（制浆造纸工程专业论文）硅酸铝纤维特性及其成纸性能的研究.pdf

o no f t h em a s t e r sd e g r e eo fe n g i n e e r i n g r e s e a r c ho nt h ec h a r a c t e ro f a l u m i n u m - - s i l i c af i b e ra n dt h ep r o p e r t yo f a l u m i n a - - s i l i c af i b e rp a p e r c a n d i d a t e ：p a n gj i n j i a n g s p e c i a l t y ：p u l p & p a p e r m a k i n ge n g i n e e r i n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r z h a oc h u a n s h a n s h a n d o n gi n s t i t u t eo fl i g h ti n d u s t r y , j i n a n ，c h i n a j u n e ，2 0 1 0 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独：立完成的研究成果。文 中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 己属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或 成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 论文作者签名： 量 t 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工 业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名 单位仍然为山东轻工业学院。 论文作者签名：三翠 铷签名：走熊蚪 日期：年月r r 期：年月同 i ：学位论文 录 第l 章绪论1 1 1 硅酸锅纤维国内外发展现状1 1 2 硅酸铝纤维的生产工艺1 1 2 1 电弧法喷吹成纤工艺l 1 2 2 电阻熔融成纤工艺2 1 3 硅酸铝纤维纸及纸板的生产工艺2 1 3 1 硅酸铝纤维与植物纤维的对比2 1 3 2 硅酸铝纤维纸的生产工艺3 1 3 3 硅酸铝纤维板的生产工艺4 1 4 矿物纤维及其在造纸中的应用5 1 4 1 常见的矿物纤维5 1 4 2 矿物纤维生产特种纸张6 1 4 3 矿物纤维作为造纸的填料6 1 5 论文的研究目的、意义和内容8 1 5 1 论文的目的及意义8 1 5 2 论文的内容8 第2 章硅酸铝纤维性能的研究9 2 1 前言9 2 2 实验部分1o 2 2 1 实验原料及仪器1o 2 2 2 实验方法一1 0 2 2 3 硅酸铝纤维纸张抄造1l 2 2 4 纸张灰分的测定方法1 2 2 3 结果与讨论1 2 2 3 1 硅酸铝纤维的表征1 2 日录 2 3 2 硅酸铝纤维z e t a 电位的测定1 3 2 3 3 硅酸铝纤维抗腐蚀性1 3 2 3 4 硅酸铝纤维与造纸常用填料对比1 5 2 3 5 硅酸铝纤维作为填料对纸张物理性能的影响1 6 2 3 6 硅酸铝纤维的分散性能2 l 2 4 本章小结2 4 第3 章渣球对硅酸铝纤维纸张性能的影响2 5 3 1 前占2 5 3 2 实验部分2 6 3 2 1 实验原料与仪器2 6 3 2 2 实验方法2 6 3 2 3 实验样品检测2 6 3 3 结果与讨论2 7 3 - 3 1 渣球的形态分析2 7 3 3 2 渣球对硅酸铝纤维纸物理性能的影响2 9 3 4 本章小结3 2 第4 章对硅酸铝纤维成纸强度的研究3 3 4 1 前。占3 3 4 1 1 胶黏剂的选择3 3 4 1 2 植物纤维配抄3 4 4 1 3 硅酸铝纤维表面处理3 5 4 2 实验部分3 5 4 2 1 原料与仪器3 5 4 2 2 实验方法3 5 4 2 3 纸页抄造工艺与检测3 6 4 3 结果与讨论3 6 4 3 1 常用胶黏剂的耐温性能检测3 6 4 3 2 胶黏剂的添加对硅酸铝纤维纸性能的影响3 7 4 3 3 植物纤维添加对纸张性能的影响3 8 4 - 3 4 提高硅酸铝纤维纸强度的探讨3 9 4 3 5 硅酸铝纤维表面处理4 2 2 山东轻t 业学院硕l j 学位论义 4 3 6 硅酸铝纤维实验的优化4 3 4 3 7 硅酸铝纤维纸的热导率4 3 4 4 本章小结4 4 第5 章耐高温硅酸铝纤维板连续化生产中试4 5 5 1 前。