到强度,测量件具有0.40g/cm3的密度,本发明的微纤维组合物组成的基体展现出分别为0.47MPa的压缩强度值和0.41MPa的防御(fending)强度值,而由陶瓷纤维构成的基体表现出0.25MPa的压缩强度,和实质上无效的弯曲强度数值。
本发明的微纤维组合物构成的器件展现出和那些最好的陶瓷纤维器件非常接近的热绝缘性。例如,在1000℃的热面温度下,由微纤维组合物制成的器件具有0.192W/m.K的热传导率系数,反之,由陶瓷纤维构成的最优化的产品具有0.190W/m.K的热传导率系数。
本发明的微纤维组合物与矿石棉和硅酸钙纤维构成的组合物比较:
·与矿石棉和硅酸钙纤维构成的测试件相比,微纤维组合物具有更高的耐火性数值。
·此外,其在高温下显示出更好的尺寸稳定性。
与高岭土/硅藻土制成的绝缘产品相比:
·由高岭土/硅藻土制成的器件(砖)通常尺寸为224×112×76mm,另一方面,以后文细节所述的制备器件的方法,可以得到包括本发明微纤维组合物的更大尺寸的器件,至少一个维度上每个尺寸数值大于1.0米。
·与现有技术由高岭土/硅藻土制备的组合物相比,可以制造出包括本发明微纤维组合物的器件,其显示出明显低的多的密度。
附图说明
结合具体实施方式以及相应附图,本发明将得到更加详细的描述。附图显示:
·图1描绘制备本发明的微纤维组合物的工业制造流程图;
·图2描绘了制备本发明微纤维组合物的方法所用设备的第一系统图例;
·图3描绘了制备本发明微纤维组合物的方法所用设备的第二系统图例;和
·图4描绘了制备本发明微纤维组合物的方法所用设备的第三系统图例。
具体实施方式
本发明的微纤维组合物由海绵状的硅酸针状体微纤维和粘结剂成分如各种粘土组成。其适用于1250℃或者更高温度下的耐火性的各种用途。
1-海绵状微纤维
微纤维必须清洁,分散和根据尺寸分类,以此可以应用于本发明的组合物中。
为了从天然杂质中工业性地分离出微纤维,必须处理矿石。处理过程包括水合,采用化学分散剂研磨,从而得到含有颗粒随后被分类的浆液。沙子和细的残留物分别采用离心分离和放置的手段去除。
微纤维可以具有各种形状,即,它们的组成可以是完整的或者碎片状的原始针状体,或者混合,或者没有,只要它们显示出如下列出的性能和特征。
密度 | 2.0-2.2g/cm3 |
最大长度 | 大约500μm |
平均长度 | 大约200μm |
平均厚度 | 大约10μm |
长/厚比 | 10到20 |
外观 | 直线,透明,刚性微针 |
矿物组成 | 无定型二氧化硅,和其可能显示有痕量方石英 |
形态学组成 | 带空心孔的针状(针),圆柱状,非常平滑,整体上两端逐渐变细 |
化学组成 | 基本上SiO2(煅烧后超过98%),和来自于粘土污染物的Al2O3杂质 |
热失重 | 6-9%的挥发组分(水和二氧化碳) |
示温熔锥 | 1740-1760℃ |
根据上述的性能和特征,海绵状针状体是针或针形的,最大长度是0.5毫米,透明,刚性,由无定型二氧化硅和挥发组分组成。10-20倍的长厚比和小于0.5mm的长度使得他们技术上可被称为纤维或者微纤维。
2-微纤维组合物
如前所述,微纤维组合物具有微纤维结构和基本上由海绵状硅酸针状体组成。其主要具有如下特征:
表观密度范围 | 从0.06到1.20g/cm3 |
平均表观密度 | 0.50g/cm3 |
孔隙率范围 | 45-95% |
平均孔隙率 | 70% |
最大示温熔锥 | 1740℃ |
矿物组成 | 微纤维:超过70%,粘结剂:少于30% |
