一種高耐火纖維增強(qiáng)莫來石輕質(zhì)耐火材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高耐火纖維增強(qiáng)莫來石輕質(zhì)耐火材 料及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的鋁硅系纖維在生產(chǎn)和應(yīng)用時較易進(jìn)入人體，進(jìn)入人體的纖維很難溶解，可 能導(dǎo)致人體內(nèi)的細(xì)胞病變。所以，我們需要研究何種纖維容易被人體吸入以及吸入的纖維 能否快速被人體降解。
[0003] 纖維吸進(jìn)肺部的難易程度與空氣中纖維的濃度以及纖維的幾何尺寸有關(guān)，高濃度 的纖維粉塵導(dǎo)致進(jìn)入人體的概率就越大，進(jìn)而纖維在人體肺部病變的概率就越大；各大研 究機(jī)構(gòu)的許多學(xué)者研究表明：纖維能否被人體吸入取決于纖維的長徑比以及纖維的直徑有 關(guān)，長徑比和直徑越小，纖維越容易進(jìn)入人體。纖維在人體內(nèi)存在的時間長短由纖維的化 學(xué)穩(wěn)定性決定，化學(xué)穩(wěn)定性越好，纖維越不容易降解，而纖維的化學(xué)穩(wěn)定性與纖維的化學(xué)組 分、表面形態(tài)和表面積有關(guān)。生物可溶性耐火纖維大部分由二氧化娃和其他金屬或者非金 屬氧化物組成的，纖維組成中添加一些堿土金屬氧化物、堿金屬氧化物以及氧化硼等可以 提高纖維的溶解性，而添加氧化鋁時，纖維溶解性大幅度降低。纖維的表面越大，與肺液接 觸的面積越大，被肺液浸蝕的面積也越大，進(jìn)而纖維在肺液中降解的速率也就越大，此外， 纖維在制備和應(yīng)用過程中表面會產(chǎn)生微裂缺陷紋，缺陷在體液的沖蝕下會進(jìn)一步被侵蝕， 加速纖維的溶解。
[0004] 傳統(tǒng)耐火纖維在制備和使用過程中容易被人體吸入，進(jìn)而可能對人體的健康造成 影響，許多專家和學(xué)者為了解決這個問題，他們不斷探求新的材料，生物可溶性耐火纖維就 在這個時候應(yīng)運(yùn)而生了。20世紀(jì)九十年代以來，隨著人們對健康，環(huán)保的日益重視，可溶性 耐火纖維的研制在全世界范圍內(nèi)展開，生物可溶性陶瓷纖維的發(fā)展很迅速，當(dāng)前市場上的 可溶性纖維的主要成分為Ca0-Mg0-Si02系、Ca0-Si02系、Mg0-Si02系等。
[0005] 在探索生物可溶性陶瓷纖維的過程中，很多國家在可溶性陶瓷纖維組成方面都申 請了自己的專利，我國在這方面的研究還很少。
[0006] 有中國專利2012105683496公開過一種750度生態(tài)可溶性環(huán)保耐火纖維，其沒有 析晶現(xiàn)象，但是耐高溫性能有限，而且在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，放置半年后會開始發(fā)生老化，耐高溫 性能進(jìn)一步下降。
[0007] 而現(xiàn)有技術(shù)還有以氧化鋁、石英砂為主要原料，以十二烷基苯磺酸鈉為發(fā)泡劑，研 究了發(fā)泡劑含量、硅酸鋁纖維的含量對莫來石輕質(zhì)耐材料的改進(jìn)。
[0008] 本發(fā)明旨在提供一種高耐火纖維增強(qiáng)莫來石輕質(zhì)耐火材料及其制備工藝，其采用 在模擬肺葉中溶解性很好，溶解速度較快，耐火性能非常強(qiáng)，并且沒有析晶現(xiàn)象的耐火纖維 進(jìn)行對莫來石輕質(zhì)耐火材料的增強(qiáng)，意外發(fā)現(xiàn)可以很大程度改進(jìn)莫來石輕質(zhì)耐火材料的性 能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種高耐火纖維增強(qiáng)莫來石輕質(zhì)耐火材料及 其制備工藝，其采用在模擬肺葉中溶解性很好，溶解速度較快，耐火性能非常強(qiáng)，并且沒有 析晶現(xiàn)象的耐火纖維進(jìn)行對莫來石輕質(zhì)耐火材料的增強(qiáng)，意外發(fā)現(xiàn)可以很大程度改進(jìn)莫來 石輕質(zhì)耐火材料的性能。
[0010] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種高耐火纖維增強(qiáng)莫來石輕質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)工藝： (1) 配備環(huán)保高耐火耐火纖維的原料： 以硅灰石、石英砂、滑石、焦寶石作為主原料，控制質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中SiO2 58 %，CaO 28%，MgO 8%，剩余4%為改性添加物質(zhì)，將主原料和改性添加物質(zhì)混合后； 所述改性添加物質(zhì)的制備方法為： 按照重量份數(shù)，將下述原料稱取后碾磨混合均勻：將4份氧化鋅，五氧化二磷18-20份， 海藻糖2-3份，膨脹石墨納米份1. 