言4 5 5 2 实验部分4 7 5 2 1 实验原料与仪器4 7 5 2 2 实验方法4 7 5 2 3 实验样品检测4 7 5 3 结果与讨论4 7 5 3 1 实验室自制胶黏剂表征4 7 5 3 2 不同胶黏剂浓度对配比的稳定性能4 8 5 3 3 不同胶黏剂浓度对成板性能的影响4 9 5 3 4 循环时问对胶液浓度的影响4 9 5 3 5 循环时间对胶黏剂留着率密度的影响5 0 5 3 6 密度对热导率的影响5 2 5 4 本章小结5 3 第6 章全文总结5 5 6 1 全文总结5 5 6 1 1 硅酸铝纤维物理及化学性能的研究5 5 6 1 2 渣球对硅酸铝纤维纸性能的影响5 5 6 1 3 提高硅酸铝纤维纸强度的研究5 6 6 1 4 新型耐高温硅酸铝纤维板连续化生产中试5 6 6 2 本文的创新之处5 6 6 3 需进一步研究和改进的问题5 7 参考文献5 9 致谢6 5 发表的学术论文题录6 7 山东轻t 业学院硕 j 学位论义 摘要 硅酸铝纤维是一种集传统绝热材料、耐火材料优良性能于一体的纤维状轻质 耐火材料，其产品涉及各个领域，广泛应用于各工业部门，是提高工业窑炉，加 热装置等热设备工作性能，实现结构轻型化和节能的技术材料，本文研究了硅酸 铝纤维基本性能，并对其渣球的去除进行了探讨，针对硅酸铝纤维纸现存的i 口j 题， 提出相应的解决方法，并对硅酸铝纤维作为造纸填料进行初步研究。于工厂中成 功中试制备了硅酸铝纤维耐火保温板。 l 研究了硅酸铝纤维的物化性能，探讨了硅酸铝纤维作为填料的可能性，及 硅酸铝纤维的分散性能。实验得出：硅酸铝纤维长度约在1 4 0 6 - - - 2 4 6 5 肛m 范围内， 硅酸铝纤维的电位为2 7 m v ，溶液p h 值在8 9 之i 日j 。硅酸铝纤维耐酸碱、抗腐 蚀，化学稳定性强；硅酸铝纤维作为填料，添加量控制在1 0 以内，基本能够达 到强度要求，且强度指标基本上保持不变。添加硅酸铝纤维鼍为7 0 ，热导率随 着温度的升高而升高，3 0 0 时热导率为0 1 6 7 w m k ，呵作为功能性纸张；添加 分散剂a p a m ，纸张外观平整。 2 针对硅酸铝纤维除渣问题，在b k 3 3 0 0 高倍显微镜下，测得渣球粒径，经过 数据处理之后得出，在5 3 i t m 处正态分布的概率达8 0 ，频率为5 7 ，渣球粒径 主要分布在5 3 1 a m 范围波动。不同渣球的含量对纸张的抗张强度、撕裂指数、匀度， 导热率都有影响，当渣球含量s 5 时，抗张指数降低不明显，而撕裂指数反而有较 大程度的降低；渣球含量从3 增至5 时，匀度指数从1 5 1 降至1 0 3 ，降低约 为3 1 。除渣后的硅酸铝纤维制品在8 0 0 。c 热导率为0 1 1 6w m k 。 3 针对硅酸铝纤维纸强度低的问题，可添加植物纤维、胶黏剂以及纤维改性 来提高成纸强度，采用j f 交试验的方法探讨三因素的最佳用量，实验得出：植物 纤维的添加量优于胶黏剂的用量和植物纤维的打浆度，最佳条件为植物纤维打浆 度为4 7 。s r ，用量为6 0 ，胶黏剂的用量为3 0 。经优化后，植物纤维用量可减 少到3 0 。经酸、碱表面处理的硅酸铝纤维虽能提高纸张强度性能，但使用效果 不显著。 4 采用实验室自制高温胶黏剂，胶液浓度为1 0 ，循环时间为2 8 h ，成功制得 硅酸铝纤维纸板，可在s 1 2 0 0 下使用，8 0 0 下密度为2 8 5 - - 2 9 0k g m 3 纸板热导 率为0 0 7 9w m k 。 关键词：硅酸铝纤维；耐火保温；填料；抗张强度；连续化 山东轻t 业学院硕l j 学位论文 a b s t r a c t a l u m i n o s i l i c a t ef i b e r i s l i g h t w e i g h tr e f r a c t o r y m a t e r i a l i th a se x c e l l e n t p e r f o r m a n c eo ft r a d i t i o n a l i n s u l a t i o nm a t e r i a l sa n dr e f r a c t o r yf i b r o u s ，i t sp r o d u c t s c o v e r e dav a r i e t yo fa r e a s ，a n du s e dw i d e l yi ni n d u s t r i a ls e c t o r a l u m i n o s i l i c a t ef i b