化学组成 | SiO2(煅烧后):超过80%,Al2O3+Na2O+FeO+其他:少于20% |
热失重 | 0-10% |
注意:微纤维组合物的机械性能取决于其中采用的粘结剂成分。
粘结剂成分的功能是提供微纤维的粘附性。在本组合物中采用的主要的粘结剂成分是:含铝粘土,高岭土,含蒙脱石粘土,混合粘土,胶体二氧化硅和硅酸。然而,其他的粘结剂也是可以的,只要它们的性质能满足上述微纤维组合物的配制需要。
进行的试验相对成功的有:含铝粘土,高岭土,含蒙脱石粘土,混合粘土或它们的混合物,和此外的胶体二氧化硅。其中的选择取决于微纤维组合物的最终目标。在高温的热绝缘体应用领域,例如可以采用含高岭土粘土或含铝粘土,而含蒙脱石粘土适用于低温。
固化所述微纤维组合物的方法也是变化的,取决于选择的粘结剂。该过程可以操作于:开放的空气中,烤箱或煅烧炉中。
微纤维组合物的表观密度是微纤维特殊排列的函数,也是平均尺寸分布的函数。通常得到的数值是在0.40-0.60g/cm3之间。为了得到更低的数值,需要采用打开微纤维网孔的步骤,例如通过加入含挥发性成分的填充物打开微纤维网孔,为了得到更高的数值,需要通过振动步骤产生与使聚集体密度近似的效果。通过这种方式已经得到了从0.06到1.2g/cm3的数值。
孔隙率是和表观密度成反比,该例子中,具有很高的数值,变化范围为45%到95%。
微纤维组合物的熔融温度取决于采用的粘合剂类型。基本上是硅酸性质的微纤维具有接近石英熔点的熔点,范围在1740-1760℃。由胶体二氧化硅粘结,微纤维组合物表现出与此值更接近的熔融强度。通过高岭土粘结,例如,熔点在1550-1600℃。含铝粘土允许有更高熔点,范围在1600-1650℃。由蒙脱土粘结,其熔点减少到1350℃左右。
微纤维组合物的机械性能也取决于使用的粘结剂类型。对高机械性能不感兴趣的目标是用于“备用”加热炉的某些热绝缘器的情况,就是说,那些热绝缘器并不从炉子中最热区域直接受热。另一方面,也有一些情况中,强度是重要的。可以获得有效的结果,例如,通过用在高温消毒的高岭土粘土作为粘结剂得到的器件,达到1.0MPa的弯曲压力和0.50g/cm3的表观密度,与市场上可得到的绝缘器相比,这是令人惊讶的数值。在下表中,给出了一些使用各种粘结剂,在1250℃下煅烧后的结果。
粘结剂种类 | 表观密度g/cm3 | 冷压强度(MPa) | 弯曲强度(MPa) |
高岭土粘土 | 0.69 | 1.80 | 1.04 |
含铝粘土 | 0.70 | 2.27 | 1.17 |
蒙脱石粘土 | 0.75 | 4.95 | 2.56 |
胶体二氧化硅 | 0.82 | 0.95 | 0.26 |
可以看到,当希望得到高强度数值时,在微纤维组合物中所用的最好的粘结剂组分是蒙脱石粘土。
出了由各种类型的粘结剂成分配置带来的强度变化之外,最终微纤维组合物的表观密度带来一些自然的其他变化。下表描绘了在1250℃煅烧后得到的抗压强度,测试件的粘结剂是高岭土粘土。
表观密度(g/cm3) | 冷压强度(MPa) |
0.20 | 0.15 |
0.30 | 0.40 |
0.40 | 1.00 |
0.50 | 1.80 |
0.60 | 2.60 |
可以推断的是,当微纤维组合物采用高岭土粘土作为粘结剂时,冷压强度随着表观密度的提高而成比例地提高。
微纤维组合物通常含有至少70%的微纤维,其他是粘结剂成分。大多数产品中,微纤维含量高过90%,达到组合物的99%,其他是粘结剂成分,其围绕微纤维形成非常细的薄膜。
