一種彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺織物的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺織物的制備方法，其中，質量百分比如下：CaO?40%～60%，MgO?20%～35%，ZrO2?3%～8%，Y2O3?1%～5%，TiO2?1%～5%，染色劑?2%～8%。本發明專利技術以羥磷灰石、白云石、硅灰石、鋯石、鈦白粉、磷釔礦以及染色劑為原料，采用離心甩絲并經針刺、加壓熱定型制得。所制得彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺織物結構缺陷少，具有較高的肺液溶解速率。此外，本發明專利技術也是首次對耐火纖維進行著色，這是對當前無彩色耐火纖維的一個重要補充。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于耐火纖維領域，尤其是涉及一種彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺織物的制備方法。
技術介紹
耐火纖維與其它耐火材料相比，具有密度?。ㄖ挥心突鸫u的1/5-1/10），導熱系數小（為輕質磚的1/3），熱容小，升溫速度快等特點。在冶金、機械、石油、化工、電子及輕工業等各種工業領域中得到了廣泛的應用。此外，在宇航和原子能等尖端科學技術中，也得到了應用。世界主要發達國家都競相發展陶瓷纖維工業，目前世界陶瓷纖維年總產量己突破30萬噸。硅酸鋁系列耐火纖維的優點是使用溫度高，高溫使用性能好，但其最大的缺陷是不可降解，對人體有害，而且對環境造成一定的危害。隨著人們對健康和環保意識的加強和日益重視，材料與環境的關系越來越受到普遍關注，可降解耐火纖維在市場上對傳統耐火纖維市場造成很大的影響和沖擊。在國外，特別是在歐洲等發達國家本著以人為本的產品設計理念，并通過一些高標準的政策法規導向作用，在環保型可降解耐火纖維開發方面取得了長足的進步。在高溫隔熱領域，投入大量人力物力不斷開發研究一些新型的適應不同溫度要求的生物可溶降解的陶瓷纖維，使得越來越多的生物可降解隔熱陶瓷纖維開始進入市場，以其引人注目的環保概念對傳統耐火纖維形成了相當大的沖擊。在生物可溶性耐火材料上進行研究并開發與推廣具有自主知識產權的生物可溶性耐火纖維，對實現我國耐火材料工業可持續發展具有重要的現實意義。目前，針對就我國生物可溶性耐火纖維的品種缺少的問題，已取得了一些發展。專利CN101619508A公開環保型耐火生物可溶性纖維及生產工藝，二氧化硅58～76份，氧化鈣24～38份，氧化鎂4～20份，經熔融、甩絲得到纖維，其使用溫度達1000℃以上，溶解速率常數Kdis大于100ng/(cm2.hr)，半消失期小于7天；專利CN105417959A公開了一種新型環境友好型耐火纖維，以硅灰石、石英砂、滑石、硅藻土、焦寶石、云母粉、氧化鋅、稻殼灰、海藻糖為原料，所制得的耐火纖維溶解速率常數為421～678ng/(cm2.hr)，使用溫度1200～1500℃。多數的耐火纖維用于代替耐火磚用于熱處理爐、加熱爐等高溫領域。然而，自20世紀90年代以來，隨新產品的開發和推廣，耐火材料也逐漸進入了日常生活中。專利CN1229864A公開了一種不燃性的混紡紗及其應用，將硅酸鋁陶瓷耐火纖維與玻璃纖維或高硅氧纖維進行混紡并織造得到織物，所得織物具有很好的不燃性。專利CN1253645C公開了一種防火卷簾，以耐火纖維毯為簾芯，對于大型公共場所、庫房的防火起到了重要的作用。隨人們安全意識的提高，防火纖維在日常生活的應用會越來越廣，對于耐火纖維的生物可溶解性必將提出更高的要求。此外，由于耐火纖維主要是工業使用，對其表觀顏色并無過多的要求，多表現為無彩色，然而在日常生活中，人們對于耐火纖維的有彩色將會有所要求。目前，有彩色防火纖維制品的制備方法仍是十分欠缺。