e r p r o d u c e sc a ni m p r o v et h e r m a ld e v i c e sp e r f o r m a n c ei nt h ei n d u s t r i a lf u r n a c eo rh e a t i n g d e v i c e s ，i no r d e rt oa c h i e v et h es t r u c t u r el i g h ta n de n e r g y s a v i n go ft e c h n i c a lm a t e r i a l s t h i st h e s i sr e s e a r c ho nt h ef u n d a m e n t a lc h a r a c t e r i s t i co fa l u m i n u ms i l i c a t ef i b e r , a n d d i s c u s st or e m o v es l a gb a l lf o r ma l u m i n o s i l i c a t ef i b e r s i nc o n n e c t i o nw i t ht h ee x i s t i n g p r o b l e m so fa l u m i n o s i l i c a t ef i b e rp a p e r , p u t t i n gf o r w a r d t h ec o r r e s p o n d i n gs o l u t i o n st o t h e s ep r o b l e m s ，a n dt a l k i n ga b o u ta l u m i n u ms i l i c a t ef i b e ra sp a p e r m a k i n gp a c k i n gi n p a p e r r n a k i n g ，i np r e p a r a t i o nf o rs u c c e s st e s tr e f r a c t o r yi n s u l a t i o nb o a r du s e da l u m i n u m s i l i c a t ef i b e ri nt h ef a c t o r y f i r s t l y , s t u d yo nt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fa l u m i n u ms i l i c a t e f i b e r a n ds l a gb a l le f f e c to nt h ep e r f o r m a n c eo fa l u m i n u ms i l i c a t ef i b e rp a p e ra n di t st h e r m a l p r o p e r t i e s ，e x p e r i m e n ts h o w e d t h a tt h el e n g t ho fa l u m i n u ms i l i c a t ef i b e r si sr a n g ef o r m 14 0 6t o2 4 6 5m i c r o m e t e r ，t h ep o t e n t i a lo fa l u m i n u ms i l i c a t ef i b e r sw e r e 一2 7 m i l l i v o l t ， t h ep ho fs o l u t i o nw a sb e t w e e ne i g h ta n dn i n e a l u m i n u ms i l i c a t ef i b e rr e s i s t a n ta c i d a n da l k a l i n e ，a n dr e s i s t a n tc o r r o s i o na n dh a v ec h e m i c a ls t a b i l i t ys t r o n g l y a l u m i n u m s i l i c a t ef i b e ra sp a c k i n g ，a d d i n gt ol e s s t h a n10 ，c a na c h i e v et h er e q u i r e di n d e x b a s i c a l l ys t r e n g t ha n di n t e n s i