关于化学组成,二氧化硅的量在约80%到约99.0%之间,当采用硅酸类化学粘结剂例如胶体二氧化硅时可以得到后者的值。
2.1微纤维组合物实施例
微纤维组合物主要是由微纤维和粘结剂组成,纤维是主要成分,含量范围在70-99%。微纤维组合物实施例如下描述(重量数值,干燥基准)
例子 | 纤维含量(重量%) | 粘结剂类型(重量%) |
1 | 70-95% | 5-30%,高岭土粘土 |
2 | 70-95% | 5-30%,含铝粘土 |
3 | 75-97% | 3-25%,蒙脱石粘土 |
4 | 70-95% | 5-30%,混合粘土 |
5 | 82-99% | 1-18%,硅胶 |
用于产品制造的常用的组合物具有非常好的绝热和绝声性能,其优选含有约90%重量的微纤维。在胶体二氧化硅粘结剂的例子里,这个数量随之变为96%。
下面给出一些更适合工业的例子,即:
例子 | 粘结剂类型 | 微纤维含量(重量%) | 粘结剂组分含量(重量%) |
1 | 高岭土粘土 | 90 | 10 |
2 | 胶体二氧化硅 | 96 | 4 |
上述例子是本发明的微纤维组合物的优选实施方式,但是不局限于此。因此许多组成变化都可以在随后的权利要求限定的保护范围内实施。
3-制备微纤维组合物的方法
图1中描绘了制备微纤维组合物的方法,包括下述步骤:
a)水和至少一种粘结剂混合,水的比例为80-90%,其他为粘结剂,得到称为料浆的浆液;
b)加入预先清洁和疏松的纤维1,在摩擦桶2中加入比例为1∶3到1∶5的浆液,提供通过由减速机械驱动的旋转翼,使其混合并均匀化,以形成均匀的浆液4;
c)浆液4通过管线进入成型设备5,在其中微纤维聚集体的形状和稠度可被检测,沉降法可以选择振动或不振动,也可以根据装置5的类型选择采用压力或真空过滤,细节随后详述;
d)在成型设备5中,湿的残余滤饼6形成为密度为0.8-1.0g/cm3的纤维排列,其根据残余滤饼6的通风程度而变化,该操作可以在特殊的塔盘上进行,包含水和残余的粘结剂组分3的混合物被除去或者进入再循环回收利用;
e)残余滤饼6将经过固化过程7,该过程优选在烤箱中干燥操作,滤饼6的干燥会提供产品的刚性,授予它们强度,形成微纤维组合物;
任选地,经固化过程7得到的微纤维组合物可以随后在陶瓷炉中经历温度达到800℃的烧结过程8。该过程适合于在微纤维组合物中粘结剂为应该高温烧结的粘土。烧结过程8可以是采用隧道炉或者滚道炉的连续型设备,或者是利用各种类型的炉子,例如传统地叫做“坛子炉”的或者其他的间歇型设备。
此外,固化的微纤维组合物,依据应用领域的需要,可以机械性地调整,借以消除超过现有尺寸的偏差和缺陷。这样的研磨9利用磨床实现。
4-制备微纤维组合物的设备
方法,总结为三条:
a)沉淀包括“简单”或“带有振动”的变体;
b)在压力下过滤,和;
c)真空过滤。
沉淀过程由叫做模具的容器中存在的浆液的物理活动构成,每次操作的时间间隔大约在20分钟,导致由微纤维缠结成型的相对硬的基体。沉淀过程可以加入振动,促进纤维间的空隙减少,产生密度相对更大的微纤维组合物。这种根据采用的粘结剂和目标用途而得到的器件,应该被制造的刚硬或者通过在开放的空气中或者离子炉中干燥来固化,这样的干燥可以或不用后续在高温下的烧结。该方法的细节将随后详细描述。
另一方面,压力-过滤方法用于获得过滤滤饼,其通过将含有粘结剂和微纤维的浆液经半透性隔离膜在压力下通过的方式来获得滤饼,半透性膜通常是细网,容纳微纤维和部分粘结剂。这样的滤饼是湿的,坚实程度为其能通过结合半透性隔离膜的模具加工成型。压力由将压缩空气注入与细网搭接的钟罩中提供,或者另外施力泵取浆液。该方法的细节将随后详细描述。