技術實現思路
為克服有彩色防火纖維制品制備方法不足的問題，本專利技術提供一種彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺織物的制備方法。本專利技術是通過以下技術實現的：一種彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺織物的制備方法，步驟如下：1）原料準備：根據CaO，MgO，ZrO2，Y2O3，TiO2和染色劑的質量配比稱取羥磷灰石、白云石、硅灰石、鋯石、鈦白粉、磷釔礦以及染色劑，共混并于400～500℃烘焙3～5小時后，機械粉碎得到原料；2）熔融：將原料投入熔融爐中加熱至1600～1700℃，直至完全融化得到熔融液；3）過濾：過濾熔融液中的雜質，濾液流入1900～2000℃攪拌釜中并進行持續攪拌得到紡絲液；4）甩絲并收集：紡絲液從攪拌釜出料口流出，進入離心頭，在離心力作用下，經離心頭的細孔甩出，細孔垂直方向噴射有熱空氣，在熱空氣輔助下，甩出的紡絲液快速冷卻成固體纖維并由集棉器進行收集得到彩色鈣鎂可溶性耐火纖維；5）針刺織物制備：將彩色鈣鎂可溶性耐火纖維投入開清棉裝置進行開松、梳理并得到分布均勻的纖維網，利用針刺機對上述纖維網進行針刺得到彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺坯布，對上述坯布進行分階段熱定型、切割并收集得到彩色鈣鎂可溶性纖維針刺織物。一般而言，玻璃體比相似成分的晶體具有更好的水解性能。則主要是由于玻璃體的化學結構與晶體相比，比較松散。在本專利技術中，多使用到了與生物相溶性較好的原料。其中，碳磷灰石、白云石主要化學成分CaO含量達50%以上，碳磷灰石被認為是最好的人體骨骼的替代品；硅灰石普遍認為是一種生物可溶性最好的非晶體纖維原料，其CaO含量為48%，生物溶解性能良好。經專利技術人反復驗證，以磷灰石、白云石、滑石、硅灰石為主要原料所制備的可溶耐火纖維具有較高的生物相溶性。此外，原料都為市場上常見的無機化工原料或自然礦產，不僅成本低，而且無毒無害，無任何污染氣體釋放，有利于環保生產。優選地，原料的質量配比為CaO40%～60%，MgO20%～35%，ZrO23%～8%，Y2O31%～5%，TiO21%～5%，染色劑2%～8%，總量為100%。在本專利技術中，專利技術人采用水解自由能理論和橋氧與非橋氧理論來比較耐火性能的溶解性能。一般地認為，SiO2的水解自由能為15.7kJ/mol，NaAlSi3O8的水解自由能為68.1kJ/mol，CaSiO3的水解自由能為-73.2kJ/mol，由此可知，以SiO2、CaO和MgO為主要成分的耐火纖維比傳統硅酸鋁耐火纖維具有更好的溶解性能。在玻璃態纖維中網絡結構的完整性可以用其化學結構的非橋氧或橋氧所占的比例來描述。非橋氧比例高意味著玻璃結構網絡完整性較差，可以預計有較好的水解性能。在本專利技術現有的成分中，CaO、MgO等每個分子貢獻兩個非橋氧。較高的非橋氧含量意味著較好的溶解性能。然而以SiO2、CaO和MgO為主要成分的耐火纖維在熔融粘度較低，本專利技術中，專利技術人經過反復實驗引入ZrO2，TiO2等物質，其主要目的是為了提高熔體的粘度，提高熔體的成纖性能，且對耐火纖維的熱膨脹及耐用性并無明顯影響，傳統的耐火纖維會使用B2O3來提高熔體的粘度，但B2O3易汽化，從而引起環境污染。ZrO2本身是一種高溫耐火材料，熔融溫度約為2700℃，該物質的添加可以提高熔體粘度變化的溫度范圍，具有良好的熱穩定性能。Y2O3對ZrO2具有穩定化的作用。TiO2具有良好的光散射作用，它的引入在本專利技術中是為增加的隔熱保溫性能。專利技術人認為，ZrO2，Y2O3，TiO2的加入使耐火材料的宏觀特性發生了改變，使彈性模量、熱膨脹率降低，而且細微組織強度得到提高，抑制導致耐火材料斷裂斷裂點的產生，從而使得結構穩定性得到了提高。