t y a d d i n ga l u m i n u ms i l i c a t ef i b e rv o l u m e a s7 0 i n t ot h e p a p e r , t h e r m a lc o n d u c t i v i t y i n c r e a s ew h e nt h et e m p e r a t u r er i s ea n dt h e r m a lc o n d u c t i v i t y r a t eo f0 16 7w m ka t3 0 0d e g r e e s ，t h i sp a p e rc a nb eu s e da sf u n c t i o n a lp a p e r , t h e a p p e a r a n c eo fp a p e rf l a t t e dw i t ht h ed i s p e r s a n ta g e n to f a n i o np o l y a c r y l a m i d e s e c o n d l y , f o rt h ea l u m i n u ms i l i c a t ef i b e rs l a gp r o b l e m s ，u s i n gb k 3 3 0 0h i g hp o w e r m i c r o s c o p et o t a k em e a s u r e dt h ep a r t i c l es i z eo fs l a gb a l l a n dt h e nd e a lw i t ht h e s e d a t e s ，t h ed i a m e t e ro fs l a gp e l l e t sm a i n l y i nt h e5 3 9 mr e s i d u e ，t h ep r o b a b i l i t yo fn o r m a l d i s t r i b u t i o ni nt h e5 3 9 md e p a r t m e n tu pt o8 0 ，af r e q u e n c yo f5 7 ，s l a gb a l lc o n t e n t o nt h ep a p e re f f e c to nt h et e n s i l es t r e n g t h ，t e a ri n d e x ，e v e n n e s sa n dt h e r m a lc o n d u c t i v i t y , w h e nt h es h o tc o n t e n to fl o w i n g5p e r c e n t ，t h et e n s i l ei n d e xw a sn o tc h a n g e d s i g n i f i c a n t l y , w h i l et h et e a ri n d e xb u t ah i g h e rd e g r e eo fr e d u c e d ；s l a gb a l lc o n t e n tf r o m 3 t o5 ，t h ee v e n n e s si n d e xf r o m1 5 1 t o1 0 3 ，r e d u c i n ga b o u t3 1 t h i r d l y , f o r , t h ep r o b l e mo fl o wi n t e n s i t yo ft h ec e r a m i cf i b e rp a p e r , a d d e dp l a n t f i b e r , a d h e s i v e ，a n df i b e rm o d i f i c a t i o nt oi n c r e a s et h es t r e n g t ho fp a p e rs h e e t ，u s i n gt h e h a b s t r a c t 一 m e t h o do fo r t h o g o n a ld i s c u s s e dt h eb e s tc o n t e n to ft h et h r e e f a c t o r , t h et h r e ef a c t o r i n c l u d e dp l a n tf i b e r , a d h e s i v ea n db e a t i n gd e g r e eo f p l a n tf i b e r t h er