最后,真空过滤过程和前述过程相近,区别在于过滤加速介质是真空,其应用于位于半透性隔离膜之下的密封腔内。根据取决于粘结剂组分的选择和根据目的需要,这样制备的滤饼也需要干燥和高温煅烧。
所有前述的三个方法的剩余浆液都是被回收后可以再利用,消耗的粘结剂组分需要补充。
4.1方法和设备的第一实施方式-沉淀过程
微纤维组合物可以通过叫做沉淀过程的方法得到,其要点在于对包含微纤维的奖掖的处理,其中也混合了水和粘结剂。
成型可以通过简单的沉淀过程形成,其中根据浆液粘度,颗粒沉积速度范围在0.5-2.0cm/min之间,互相紧接地停留在模具的底部形成沉淀滤饼。另一方面,就有振动的沉淀来说,与简单沉淀不同,它由机械,电子和超声振动器提供从0.02Hz到40KHz的振动频率。这样的振动,应用到模具,可以传递到沉淀的滤饼,压实它并产生不同于由简单沉淀而获得的产品。
在这个过程的结尾,上面的浆液与微纤维分离,可被除去。在模具位于较低部位包含细网的情况下,浆液可以经连接到模具的真空腔和压力腔提供的重力或者外力倾泻所得的滤饼而除去。在选择了非渗透性的模具的情况下,残余浆液经泵或流出口排出。底部沉淀的微纤维在单一、有渗透性的滤饼里错综排列,显示出0.8到1.0g/cm3的密度,其随着残余滤饼的通风程度而变化,该操作在相关的特殊塔盘上进行。
图2中,显示带或不带振动的为通过沉淀得到的压制件设计的设备的简图,通过倾泻沉淀的滤饼除去残余浆液。
该设备包括模具10,在其上部保存微纤维组合物的混合物,采用容器11,以便保存更大量的浆液4。在模具的较低的部位具有一个由非常细的网构成的隔离物12,其使得沉淀材料中的可渗透液体流出非常缓慢。隔离物12下面,有液体收集槽13,焊接在模具10上,槽13有流出残余液的孔连接泵14,在它的底部,有一个连接的振动器15。整个设备由弹性装置16支撑,该弹性装置可由高强的螺旋弹簧或者橡胶垫组成并安装在槽13的底部。
模具10可以是任何形状,只要它能容纳包括微纤维和粘结剂(多种)的浆液的体积。尤其是,模具10是尺寸为1.40m×0.70m的三角形。容器11可以是适合设备应用的的任何形状,也就是说,它可以根据待处理的浆液体积相应地提供空间。为了提供更好的液体滞留,包括得到更少水的产品,网12优选非常细,但是网眼孔径可以根据最终得到的产品而变化。优选,采用由不锈钢制备的60-200目的网筛。液体收集槽13具有收集从初始滤饼除去的液体的功能,因此,形状和尺寸不相关。
造型操作中,包含已知数量的微纤维和粘结剂的(由图1中的系统化的方法获得)浆液4被放到模具10中。浆液4保持沉淀时间间隔范围为20到30分钟,以便得到颗粒的全部沉淀并示残余液体通过网12流出,经槽13收集并由出口14除去。此刻,开动振动器15提供振动,使得整个装置由于弹性装置16而振动,装置16优选是由螺旋弹簧组成,借以使沉淀的滤饼密实。
为了移走这里形成的中间产品,可以采用手工技术或者合适的机械。移走中间产品而采用的手工技术是放至一个优选金属的或木制的塔盘,将其固定在模具的侧面,旋转整个设备并在框架上支撑整个塔盘。一旦完成,塔盘被解除,脱离模具过滤片得的同时该设备在框架上升起。该技术可以机械操作,为此,你需要的全部就是通过起重机连接到整个设备上的旋转装置和通过用于收集包含器件的塔盘的平台解除塔盘的机械装置,该装置通过机械动作垂直移动。转移中间产品的技术的最佳选择依据制件的类型和尺寸而定。
4.2方法和设备的第二种变化-压力过滤过程
