專利名稱：一種鎂硅陶瓷纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷纖維技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種鎂硅陶瓷纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)硅酸鋁陶瓷纖維在生產(chǎn)、使用及用后拆卸過程中產(chǎn)生的細(xì)小粉塵顆粒，被人體吸入呼吸系統(tǒng)后，很難被人體體液所降解，將誘發(fā)呼吸系統(tǒng)炎癥，甚至癌變。對(duì)失去使用性能的廢硅酸鋁纖維，通常采用填埋等方法處理，由于其化學(xué)性能穩(wěn)定，很難被降解，同樣會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，國(guó)際癌癥研究協(xié)會(huì)將硅酸鋁陶瓷纖維劃為可能致癌物分類。國(guó)內(nèi)外研究者相繼研究開發(fā)了可溶陶瓷纖維的系列產(chǎn)品，如鎂硅陶瓷纖維。鎂硅陶瓷纖維通常是原料經(jīng)過高溫熔融后，采用噴吹或甩絲的方式制備纖維；纖維組成中較高含量氧化鎂的存在，使得其在人體體液中具有較高的生物降解速率；該類纖維組成中較高含量二氧化硅 和氧化鎂的存在，使得纖維具有較高的使用溫度。但是，當(dāng)前鎂硅陶瓷纖維的制備和性能仍存在一些不足。比如，受組成特性限制，原料的熔化溫度范圍較高、高溫熔體粘度大，而且成纖過程中粘度變化速率不易控制，因而成纖操作過程的難度較大；纖維在高溫使用過程中，易發(fā)生析晶、粉化，進(jìn)而導(dǎo)致纖維使用壽命降低等。另外，天然大理石在加工過程中產(chǎn)生了大量的廢料石材邊角料和石粉。目前，石材邊角料已得到充分的再利用，但對(duì)于石粉還沒有較好的處理方法，只能將其堆積起來(lái)。簡(jiǎn)單的堆積處理，不但造成土地和資源的浪費(fèi)，而且會(huì)污染水源和當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量。因此，正確處理和利用這些石粉廢料，進(jìn)行資源化合理開發(fā)，具有非常重要的意義。目前生產(chǎn)中為了解決鎂硅陶瓷纖維成纖操作難度大的問題，通常在組成中引入氧化鋯、氧化鈦或稀土金屬氧化物，但隨之帶來(lái)的是纖維其他性能的降低，如纖維直徑過大或過小、機(jī)械強(qiáng)度降低、高溫線收縮增大、生物降解速率降低等?？傊?，目前在鎂硅陶瓷纖維的制備技術(shù)中仍存在一定的不足生產(chǎn)成本較高、原料熔化溫度較高、成纖過程操作難度較大和纖維使用性能有待提高等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供一種生產(chǎn)成本低、熔化溫度較低和成纖過程易于操作的鎂硅陶瓷纖維的制備方法。用該方法制備的鎂硅陶瓷纖維的使用溫度較高和生物降解速率大。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
先以l 10wt%的廢棄大理石石粉、15 40wt%的鎂橄欖石粉、2 8wt%的鈉長(zhǎng)石粉或鉀長(zhǎng)石粉、4(T70wt%的石英砂粉和f 3wt%的工業(yè)三聚磷酸鈉為原料混合，壓制成坯體，在1000 13001條件下熱處理60 90min ；
再將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加所述原料廣5被％的工業(yè)氯化鎂和
0.5 3wt%的工業(yè)淀粉，混合均勻；
然后將混合均勻的物料置于電阻爐中，升溫至150(Tl70(rC，熔融后直接甩絲，得到陶瓷纖維；
最后將陶瓷纖維在60(T90(TC條件下熱處理f 4小時(shí)，即得鎂硅陶瓷纖維。在上述技術(shù)方案中
廢棄大理石石粉的粒度為80 120目，其中CaCO3含量大于50wt% ；
鎂橄欖石粉的粒度為40 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為25 35wt%，MgO為50 65wt%，CaO 為 0. 5 2wt%，F(xiàn)e2O3 小于 8wt% ；
石英砂粉的粒度為40 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為9(T99wt%，F(xiàn)e2O3小于0. 05wt% ；
鈉長(zhǎng)石粉的粒度為40 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為63 70wt%，Al2O3為 16 25wt%，Na2O 為 9 15wt% ；
鉀長(zhǎng)石粉的粒度為40 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為64 69wt%，Al2O3為16 23wt%，K2O 為 9 18wt% ；