e s u l t so f e x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h ea d d i t i o no fp l a n tf i b e ra m o u n tt h a nt h ea m o u n to fa d h e s i v e a n dt h eb e a t i n gd e g r e eo fp l a n tf i b e r , t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o rt h eb e a t i n gd e g r e eo f p l a n tf i b e ra s4 7 。s r ，t h ea m o u n to f p l a n ti s6 0 ，t h ea m o u n to f a d h e s i v ei s3 0 a r e r o p t i m i z a t i o n ，t h ec o n s u m p t i o no fp l a n tf i b e rc a nb er e d u c e dt o3 0 a l u m i n u ms i l i c a t e f i b e r sw i t hs u r f a c et r e a t m e n tc a n i m p r o v et h es t r e n g t hp r o p e r t i e so fp a p e rb ya c i da n d a l k a l i ，b u tt h er e s u l t sa r en o tv e r yo b v i o u s f i n a l l y , u s i n gh i g h - t e m p e r a t u r ea d h e s i v e sm a d eb yl a b o r a t o r y , g l u ec o n c e n t r a t i o n o f10 ，c y c l et i m ew a s2 8h o u r , s u c c e s s f u l l yo b t a i n e dc e r a m i cf i b e rb o a r d t h eb o a r d c a nb eu s e di nt h et e m p e r a t u r eo fl o w i n g12 0 0d e g r e e ，t h eb u l kd e n s i t yo fc a r d b o a r d w a sr a n g ef o r m2 8 5k g m t o2 9 0k g m 5 ，a tt h i st i m e ，t h e r m a lc o n d u c t i v i t yw a s0 0 7 9 w m ku n d e rt h et e m p e r a t u r eo f8 0 0d e g r e e k e y w o r d s ：a l u m i n as i l i c a t ef i b e r ；f i r e - r e s i s t a n ti n s u l a t i o n ；p a c k i n g ；t e n s i l e s t r e n g t h ； c o n t i n u o u s ， 山东轻丁业学院硕i ：学位论文 第1 章绪论 1 1 硅酸铝纤维国内外发展现状 硅酸铝纤维最早由美国巴布考托威尔考克斯公司提出的，采用天然高岭土 经电弧炉熔融喷吹成纤维，2 0 世纪4 0 年代木，美国开始生产硅酸铝纤维，并首次 将其用于航空工业。2 0 世纪5 0 年代已经投入到工业化生产中，6 0 年代研制出多种 硅酸铝纤维制品，并且应用于工业窑炉壁衬中【卜3 1 。随后的能源危机使得硅酸铝纤 维在世界范围内获得了迅猛的发展【4 。6 】。我国硅酸铝纤维的发展比较的晚，开始于 2 0 世纪7 0 年代，先后在北京耐火材料厂和上海耐火材料厂研制成功并推广大批鼍 生产，其后的十年主要是以手工制毡为主要的产品，品种单一，仅能生产湿法小 块纤维毡。直n 8 0 年代后引进国外技术，从此改变了我国硅酸铝纤维生产工艺、 生产装备落后的面貌，直至今天多种的硅酸铝纤维制品，如：硅酸铝纤维棉、硅 酸铝纤维毡、硅酸铝纤维纸、硅酸铝纤维针刺毯、硅酸铝纤维板、硅酸铝纤维预 制组件、硅酸铝纤维绳、硅酸铝纤维复合制品等，品种繁多，广泛的应用于耐火 保温行业中【卜引。