压力过滤方法要点在于提供压力至包括微纤维的浆液,随后通过具有小孔的隔离物向孔口施力,产生过滤好的,湿而均匀的可被加工的滤饼(密度为0.81.0g/cm3,根据剩余滤饼的通风程度而变化),其形状根据与隔离物相连的模具而定。
压力过滤是一个间歇过程,提供压力为0.5kg/cm2,从而促进该过程的加速。该操作要点在于通过具有小于0.30mm小孔的隔离物向通过的浆液施加外力。该隔离物可以是由钢,有机材料例如纤维,编制物(sleeves)或塑料网,或其他适合过滤的滤纸制成的网。两种机械装置用来提供压力:通过泵压浆液而引进压缩空气或液压;后面的例子与套筒(sleeve)过滤器得过滤相近。提供的压力依据所选的机械装置而定,通常所有压力值为0.2到10.0kg/cm2。
在压力过滤的结尾,微纤维变成具有一定粘稠度的湿滤饼(密度范围0.8到1.0g/cm3),从而可以随后在特殊的塔盘上处理。另一方面,由过滤产生的包含水和粘结剂组分的混合物可以除去或者进入再循环利用。
图3中,描绘出由压缩空气驱动的过滤器示意图。过滤器通常由两个主要部分组成:上面的钟罩17和模具18。上面的钟罩17是足够大的能容纳过滤操作的浆液4的体积的容器,插入一个输入管19,其具有一个连接的隔膜19a,该膜在上面的钟罩17加压时自动关闭。在上面的钟罩17上还有一个用于压缩空气和安全压力计的入口20。
模具18是加固件,在其底部有一个细网22和一个更低的收集残液23的容器,其中安有管子24以便排出这种残液浆液。在上面的钟罩17和模具18之间有一个可移动的用于连接和分离两者的卡爪25。
过滤操作中,其体积经预先估算的浆液4,经输入管19进入机器中直到达到所预计的量为止。注入控制压力的压缩空气,其启动隔膜19a,隔膜关闭和向上面的钟罩17增压。压力迫使液体通过单一出口,即位于模具18下部的网22,在所述网22上形成滤饼,残余浆液流入更低的容器23,由排出管24排出。
当只有压缩空气从排出管24中出现时,过滤过程结束。此时,压缩空气进口应当关闭,分离活动卡爪25,上部的钟罩17和过滤器应该被移除。
模具18可以是任何形状,只要可以容纳包括微纤维和粘结剂组分的浆液体积。容器17和23可以是任何适用于该设备的形状,就是说,可以根据需要处理的浆液体积决定相应的空间。为了保证液体更好的滞留,产出带有更少水的产品,网22优选非常细,但是孔径可以根据即将得到的最终产品而变化。优选,采用目数在60-200目之间的不锈钢制备的网。
模具18象钟罩17一样,尤其具有矩形形状,尺寸为1.40×0.70m,密封以防液体或压缩空气得泄漏。其由坚固的厚度为至少5mm的钢件组成,使其可以忍受高压。活动卡爪25是非常坚固的器件,足以抵抗高于15吨的压力。
4.3设备的第三种变化-真空过滤
真空过滤过程是一个中间过程,其中真空引起来过滤过程加速。该过程包括用外力使浆液通过具有小于0.30mm孔的隔离物。这种隔离物可以是钢,有机材料例如纤维,编制物(sleeves)或者塑料网,或者其他的合适的滤纸。
在位于隔离物下面的密闭的腔中,提供真空,以便带来浆液通过隔离物的吸力。微纤维停留在隔离物上,其他液体则通过新形成的滤饼沉淀到更低的腔室中。当整个上面的液体被吸完只有空气通过滤饼时该过程结束。
真空由这些设备中的常规真空泵提供。为了该过程的推动力和速度,工厂车间应该设有能收集不同负压的大量液体的储液器。
过滤的结尾,微纤维变为具有一定粘稠度的湿滤饼(密度为0.8-1.0g/cm3),从而可以随后在特殊的塔盘上处理。另一方面,由过滤产生的包含水和粘结剂组分的混合物可以除去或者进入再循环利用。
