硅酸铝耐火纤维自身之间无结合能力,彼此之间难于形成具有较高强度的片状织物。工艺上为了提高纸的强度,一般在制造过程中加入分散剂、稳定剂、结合剂等。
试验过程
工艺流程
耐火纤维纸的生产工艺主要分为耐火纤维的净化分散、配料制浆、抄纸成型、脱水干燥(烧除结合剂)等过程。
耐火纤维纸的基本原料为硅酸铝耐火纤维,用水或其它介质过纤维充分分散,漂洗干净,出去绝大部分非纤维物。
选用热塑性合成纤维作结合剂,可明显增加纸的常温强度,加入量为耐火纤维的2%~20%。表1为几种结合剂对纸增强作用的比较,其中以乙烯醇纤维增强的纸的常温抗拉强度较高。
为了保持制浆不沉淀,需要对制浆不停地进行搅拌,另外还要加入1%的聚氧化乙烯作为纸浆的稳定剂,减缓纤维的沉淀速度。
表1 几种结合剂对耐火纤维纸的增强效果
纸浆的密度在0.1%~0.7%范围内,纸的均匀性和成品强度均较好。纸脱水后再用无机结合剂(如胶体SiO2、胶体Al2O3或胶体膨润土)浸渍,干燥后烧去有机物便可得到具有一定高温强度的耐火纤维纸,但同时也呈现脆性,脆化程度随浸渍时间的延长而增加。
性能
按上述工艺制取取得的耐火纤维纸的性能
表2 耐火纤维纸的主要性能
影响最高使用温度的因素
耐火纤维纸的最高使用温度一般是指其加热后线收缩率<4%的温度。超过此温度,纤维即失去原有的特性而粉化损毁。但最高使用温度一般均比长期安全使用温度高150~200℃。
耐火纤维纸在使用过程中发生再结晶、烧结并生成新相而导致耐火纤维纸的收缩。当纤维(或结合剂)中熔剂类杂志如Fe2O3、R2O等增多时,促使晶核出现的温度降低、晶粒发育长大加快、使再结晶温度下降,收缩率增大,熔剂类杂志在高温下使纤维表面出现液相促使其烧结收缩。耐火纤维在H2、CO、CH4、NH3、Cl2、F、SO3等气氛中使用时,将与这些气体反应,使纤维的再结晶温度降低,速度加快。纤维中的ZrO2、Cr2O3具有抑制纤维中莫来石晶粒长大和限制方英石体积变化的作用,从而减缓纤维再结晶速度,降低收缩率,起到提高使用温度的作用。
为了提高使用温度,还可采用混合纤维造纸。用氧化铝纤维和硅酸铝纤维按一定配比纸浆造纸,使氧化铝纤维形成网架,硅酸铝纤维填充其中空隙,利用氧化铝纤维耐热性好,收缩小的特点,抑制耐火纤维纸的高温收缩,提高纸的使用温度。
影响耐火纤维纸强度的因素
结合剂
纸的表现强度主要取决于结合剂的粘结性强度。表1中的几种溶胶型粉絮状结合剂,它们以胶体粒子分散在水中,抄纸时随纸流失很多,严重影响粘结强度。采用不溶于冷水的纤维状聚乙烯醇作结合剂(结合纤维),使其与耐火纤维共同分散混合在冷水中制成纸浆。抄纸时结合纤维不会随水流失,使纸的湿强度增大,干燥时结合纤维溶于水成为粘结剂,随着水分的蒸发,粘稠度增大,最终将耐火纤维粘结在一起,使纸的表现强度增大。加入2%的聚乙烯醇结合纤维生产的耐火纤维纸的常温抗拉强度平均为1.56MPa。
耐火纤维纸在高温下使用,因有机结合剂被烧除而失去强度。为此,采用胶体SiO2、胶体Al2O3或胶体膨润土对耐火纤维纸进行浸渍,可提高耐火纤维纸的高温强度,但也使其变脆。随着浸渍时间和次数的增加,耐火纤维纸的脆性愈大,纸就愈易断裂。
无机结合剂对纸隔热性能的影响
无机结合剂都是颗粒小于2um的胶体,用它们浸渍纸时,微粉进入纤维之间。微粉胶凝时把耐火纤维结合在一起。浸渍时间愈长,微粉填充量愈大,纸的密度愈高,最终使纸的隔热性能减退,同时还带来脆裂的危害,一般来说,为了保持纸的隔热特性,建议少用或不用胶体类无机结合剂。
提高耐火纤维纸抗折性的途径
一般的结合剂都会使纸硬化、脆化。采用合成橡胶(如氯丁橡胶)作结合剂,因其本身不会硬化,因而生产的纸也就不易产生硬脆性,可改善纸的抗折性能。不过,橡胶在燃烧是会产生浓烟,初次升温窑要注意。
此外,在纸浆中配入一些起泡剂,使纸张在干燥前产生一些微细孔隙,抵消部分结合剂的硬化作用,也能改善纸的抗折性能。
结论
利用硅酸铝耐火纤维为原料,配以适量热塑性聚乙烯醇纤维作结合剂,严格控制干燥温度和时间,可在一般造纸机上制得强度较大的耐火纤维纸。