硅酸铝纤维制品的应用领域较广泛，其可作为高温隔热材料，如 航空航天、陆战导弹及原子能工业的高温隔热和烧蚀材料，1 3 0 0 以上的工业窑 炉的内衬及热辐射感应炉；添加特殊辅助材料后制备的纤维制品可用作熔融金属 和高温高压气体的过滤材料【叽1 0 】；通过特殊处理之后，可作为化学工业的催化载体 和会属复合增强材料。 1 2 硅酸铝纤维的生产工艺 硅酸铝纤维的生产方法主要有以下两种：一种是电阻炉熔融甩丝( 喷吹) 干 法生产工艺，主要以生产针刺毯为主；一种是电弧炉熔融喷吹生产工艺，主要以 毡、板为主；硅酸铝纤维的原料主要是以焦宝石、工业氧化铝粉、硅石粉为主要 的化学成分，按照不同的生产方法制备硅酸铝纤纠1 1 】。 1 2 1 电弧法喷吹成纤工艺 电弧炉熔融喷吹成纤工艺包括选料、破碎、熔融( 电弧炉) 、喷吹、制棉、 集棉等工序，其工艺流程如图1 1 所示。 一一 第l 章绪论 二二二_ 一 1 2 2 电阻熔融成纤工艺 图1 1 电弧法喷吹成纤f ：艺 电阻熔融成纤工艺包括电阻法喷吹成纤和电阻法甩丝成纤两种工艺，两者的 区别在于成纤部是否采用二次风喷吹成纤还是离心甩丝成纤工艺，与喷吹成纤工 艺相比，离心甩丝成纤的优点是产量大、纤维长、强度高、但纤维粗、成纤率略 低，且设备复杂，维修工作量大。其工艺流程如图1 2 所示。 图1 2 ( a ) 电阻法喷吹成纤i ：艺流徉 氨保护气体压缩空气工艺润渭油 l ； ； 焦宝石一破碎一三流口电阻炉一三辊甩丝成纤一集棉 ； 氧化铝+ 硅石粉一配葙混合 打卷一纵横切“针刺 幽1 2 ( b ) 电阻法j 乜丝成纤i ：艺流程 1 3 硅酸铝纤维纸及纸板的生产工艺 1 3 i 硅酸铝纤维与植物纤维的对比 表1 1 硅酸铝纤维与植物纤维对比表 【t 山东轻丁业学院硕 ：学位论义 过研究发现硅酸铝纤维表面比较的光滑，没有纤维之间相结合所需的氢键。而植 物纤维原料用于制浆造纸，容易成纸的主要作用力就是纤维与纤维之i 、日j 形成氢键， 与硅酸铝纤维在形念上有很大的区别。硅酸铝纤维纸之所以能担负如此的重任， 是因为其原材料与天然生成的纤维素纤维相比具有以下的特点：较低导热系数， 从而使工业炉炉衬厚度减薄及降低炉外擘散热损失；重量轻，体积密度只有轻质 耐火砖的五分之- n 十分之一，可节省其工业炉的基础费用和结构钢材；抗热振 和机械振动性能非常好，显著提高窑炉的有效利用率；可在机械振动大的环境中 使用，使用寿命长：易于施工，施工不需筑炉熟练的技工，施工完后不需供炉即 可使用【1 4 1 。 1 3 2 硅酸铝纤维纸的生产工艺 硅酸铝耐火纤维纸的生产不同于以植物纤维为原料的纸张生产，硅酸铝纤维 需要进行除渣，根据硅酸铝纤维的制造工艺的不同，硅酸铝纤维的渣球率一般在 1 0 - - 一3 0 之间。硅酸锅纤维纸的牛产流程如图1 4 所示。 图1 3 砖酸钉 纤维纸的生产j l 艺流程图 在抄造硅酸铝纤维时，纤维直径、长度及渣球含量等指标直接关系到硅酸铝 纤维纸的性能和强度【1 5 】。为此应选用直径细，纤维短的喷吹纤维作原料，因为直 径细的纤维质地柔软，手感好，有利于改善纤维纸的使用性能，细断的纤维易于 “切断 、分散，并有利于施胶均匀，生产的纸张柔韧、表面光滑、结构均匀，最 大限度的降低纤维中渣球的含量，因为纤维纸中渣球的存在不仅影响硅酸铝纤维 纸的强度和热物理性能，并造成纸张表面疵点。 第1 章绪论 未作纤维切断、分散处理的纸浆，在上网成形时难以分布均匀，抄造的纸张 疏松、多孔，表面粗糙，纸张强度低，不符合纸页要求，为此疏解过程是将硅酸 铝纤维均匀的分散在浆中，制成一定浓度的浆液，同时为使纤维分散均匀叮适当 的加入一定量的分散剂。经过处理的纸浆，于流浆箱上网。硅酸铝纤维纸的抄造 可用长网纸机，也可用圃网纸机，要根据硅酸铝纤维纸的规格、性能来选择造纸 机的结构形式。因从湿部下来的纸张经过压榨处理，纸页中仍含有6 5 - - - 7 5 的水 分，这些残留的水分难以用机械方法除去，因此需要用加热的方法蒸发纸页中的 水分，以获得纸张要求的干度和质量。干燥后的纸张经过后续剪切、卷曲等处理， 入库收藏或者销售。 用湿法生产工艺流程生产的硅酸铝纤维纸表面较干法抄造的硅酸铝纤维纸来 说平整、结构均匀、密度低，柔软性较好、电绝缘性强等特点。可广泛地应用于 高温绝热、密封体系、熔炉衬 丸、电器的绝缘、吸音及过滤等功能性材料f 1 6 - 2 0 1 。 1 3 3 硅酸铝纤维板的生产工艺 幽1 4 硅酸铝纤维板i ：厂生产j i ：艺 硅酸铝纤维板是指含有无机胶黏剂的刚性硅酸铝纤维制品，由湿法真空成型 法生产。由于采用不同的无机胶黏剂，制品具有优良的力学性能和抗腐蚀性能， 一般用于构筑工业窑炉及高温管道壁衬的热面【2 l 】。 