5-1. 8份； (2) 制備環(huán)保耐火纖維： 將混合均勻的原料置于電阻爐中，先經(jīng)300°C熔融，此時有部分原料開始融化，此時恒 溫保持?jǐn)嚢?0分鐘，然后升溫至2200°C熔融，此時配方中微量的膨脹石墨納米粉并不能完 全融化，但是在高溫體系下會分布得十分均勻，肉眼不可見； 熔融液通過甩絲方式，經(jīng)集棉器集棉，制得需要厚度的纖維棉坯，然后經(jīng)過針刺， 680-720°C熱處理，最后經(jīng)過切割制得耐火纖維； (3) 制備纖維增強(qiáng)莫來石輕質(zhì)耐火材料： 按照重量比，稱取工業(yè)氧化鋁58. 3-59. 2份、石英砂14. 1-15. 2份，1. 5-1. 8份環(huán)保耐火 纖維，將上述原料在振動球磨機(jī)共同球磨均勻，將混好的料在攪拌機(jī)中加適量水?dāng)嚢瑁⒓?入25份蘇州黏土、1. 2-1. 5份SDBS發(fā)泡劑、0. 5份三聚磷酸鈉、6-6. 5份糊精繼續(xù)攪拌均勻 制得混合的泥料； 制好的泥料注入模具中澆注成濕坯，干燥好的濕坯在電爐中燒成，燒成制度為以 5-8°C /min的升速從室溫升到1500 °C，保溫3h后隨爐冷卻既得成品。
[0011] 本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)Gamble溶液模擬肺液進(jìn)行生物相溶性的檢測。典型的 Gamble溶液的配方如下表所示：
在甩絲過程中，通?？扇苄蕴沾衫w維原料熔體有不同程度的析晶傾向，這種析晶傾向 稱之為析晶性能。在纖維的生產(chǎn)中，析晶是絕對不允許的，它將導(dǎo)致纖維的斷裂，強(qiáng)度降 低。為避免甩絲過程中陶瓷纖維產(chǎn)生析晶，成型溫度必須要高于原料的析晶溫度。測定析 晶上限溫度是決定成型溫度的關(guān)鍵。在可溶性陶瓷纖維的使用過程中，隨著時間和溫度的 增加，纖維出現(xiàn)析晶可能使纖維收縮和破壞。
[0012] 玻璃在它的平衡液相線溫度以下，相對于結(jié)晶相而言，處于介穩(wěn)狀態(tài)，體系能量較 高，因此有向晶相轉(zhuǎn)變的趨勢。玻璃發(fā)生析晶轉(zhuǎn)變時，體系總能量的變化由玻璃相與晶相兩 相化學(xué)自由能之差A(yù)G，析出的晶相與玻璃相形成的界面能Uf和應(yīng)變能Us三部分組成。在 玻璃的析晶轉(zhuǎn)變過程中，Uf+Us= AG，因此主要考慮體系化學(xué)自由能的變化。玻璃中形成 的晶核，其生長取決于玻璃相與晶相界面附近原子的躍迀過程。原子的振動頻率為V其從 玻璃相越過界面轉(zhuǎn)入晶相需要活化能E。
[0013] 原子從玻璃相越過界面轉(zhuǎn)入晶相的頻率為V I = V exp[_E/(RT)]式中，R為 氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，V為原子振動頻率。由于原子的迀移而導(dǎo)致體系自由能下降 A G。對于反向過程，即原子從晶相轉(zhuǎn)入玻璃相需要越過勢皇（E+AG)，躍迀頻率為V 2 = V exp[(E+△ GV(RT)]于是原子從玻璃相到晶相的凈躍迀頻率為V 1-v 2。設(shè)晶核表面生長 一層原子，相界面迀移距離為凡則晶核沿一維方向生長速率： U = λ (V l_v 2) = λ V exp (-E/(RT) {l_exp [_ Δ G/(RT) ]} (I) 令 kO = v {l_exp [-Δ G/(RT) ]} (2) 則式（I)可寫成U = λ k0 [exp (-EART) ]，E為玻璃析晶活化能。kO -般被稱為頻率因 子，且被認(rèn)為與溫度T無關(guān)，而實(shí)際上這只有在等溫條件下才嚴(yán)格成立。對于非等溫過程， 由式（2)可知，kO與T有關(guān)，用不同的方法求得的kO的值有時會相差一個數(shù)量級。只有在 一定的溫度范圍內(nèi)，溫度的上升導(dǎo)致V增大與玻璃相和晶相的自由能差△ G的減小相互抵 消一部分時才可以近似看作常數(shù)。
[0014] 在本發(fā)明的特殊工藝下，并沒有發(fā)生析晶現(xiàn)象。
[0015] 本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，配制特定的配方，使用特定的生產(chǎn)工藝，可以制備出生物相 溶性好，耐火性能強(qiáng)，耐存放的生物相溶性耐火纖維，進(jìn)一步改進(jìn)工藝，可以制得強(qiáng)度大， 重量輕的纖維增強(qiáng)莫來石輕質(zhì)耐火材料。
[0016] 本發(fā)明的有益之處在于： (1)本發(fā)明的纖維增強(qiáng)耐火磚質(zhì)量輕，氣孔率高，強(qiáng)度大。
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