強度也得到提高。優選地，所述染色劑為三氧化二鐵、氧化銅、四氧化三鐵、氧化亞鐵、氧化亞銅、氧化鈷、五氧化二釩和三氧化二鉻中的一種或幾種。在原料中加入著色物質實現對耐火纖維的著色是本專利技術的一個重要專利技術點。經本專利技術人實踐表明，無著色物質的加入，所制備的可溶耐火纖維呈現的是一種淺灰色，而在原料加入2%～5%的著色物質，制得的可溶耐火纖維則表現性出了著色物質的本色。其中三氧化二鐵、五氧化二釩的加入可獲黃色耐火纖維，加入氧化銅、四氧化三鐵、氧化鈷可得黑色耐火纖維，氧化亞銅可得紅色耐火纖維，氧化亞鐵、三氧化二鉻可得綠色耐火纖維。本專利技術首次對耐火纖維材料進行本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺織物的制備方法，其特征是，步驟如下：1）原料準備：根據CaO，MgO，ZrO2，Y2O3，TiO2和染色劑的質量配比稱取羥磷灰石、白云石、硅灰石、鋯石、鈦白粉、磷釔礦以及染色劑，共混并于400～500℃烘焙3～5小時后，機械粉碎得到原料；2）熔融：將原料投入熔融爐中加熱至1600～1700℃，直至完全融化得到熔融液；3）過濾：過濾熔融液中的雜質，濾液流入1900～2000℃攪拌釜中并進行持續攪拌得到紡絲液；4）甩絲并收集：紡絲液從攪拌釜出料口流出，進入離心頭，在離心力作用下，經離心頭的細孔甩出，細孔垂直方向噴射有熱空氣，在熱空氣輔助下，甩出的紡絲液快速冷卻成固體纖維并由集棉器進行收集得到彩色鈣鎂可溶性耐火纖維；5）針刺織物制備：將彩色鈣鎂可溶性耐火纖維投入開清棉裝置進行開松、梳理并得到分布均勻的纖維網，利用針刺機對上述纖維網進行針刺得到彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺坯布，對上述坯布進行分階段熱定型、切割并收集得到彩色鈣鎂可溶性纖維針刺織物。

【技術特征摘要】
1.一種彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺織物的制備方法，其特征是，步驟如下：1）原料準備：根據CaO，MgO，ZrO2，Y2O3，TiO2和染色劑的質量配比稱取羥磷灰石、白云石、硅灰石、鋯石、鈦白粉、磷釔礦以及染色劑，共混并于400～500℃烘焙3～5小時后，機械粉碎得到原料；2）熔融：將原料投入熔融爐中加熱至1600～1700℃，直至完全融化得到熔融液；3）過濾：過濾熔融液中的雜質，濾液流入1900～2000℃攪拌釜中并進行持續攪拌得到紡絲液；4）甩絲并收集：紡絲液從攪拌釜出料口流出，進入離心頭，在離心力作用下，經離心頭的細孔甩出，細孔垂直方向噴射有熱空氣，在熱空氣輔助下，甩出的紡絲液快速冷卻成固體纖維并由集棉器進行收集得到彩色鈣鎂可溶性耐火纖維；5）針刺織物制備：將彩色鈣鎂可溶性耐火纖維投入開清棉裝置進行開松、梳理并得到分布均勻的纖維網，利用針刺機對上述纖維網進行針刺得到彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺坯布，對上述坯布進行分階段熱定型、切割并收集得到彩色鈣鎂可溶性纖維針刺織物。2.根據權利要求1所述的一種彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺織物的制備方法，其特征是，原料的質量配比為CaO40%～60%，MgO20%～35%，ZrO23%～8%，Y2O31%～5%，TiO21%～5%，染色劑2%～8%，總量為100%。3.根據權利要求1或2所述的一種彩色鈣鎂可溶性耐火纖維針刺織物的制備方法，其特征是，所述染...

【專利技術屬性】
技術研發人員：佘玉明，
申請(專利權)人：長興盟友耐火材料有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33