采用电阻炉熔融甩丝( 喷吹) 生产的硅酸铝纤维、水、胶黏剂按照一定的比 例浓度上网，在湿部成型形成纤维板的雏形，然后经过压榨生产不同厚度的纸板， 在湿部抽吸的胶黏剂溶液回收，采用输送泵回到配浆池回收利用，提高胶黏剂的 利用率，经过整饰的纸板进入微波干燥，其中纸板中的水分约含有5 0 - 6 5 ，因 硅酸铝纤维板不同于硅酸铝纤维纸，采用常规的干燥方式无法将其干燥，必须采 用微波干燥的方式，后经过不同市场需要进行切割、包装、销售。 4 山东轻t 业学院硕i j 学位论文 硅酸铝纤维板不仅仅保持了纤维状高温隔热材料的优良性能，而且还具备良 好的机械性能和准确尺寸的刚性制品，其应用范围除了可用作窑炉炉壁背衬材质 外，还可以直接应用于窑炉炉壁热面材质，其本身具有优良的抗风蚀性能2 2 1 。 1 4 矿物纤维及其在造纸中的应用 1 4 1 常见的矿物纤维 表1 2 常见矿物纤维的组成主要成分及其制法 矿物纤维在制浆造纸上的应用越来越广泛。它的一些优良性能能够使纸张具 备植物纤维并不具备的功能，现将几种常见的矿物纤维列于上表。矿物纤维的种 类其不仅仅指以上的几种，还包括石膏纤维、硅酸铝纤维、硅狄石、蛭石等其它 的纤维状纤维或片状纤维，这些纤维或者是人工生产或者是自然产物。利用它们 可以使纸张具有特殊功能，也就是我们常说的特种纸。 图1 5 ，f i 膏纤维图1 6 硅灰彳i图1 7 蛇纹彳i 纤维 图1 8 硅酸铝纤维 爨。霉彰? 譬毫警然 黔。0 繁蔓焉 黪每o - j j ”蛩强 黧蔓。；一：，一搿 潞巍惑嚣 第1 章绪论 1 4 2 矿物纤维生产特种纸张 海泡石( s e p i o l i t e ) 又名坡缕石，具有较好的胶体流变性、吸附性和稳定性。 海泡石热稳定性能极好，耐高温性能极高，可达1 5 0 0 1 7 0 0 ，其制品可用作耐 高温材料，如防火器材料、绝热保温材料等。晏全香，袁继祖等人( 2 3 】对海泡石与 植物纤维复合使用，发现添加海泡石后，纸张的耐折度、抗张指数、撕裂度、耐 破度等强度有稍微的下降，但幅度不大，而白度增加，海泡石留着率高，显示出 特种纸、阻燃纸的功能特性。高玉杰，魏华丽等利用海泡石配抄其它纤维作原料 进行造纸研究，采用湿法抄造不同用途的页纸，对海泡石的打浆特性进行了初步 探讨【2 4 1 。尝试了用不j _ 司黏合剂来提高海泡石的成纸强度，通过海泡石与针叶木浆、 玻璃棉浆等其它纤维配抄，制备阻燃纸、吸附类用纸。所以海泡石纤维具有较好 的抄纸性能，如果能掌握条件适当，可以采用湿法造纸。 蛭石( 又称为水云母) 是一种铁镁质铝硅酸盐矿物，膨胀后的蛭石具有一些 特殊的性能可用来，土产特种纸及处理造纸废水。目前，国内外都有研究以纸或其 它材料为基材，填加蛭石来尘产壁纸。另外，由于蛭石本身具有抗菌性，所以添 加蛭石生产的壁纸也具有一定的抗菌性能，也就是说，在纸料中加入蛭石可生产 出各种集装饰性与功能性为一体的特种纸f 2 5 】。 硅酸铝纤维是用高岭土、粘土、其它少量组分等为原料经1 7 0 0 。c 以上高温煅 烧而成，故也称之为“耐火纤维”和“陶瓷纤维”。邵建民【2 6 】采用常规纸张抄造 工艺的方法利用硅酸铝纤维抄造耐火纤维纸，探讨了影响耐火纤维纸强度的因素。 李翠珍，张美云1 27 j 采用植物纤维提高陶瓷纤维纸强度的试验，通过添加不同木浆 的含量，提高耐火纸张的强度。 1 4 3 矿物纤维作为造纸的填料 石膏微纤维( 石膏晶须，也称纤维硫酸钙) 是一种价格低廉、性能优良的矿 物纤维。石膏微纤维具有优良的性能，其作为增强剂可使制品强度提高3 0 左右 2 8 - 2 9 】。在造纸方面应用的石膏纤维长径比1 0 0 ，可代替部分或大部分纸浆( 5 0 - - 7 0 ) 作为制造特种石膏纸，长径比5 0 的可作纸张的高级填料( 加填量1 5 - 2 0 ) ， 这样可以大大增加纸的产量，降低成本；降低木材( 木浆) 消耗，既保护了环境， 又减少造纸厂中的废水排放，减少污染。石膏微纤维资源丰富，来源广泛，如能 在造纸工业中推广使用，将带来可观的经济效益。李鸿魁，李新平，王惠琴等人 将石膏纤维加入到植物纤维进行抄纸f 3 0 】，结果发现：在阔叶木浆中添加2 2 的石 膏微纤维，在针叶木浆中添加3 8 的石膏微纤维，裂断长、耐折度、撕裂指数和 耐破指数分别比空白样提高了，成纸物理强度性能最好。 硅灰石是一种天然产出的偏硅酸钙( c a 3 s i 0 9 】) ，孙传敏，钟素华，刘沧龙等 人【3 l 】利用改性硅狄石在新闻纸中的应用，经化学改性处理，添加到脱墨纸浆中制 6 l i j 东轻t 业学院硕i ：学位论文 作新闻纸。结果表明，改性硅灰石能极大地改善再生新闻纸的不透明度、白度和 适印性，属高质量新闻纸。