工業(yè)三聚磷酸鈉的粒度為80 120目；其中Na5P3Oltl含量大于90wt% ；
工業(yè)氯化鎂的粒度為80 120目；其中MgCl2含量大于40wt% ；
壓制的壓力為35 45MPa。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下積極效果
1、本發(fā)明的熔化溫度低，成纖范圍內(nèi)熔體粘度變化平緩，成纖過程易于控制；
2、本發(fā)明采用的原料價(jià)格低廉，生產(chǎn)成本低，具有很大的產(chǎn)業(yè)化前景；
3、本發(fā)明制備的鎂硅陶瓷纖纖維表面光滑、機(jī)械強(qiáng)度高，使用溫度大于1200°C，生物降解速率大于150ng/ (cm2 h)。因此，本發(fā)明具有熔化溫度低、成纖過程易于操作和生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)；所制備的鎂硅陶瓷纖維的表面光滑、機(jī)械強(qiáng)度高、使用溫度較高和生物降解速率較大。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式
的原料統(tǒng)一描述如下，各實(shí)施例中不再贅述 廢棄大理石石粉的粒度為80 120目，其中CaCO3含量大于50wt% ；
鎂橄欖石粉的粒度為40 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為25 35wt%，MgO為50 65wt%，CaO 為 0. 5 2wt%，F(xiàn)e2O3 小于 8wt% ；
石英砂粉的粒度為40 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為9(T99wt%，F(xiàn)e2O3小于0. 05wt% ；
鈉長(zhǎng)石粉的粒度為40 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為63 70wt%，Al2O3為16 25wt%，Na2O 為 9 15wt% ；
鉀長(zhǎng)石粉的粒度為40 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為64 69wt%，Al2O3為16 23wt%，K2O 為 9 18wt% ；
工業(yè)三聚磷酸鈉的粒度為80 120目；其中Na5P3Oltl含量大于90wt% ；
工業(yè)氯化鎂的粒度為80 120目；其中MgCl2含量大于40wt% ；
壓制的壓力為35 45MPa。實(shí)施例I一種鎂硅陶瓷纖維及其制備方法。先以6 10wt%的廢棄大理石石粉、3(T40wt%的鎂橄欖石粉、5(T60wt%的石英砂粉、2飛wt%的鉀長(zhǎng)石粉、l 2wt%的工業(yè)三聚磷酸鈉為原料混合，壓制成坯體，在100(ril50°C條件下熱處理6(T90min ；
再將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加所述原料廣3被％的工業(yè)氯化鎂和
0.5^1. 5wt%的工業(yè)淀粉，混合均勻；
然后將混合均勻的物料置于電阻爐中，升溫至150(Tl70(rC，熔融后直接甩絲，得到陶瓷纖維；
最后將陶瓷纖維在80(T90(TC條件下熱處理2 3小時(shí)，即得鎂硅陶瓷纖維。本實(shí)施例所制備的鎂硅陶瓷纖維纖維表面光滑，機(jī)械強(qiáng)度高，使用溫度大于 1200°C，生物降解速率大于150ng/(cm2 h)。實(shí)施例2
一種鎂硅陶瓷纖維及其制備方法。先以l 4wt%的廢棄大理石石粉、15 25被％的鎂橄欖石粉、6(T70wt%的石英砂粉、4 8wt%的鈉長(zhǎng)石粉、2 3wt%的工業(yè)三聚磷酸鈉為原料混合，壓制成坯體，在110(Tl20(TC條件下熱處理6(T90min ；
再將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加所述原料2 4被％的工業(yè)氯化鎂和I 2wt%的工業(yè)淀粉,混合均勻；
然后將混合均勻的物料置于電阻爐中，升溫至150(Tl70(rC，熔融后直接甩絲，得到陶瓷纖維；
最后將陶瓷纖維在60(T70(TC條件下熱處理3 4小時(shí)，即得鎂硅陶瓷纖維。本實(shí)施例所制備的鎂硅陶瓷纖維纖維表面光滑、機(jī)械強(qiáng)度高，使用溫度大于1200°C，生物降解速率大于180ng/(cm2 h)。實(shí)施例3
一種鎂硅陶瓷纖維及其制備方法。先以:T7wt%的廢棄大理石石粉、22 30wt%的鎂橄欖石粉、56 65wt%的石英砂粉、2 5wt%的鈉長(zhǎng)石粉、I 2wt%的工業(yè)三聚磷酸鈉為原料混合，壓制成坯體，在120(Tl30(rC條件下熱處理6(T90min ；