图4中,给出了真空操纵的过滤器的示意图。它主要是由三部分组成:浆液储液器26,模具27和真空腔29。
储液器26是一个顶部完全开放的容器,大到足以容纳过滤过程中的浆液体积,其底部与模具27连接。模具27在其较低部位由隔离物28封闭,隔离物可以是,例如非常细的网筛。隔离物28下面,有一个密封腔,叫做真空腔29,其具有一个连接的膈膜30,该膈膜当腔内变为真空时自动关闭。为了使腔29内变为真空,需要引入连接腔29和真空储液器32的真空管31。为了更好的在过滤过程中操控真空,腔29内安装了真空量表33。
过滤操作中,预先估算了体积的浆液4引入到储液器26种,直到达到预先确定的量。真空通过导管31产生,导致真空腔29内不同的负压,其导致膈膜30依次关闭,从而使真空腔29内压力下降。贯穿模具27内,真空产生液体吸力,迫使液体通过位于模具27以下的隔离物28,在所述的隔离物28上形成滤饼。残余液在真空腔29内收集。
当滤饼上不再有上层液体时过滤结束。此时,通过置于真空管31中的真空表来关闭真空,真空腔29现在处于大气压下,释放横膈膜30从而允许聚集的液体流出。
滤饼可以从模具中取出。为此必须使用机械装置旋转整个装置使得在特殊塔盘上的滤饼在重力作用下移动。
模具27可以具有任何形状,只要其能够容纳包括微纤维和粘结剂组分(多种)的浆液体积即可。尤其是,模具27为尺寸为1.40m×0.70m的矩形。容器26可以是任何适用于设备的形状,就是说,其根据需要处理的浆液体积决定空间。隔离物28优选为目数为60-200目的不锈钢网。
过滤操作不意味着沉淀过程,与后者不同在于其迅速,并且根据设备的自动化和调整程度,它通常可以在短于3分钟的间隔内获得滤饼。
Claims (46)
1.一种微纤维组合物,尤其适用于热绝缘,特征在于包括含量范围在70-99%重量的海绵状微纤维硅酸针状体,以组合物的总重计。
2.如权利要求1所述的微纤维组合物,特征在于包括含量范围在90-99%重量的海绵状硅酸针状体,以组合物的总重计。
3.如权利要求2所述的微纤维组合物,特征在于包括含量范围在90-96%重量的海绵状硅酸针状体,以组合物的总重计。
4.如权利要求1,2或3任一所述的微纤维组合物,特征在于微纤维具有从2.0到2.2g/cm2的密度。
5.如权利要求1到4任一所述的微纤维组合物,特征在于微纤维具有大约200μm的长度。
6.如权利要求1到5任一所述的微纤维组合物,特征在于微纤维具有大约10μm的厚度。
7.如权利要求1到6任一所述的微纤维组合物,特征在于微纤维具有范围为10到20的长厚比。
8.如权利要求1到7任一所述的微纤维组合物,特征在于微纤维主要由二氧化硅组成。
9.如权利要求1到8任一所述的微纤维组合物,特征在于微纤维由至少98%的二氧化硅组成,其余为杂质。
10.如权利要求1到9任一所述的微纤维组合物,特征在于微纤维是透明的。
11.如权利要求1到10任一所述的微纤维组合物,特征在于包括至少一种粘结剂成分。
12.如权利要求11所述的微纤维组合物,特征在于粘结剂成分的用量范围为1%到30%重量,以组合物的总重计。
13.如权利要求12所述的微纤维组合物,特征在于包括的粘结剂成分用量范围从1%到10%重量,以组合物的总重计。
14.如权利要求11所述的微纤维组合物,特征在于粘结剂选自以下物质组成的组:含铝粘土,高岭土粘土,蒙脱石粘土,混合粘土,胶体粘土和硅酸。
15.如权利要求1到14任一所述的微纤维组合物,特征在于其熔融温度范围为1250到1760℃。
