[发明专利]一种多孔莫来石纤维制品

说明书

技术领域

本发明属于耐火隔热材料技术领域，特别涉及一种多孔莫来石纤维制品。

背景技术

莫来石纤维是高温技术领域的一类基础材料，它具有一系列的优异性能，包括高熔点(1850℃)、优良的高温抗蠕变性能、优异的高温强度、电绝缘性和化学稳定性，低热传导率和热膨胀系数(～5.3×10^-6K)，以及优良的抗腐蚀性和高剪切模量，在国民经济发展中作用十分突出，与钢铁、有色金属、建材、能源及新技术产业的发展息息相关，是这类行业节能降耗的重要保障。因此，莫来石纤维自问世以来作为一种轻质耐高温材料越来越受到重视。在发达国家，随着科学技术水平的不断提高，工业现代化进程的加快，耐火材料总产值约占国民经济中产值的0.1％，高性能莫来石纤维的应用不再局限于传统的窑炉及热工设备上，其在国防及高技术领域将有着广阔的应用，市场容量超过传统行业。如在航天领域的应用：美国国家航天局(NASA)采用轻型纤维瓦解决了航天飞机系统中的隔热系统问题；在汽车行业的应用：由经过莫来石纤维增强的铝镁合金具有优良的力学性能，已在汽车发动机活塞部件上成功应用。2013年我国汽车产量超过2211.68万辆，按每套活塞连杆使用0.2Kg增强纤维计算，仅此一项陶瓷纤维用量即可达到4400多吨，产值达44亿元。

目前制备连续莫来石纤维的方法主要有熔融法和湿化学法。熔融法有单品提拉法、内部晶化法，无粘熔体纺丝法等；湿化学法有浆体挤出法和溶胶凝胶法(Sol-gel)等，浆体挤出法由于烧结温度高，纤维成分不均匀力学性能较差。单晶提拉法(又称牵引法)，单晶的生长速度一般为0.5-1.0mm/s纤维的生产效率较低，成本较高。内部晶化法，现制备的单品纤维长度可达250mm，纤维的直径可由模具内空隙大小决定，通常为50-300um，该纤维在1600℃时有较好的强度和抗蠕变性能。但是由于莫来石本身热传导率低，导致温度提升很慢，整体生产效率低，生产周期长、能耗大，保温时间长，纤维晶粒异常长大，纤维脆性断裂及粉化现象严重。中科院宁波材料技术与工程研究所结构与功能一体化陶瓷团队提出了微波法制备了莫来石纤维(CN201210065441.0)，微波法的应用降低了热处理温度，缩短了保温时间，大幅提升了生产效率，并且降低了纤维脆性断裂粉化率。而在莫来石纤维的应用技术上，一般莫来石纤维制品多数应用于耐火材料领域，其基本的生产工艺包括混料、成型、干燥、烧成工序制成，在山东鲁阳股份有限公司的专利《莫来石纤维砖及其制法》(ZL200810138342.4)详细如下步骤。1)混料：按配方将原料润湿，混合，加水搅拌至均匀，然后在搅拌下加入莫来石晶体纤维，制得湿泥坯；2)困料：将所述湿泥坯困料12-24h，制得泥料，所述泥料的含水率≤26％；3)成型：挤压成型制得莫来石纤维砖坯体；4)干燥：将所述莫来石纤维砖坯体在80-180℃干燥，干燥完成以后坯体含水率为2-5％，制成干态坯体；5)烧成：将所述的干态坯体在最高温度为1100-1500℃下烧结，制成莫来石纤维砖毛坯；6)切割：将所述的莫来石纤维砖毛坯进行尺寸切割，表面磨光，制成莫来石纤维制品。

上述传统的普通莫来石纤维制品生产工艺存在着以下几个问题。1、未对莫来石纤维进行有效改性就将其混料。未改性的莫来石纤维，在后续的成型过程中遇到机械摩擦等情况时，纤维肯定会出现断裂、表面毛糙，降低纤维间的粘结作用，不利于纤维成型的效果。2、操作中采用真空吸滤湿法成型，成型工艺过程中有一个重要环节就是将纤维在水中进行分散，此分散过程多采用机械搅拌完成。鉴于莫来石纤维自身的纤维长度短、直径细、脆性大，在机械搅拌过程中，纤维将被进一步切断或打断，从而使得纤维的长度更短，最终在真空吸虑完成后，短纤维之间的交织程度更加紧密，纤维之间的空隙被极大的压缩，造成制品的密度较大。而陶瓷纤维制品的隔热耐火性能，除了跟纤维本身的耐火性有关外，其隔热性能还依靠纤维制品的孔隙率，因为在通常状况下，空气的隔热性能是最好的，大密度的纤维制品相对而言其孔隙率较小，隔热性能受到一定影响。上述过程还附加造成纤维的柔韧性较差，限制了其使用的条件。3、普通莫来石纤维制品的粉化来自于莫来石纤维的粉化，所以制品表面没有其他物质进行材料复合，制品粉化的发生将是必然的。