再將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加所述原料:3 5被％的工業(yè)氯化鎂和2 3wt%的工業(yè)淀粉，混合均勻；
然后將混合均勻的物料置于電阻爐中，升溫至150(Tl70(rC，熔融后直接甩絲，得到陶瓷纖維；
最后將陶瓷纖維在70(T80(TC條件下熱處理f 2小時(shí)，即得鎂硅陶瓷纖維。本實(shí)施例所制備的鎂硅陶瓷纖維，纖維表面光滑、機(jī)械強(qiáng)度高，使用溫度大于1200°C，生物降解速率大于180ng/(cm2 h)。實(shí)施例4
一種鎂硅陶瓷纖維及其制備方法。先以8 10wt%的廢棄大理石石粉、35 40wt%的鎂橄欖石粉、4(T50wt%的石英砂粉、4 8wt%的鉀長(zhǎng)石粉、2 3wt%的工業(yè)三聚磷酸鈉為原料混合，壓制成坯體，在100(ril00°C條件下熱處理6(T90min ；
再將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加所述原料廣2被％的工業(yè)氯化鎂和
0.5 lwt%的工業(yè)淀粉,混合均勻；
然后將混合均勻的物料置于電阻爐中，升溫至150(Tl70(rC，熔融后直接甩絲，得到陶瓷纖維；
最后將陶瓷纖維在60(T70(TC條件下熱處理2 3小時(shí)，即得鎂硅陶瓷纖維。本實(shí)施例所制備的鎂硅陶瓷纖維，纖維表面光滑、機(jī)械強(qiáng)度高，使用溫度大于1200°C，生物降解速率大于200ng/(cm2 h)。實(shí)施例5
一種鎂硅陶瓷纖維及其制備方法。先以疒5wt%的廢棄大理石石粉、28 35wt%的鎂橄欖石粉、55 65wt%的石英砂粉、3 6wt%的鉀長(zhǎng)石粉、I 2wt%的工業(yè)三聚磷酸鈉為原料混合，壓制成坯體，在115(Tl250°C條件下熱處理6(T90min ；
再將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加所述原料2 4被％的工業(yè)氯化鎂和 2 3wt%的工業(yè)淀粉，混合均勻；
然后將混合均勻的物料置于電阻爐中，升溫至150(Tl70(rC，熔融后直接甩絲，得到陶瓷纖維；
最后將陶瓷纖維在80(T90(TC條件下熱處理2 3小時(shí)，即得鎂硅陶瓷纖維。本實(shí)施例所制備的鎂硅陶瓷纖維，纖維表面光滑、機(jī)械強(qiáng)度高，使用溫度大于1200°C，生物降解速率大于150ng/(cm2 h)。實(shí)施例6
一種鎂硅陶瓷纖維及其制備方法。先以疒9wt%的廢棄大理石石粉、3(T40wt%的鎂橄欖石粉、45 55wt%的石英砂粉、3 7wt%的鈉長(zhǎng)石粉、I 2wt%的工業(yè)三聚磷酸鈉為原料混合，壓制成坯體，在120(Tl30(rC條件下熱處理6(T90min ；
再將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加所述原料4 5被％的工業(yè)氯化鎂和I 2wt%的工業(yè)淀粉,混合均勻；
然后將混合均勻的物料置于電阻爐中，升溫至150(Tl70(rC，熔融后直接甩絲，得到陶瓷纖維；
最后將陶瓷纖維在70(T80(TC條件下熱處理3 4小時(shí)，即得鎂硅陶瓷纖維。本實(shí)施例所制備的鎂硅陶瓷纖維，纖維表面光滑、機(jī)械強(qiáng)度高，使用溫度大于1200°C，生物降解速率大于200ng/(cm2 h)。本具體實(shí)施方式
與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下積極效果
1、本具體實(shí)施方式
的熔化溫度低，成纖范圍內(nèi)熔體粘度變化平緩，成纖過程易于控
制；
2、本具體實(shí)施方式
采用的原料價(jià)格低廉，生產(chǎn)成本低，具有很大的產(chǎn)業(yè)化前景；
3、本具體實(shí)施方式
制備的鎂硅陶瓷纖纖維表面光滑、機(jī)械強(qiáng)度高，使用溫度大于1200°C，生物降解速率大于150ng/(cm2 h)。因此，本具體實(shí)施方式
具有熔化溫度低、成纖過程易于操作和生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)；所制備的鎂硅陶瓷纖維的表面光滑、機(jī)械強(qiáng)度高、使用溫度較高和生物降解速率較大。
權(quán)利要求