其次，改性硅狄石对油墨粒子、细小纤维和有机物有 良好的吸附性，另一方面，添加改性硅灰石后的新闻纸在造纸过程中排出的废水 易于处理，废水经简单沉淀后所含化学耗氧量c o d 和生物耗氧量b o d ，以及莺金 属元素含量极低，达到综合排放国家一级标准。因此改性硅灰石在造纸业方面显 现出保护森林和水体的双重环境效应，因此硅灰石是造纸业中一种性能优秀的新 型功能填料。 玻璃纤维与天然生成的纤维素纤维不同之处在于其截而呈圆形，笔直且直径 不变，能制得很微细，密度比纤维素纤维和大多数人造纤维高得多，可用的温度 范围也大得多。而且玻璃纤维毫无天然纤维那样的润胀或帚化现象，以及不算太 优异的耐化学性和非吸湿性，因此玻璃纤维是一种良好的过滤材料。但是由于玻 璃纤维成纸强度不好，所以，可以与其它强度好的植物纤维进行配抄来获得性能 很好的过滤材料。罗果，郑炽嵩等人【3 2 】对玻璃纤维与植物纤维的配抄性能研究， 实验发现：用7 5 的剑麻纤维和2 5 的玻璃纤维，打浆度为3 6 0 s r 时进行配抄，其 强度和松厚度能达到过滤材料的要求。 表1 3 硅酸锅纤维与填料物理性能指标比较 作者根据表1 3 进行推测，如果反方向考虑，如何在植物纤维中添加部分硅酸 铝纤维代替部分填料，不仅可以降低纸张生产的成本，而且可以使纸张获得某些 特殊的性能，第二章对此进行讨论。 总之，矿物纤维部分替代植物纤维后，将有助于开发纸品的新功能、新用途 和新领域，也为我国的矿产资源利用提供了一个新的途径。矿物纤维的添加有助 于提高纸张的某螳特殊性能，适于生产特种纸。这些性质是植物纤维无法比拟的 在纸中矿物纤维配合高效的松厚剂和增强剂使用，是未来在造纸工业中大量使用 矿物纤维的关键技术【3 3 琊】。 矿物纤维的丌发利用不仅有助于降低生产成本，提高纸品的市场竞争力，而 且减少森林丌采，有利于环境保护，造纸工业是木材消耗大户，复合纤维纸浆的 推广可以很大程度上缓解植树造林的压力，矿物纤维的推广和应用在某种程度上 可以减少污染。 7 第1 章绪论 1 5 论文的研究目的、意义和内容 耐温隔热材料由最初的天然石棉纤维到一般的人造玻璃纤维，继而发展到硅 酸铝纤维。硅酸铝纤维密度小，导热系数低，热抗振和机械抗振性好，富有弹性， 有可塑性，并且具有良好的电绝缘性，是现在实用的非晶态无机纤维。目前，随 着耐火保温材料的发展，研究一种新型的耐火保温纸及纸板，使其广泛的应用于 钢铁、窑炉、管道和化工等行业。 1 5 1 论文的目的及意义 硅酸铝纤维是人造矿物纤维，所以我们可以改变硅酸钒纤维的制造工艺或者 原料来改善它的物理化学性质和性能，以生产不同性能的纸张。为了使硅酸铝纤 维能在造纸行业中发挥它的最大作用，需要解决很多技术问题，其中包括硅酸铝 纤维自身性能，硅酸铝纤维纸的强度问题，除渣性、耐火保温性能等。其意义在 于节约采暖能耗、保护环境、隔热防火、降低不可再生资源的消耗。 1 5 2 论文的内容 1 对工厂中生产的硅酸铝纤维进行物理性能检测，包括：浆料z e t a 电位、浆料的 p h 值、硅酸铝纤维的分散工艺、抗腐蚀性、以及与常规填料进行对比，研究了硅 酸铝纤维作为填料的可能性探讨，最后通过s e m 电镜图分析纤维形态。 2 b k 3 3 0 0 高倍显微镜和s e m 电子扫描电镜分析渣球的形态，并对其进行直方分 布，研究了渣球的存在对硅酸铝纤维纸张强度、匀度、导热率的影响。 3 针对硅酸铝纤维成纸强度低的缺点，采用多种方法加以提高，研究了添加植物 纤维、采用胶黏剂、调节p h 值，纤维改性的方法提高纸张强度，采用正交试验的 方法研究了硅酸铝纤维纸的最佳成型工艺。 4 最后对工厂中试过程中出现的情况进行了总结。 山东轻丁业学院坝f j 学化论文 2 1 前言 第2 章硅酸铝纤维性能的研究 硅酸铝纤维是一种广泛应用于各类高温工业窑炉中的绝热耐高温材料，因为 其密度在较大程度上低于其它耐火材料，所以蓄热很小，隔热效果较明显，可作 为炉衬材料降低热工窑炉的能源损耗，在节能方面上为工业窑炉带来了一场革命。 另外，因为硅酸铝纤维的物理性能完全不同于传统耐火隔热保温材料，因此它的 应用方法和技术对工业窑炉的砌筑同样也带来了一场变革f 3 6 - 3 引。节能环保已经成 为当前炉衬材料发展的趋势，代表着现代化工业窑炉发展的水平。硅酸铝纤维制 品炉衬的采用与否直接决定着加热设备的使用效果和产品质量。目前，国内已能 大批量生产性能优良的硅酸铝纤维制品，并已建成了较多先进连续化的、全自动 化的生产线，我国硅酸铝纤维制品的生产技术已趋于成熟【3 9 枷】。 硅酸铝纤维足无机纤维的一种，其组成成分主要是a 1 2 0 3 和s i 0 2 ，其中两者的 含碱量很低，总含量三9 6 。硅酸铝纤维的生产方法多样，把熔融原料焦宝石等矿 物质放在约1