16.如权利要求1到15任一所述的微纤维组合物,特征在于其表观密度范围从0.06到1.20g/cm3。
17.如权利要求16所述的微纤维组合物,特征在于其表观密度范围从0.40到0.60g/cm3。
18.如权利要求17所述的微纤维组合物,特征在于其表观密度为0.5g/cm3。
19.如权利要求1到18任一所述的微纤维组合物,特征在于其孔隙率范围在45-95%。
20.如权利要求19的微纤维组合物,特征在于其孔隙率为70%。
21.如权利要求1到20任一所述的微纤维组合物,特征在于其经历固化过程。
22.制备如权利要求1至21任一所述的微纤维组合物的方法,特征在于包括如下步骤:
a)在摩擦桶(2)中混合微纤维(1)和水,以及至少一种粘结剂组分(3);
b)搅拌所述混合物直到形成均匀的浆液(4);
c)在成型设备(5)中成型浆液(4)以除去多余水分和粘结剂组分(3),得到残余滤饼(6);
d)通过固化过程(7)固化滤饼(6),得到微纤维组合物。
23.如权利要求22所述的方法,特征在于,在成型设备中,浆液(4)经历沉淀过程。
24.如权利要求23所述的方法,特征在于沉淀过程是简单类型的沉淀过程。
25.如权利要求23所述的方法,特征在于沉淀过程是振动类型的沉淀过程。
26.如权利要求22所述的方法,特征在于在成型设备中,浆液(4)经历压力过滤过程。
27.如权利要求22所述的方法,特征在于在成型设备中,浆液(4)经历真空过滤过程。
28.如权利要求22至27任一所述的方法,特征在于固化过程(7)是在烤箱中干燥。
29.如权利要求22至27任一所述的方法,特征在于固化过程(7)是在露天中干燥。
30.如权利要求22至27任一所述的方法,特征在于固化过程(7)是在炉子中煅烧。
31.如权利要求22至30任一所述的方法,特征在于微纤维组合物经历烧结过程(8)。
32.如权利要求31所述的方法,特征在于烧结过程(8)的温度高于800℃。
33.如权利要求31和32任一所述的方法,特征在于在微纤维组合物经历烧结过程(8)后,经历研磨过程(9)。
34.如权利要求33所述的方法,特征在于微纤维组合物的研磨(9)采用金刚石锯进行。
35.如权利要求33所述的方法,特征在于微纤维组合物的研磨(9)采用砂轮进行。
36.促进残余滤饼(6)成型的设备,特征在于包括:
-一个模具(10,18,27),在其上部,与一个容器相连(11,17,26),和在其下部,与一个隔离物相连(12,22,28);
-所述模具,进一步在其下部,与一个液体收集器(13,23,29)和一个残余滤液(14,23,30)排出口相连。
37.如权利要求36所述的设备,特征在于隔离区(12,22,28)是网。
38.如权利要求37所述的设备,特征在于网(12,22,28)是由不锈钢制备,其目数为60-200目。
39.如权利要求36所述的设备,特征在于包括振动器(15)。
40.如权利要求39所述的设备,特征在于包括弹簧装置(16)。
41.如权利要求36所述的设备,特征在于包括压力输入管(19)。
42.如权利要求36所述的设备,特征在于包括真空导管(31)。
43.如权利要求41所述的设备,特征在于在容器(17)中包括压缩空气入口(20)。
44.如权利要求43所述的设备,特征在于包括残余滤液排泄管(24)。
45.如权利要求36所述的设备,特征在于包括隔膜(19a,30)。
46.如权利要求36所述的设备,特征在于包括测量装置(21,33)。
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