1.一種鎂硅陶瓷纖維的制備方法，其特征在于先以flOwt%的廢棄大理石石粉、15 40wt%的鎂橄欖石粉、2 8wt%的鈉長(zhǎng)石粉或鉀長(zhǎng)石粉、4(T70wt%的石英砂粉和I 3wt%的工業(yè)三聚磷酸鈉為原料混合，壓制成坯體，在100(Tl3(KrC條件下熱處理6(T90min ； 再將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加所述原料廣5被％的工業(yè)氯化鎂和0.5 3wt%的工業(yè)淀粉，混合均勻； 然后將混合均勻的物料置于電阻爐中，升溫至150(Tl70(rC，熔融后直接甩絲，得到陶瓷纖維； 最后將陶瓷纖維在60(T90(TC條件下熱處理f 4小時(shí)，即得鎂硅陶瓷纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂硅陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述廢棄大理石石粉的粒度為80 120目，其中CaCO3含量大于50wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂硅陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述鎂橄欖石粉的粒度為40 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為25 35wt%，MgO為50 65wt%，CaO為0. 5 2wt%，F(xiàn)e2O3 小于 8wt%0
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂硅陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述石英砂粉的粒度為40 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為9(T99wt%，F(xiàn)e2O3小于0. 05wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂硅陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述鈉長(zhǎng)石粉的粒度為40 120目；其主要化學(xué)成分是Si02為63 70wt%，Al2O3為16 25wt%，Na2O為9 15wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂硅陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述鉀長(zhǎng)石粉的粒度為40 120目；其主要化學(xué)成分是Si02為64 69wt%，Al2O3為16 23wt%，K2O為9 18wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂硅陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述工業(yè)三聚磷酸鈉的粒度為80 120目；其中Na5P3Oltl含量大于90wt%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂硅陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述壓制的壓力為35 45MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂硅陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述工業(yè)氯化鎂的粒度為80 120目；其中MgCl2含量大于40wt%o
10.根據(jù)權(quán)利要求I、項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的鎂硅陶瓷纖維的制備方法所制備的鎂硅陶瓷纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂硅陶瓷纖維及其制備方法。其技術(shù)方案是先以1~10wt%的廢棄大理石石粉、15~40wt%的鎂橄欖石粉、2~8wt%的鈉長(zhǎng)石粉或鉀長(zhǎng)石粉、40~70wt%的石英砂粉和1~3wt%的工業(yè)三聚磷酸鈉為原料混合，壓制成坯體，在1000~1300℃條件下熱處理60~90min；再破碎，粉磨至120目，外加原料1~5wt%的工業(yè)氯化鎂和0.5~3wt%的工業(yè)淀粉，混合均勻；然后將混合均勻的物料置于電阻爐中，升溫至1500~1700℃，熔融后直接甩絲，得到陶瓷纖維；最后將陶瓷纖維在600~900℃條件下熱處理1~4小時(shí)，即得鎂硅陶瓷纖維。本發(fā)明具有熔化溫度低、成纖過程易于操作和生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)；所制備產(chǎn)品的表面光滑、機(jī)械強(qiáng)度高、使用溫度較高和生物降解速率較大。
文檔編號(hào)C04B35/14GK102718495SQ20121020870
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者劉浩, 張保國(guó), 王周福, 王璽堂 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)