硅酸铝纤维纸的生产与应用

硅酸铝纤维纸的生产与应用

耐温涂层材料从最初的天然石材纤维到一般的人造纤维，再到硅酸铝纤维。硅酸铝纤维容重小,导热系数低,热抗震和机械抗震性好,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。硅酸铝纤维纸是由各种耐火纤维做原料并配以多种添加剂而制成的薄片制品。它具有较好的耐高温性能和优良的隔热性能,可用作高温绝缘材料、高温气体过滤材料、高温缓冲材料。还可用做金属熔液流槽的内衬材料。广泛的应用于机械、石油、交通运输、航天航空等工业部门。硅酸铝纤维直径多为2~5μm,长度30~250mm之间,呈表面光滑无缺陷的圆柱形,截面往往是圆形(如图1所示)。硅酸铝纤维不能细纤维化,纤维之间没有氢键结合力,强度较低。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的分散性及其除渣,正由于这些不足限制了硅酸铝纤维纸的抄造及其应用。1维配体的特点硅酸铝纤维是一种柔软并富有弹性的纤维状的高温绝热材料,被喻为第三代耐火材料。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:(1)导热系数低,大约为轻质耐火砖的五分之一,为重质耐火砖1/10,从而使工业炉炉衬厚度减薄及降低炉外壁散热损失。(2)重量轻,体积密度只有轻质耐火砖的五分之一到十分之一,可节省其工业炉的基础费用和结构钢材达50%。(3)抗热震和机械震动性能非常好,有利于快速升降温度,显著提高了窑炉的有效利用率。可在机械震动大的环境中使用,寿命长。(4)易于施工,施工不需筑炉熟练的技工,可缩短施工周期,施工完后不需供炉即可使用。2硅酸铝纤维除渣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,根据硅酸铝纤维除渣的制造工艺的不同,硅酸铝纤维的渣球率一般在10%~30%之间。硅酸铝纤维需轻度打浆,后分散即可,并且抄造时必须加入粘合剂使得纤维与纤维之间进行连接,形成致密的网络结构。硅酸铝纤维纸的生产流程如图2所示。3主要问题是棕榈纤维纸的复制和加工3.1纸页的渣球含量硅酸铝纤维掺杂着一些晶渣,这些晶渣的直径≥0.25mm,它是硅酸铝纤维制造过程中因熔化温度偏低或制丝过程中的不当而产生的。渣球容重范围是2800Kg/m3-3200Kg/m3,它成封闭球状。纤维制品中渣球含量过多,将会对制品的隔热性能、纸页匀度产生较大的影响而降低了纸页的综合性能。图3是一张除渣不彻底而抄造的纸页,从图中我们可以看出,纸页表面有明显的小凹坑,这就是在抄造过程中渣球留下的痕迹,而由于转移过程中,渣球与纸页中纤维结合的强度不够而脱落。图4是一张除渣比较彻底的硅酸铝纤维抄造而成的纸页,从图中我们可以看出纸页的外观明显比图3的要好。3.2法成型的关键硅酸铝纤维在水中的均匀分散,实现纤维之间的良好交织,是优良纸页和纤维复合产品湿法成型的关键。与天然的植物纤维相比较,硅酸铝纤维相对较长,长宽比大,容易使得纤维之间互相缠绕,不易分开,并且,硅酸铝纤维的密度较大,因而纤维在水中很难实现较均匀的分散,纤维絮聚和沉降的可能性增大,而且相互絮聚后就不容易重新分散,成纸不均匀。3.3打浆是增加纤维结合力的关键应考虑纤维结合力的重要因素之一:自变量法分析,当纤维打浆通过打浆就可提高纤维结合力硅酸铝纤维性质决定了其不能被水化和细纤维化,虽经打浆也只能起到切断和疏解的作用,而不像植物纤维经过打浆便能增加纤维之间的结合力。硅酸铝纤维自身无结合性,不能形成网络结构,增加氢键结合点,只能依靠纤维与纤维之间的摩擦力来提供结合力,因此硅酸铝纤维在不加任何试剂的情况下很难成型或者成纸强度较低。4针对硅酸铝纤维纸的问题，有解决方案4.1降压器滤液法硅酸铝纤维的众多除渣方式(如图5)中,机械除渣的除渣率比较的高,纤维中的渣球含量经过除渣机后,纤维的渣球含量可由16%~25%降至5%,纤维收得率为58%。这种方法除渣效果显著,但纤维收得率低,纤维碎断严重。在集棉室前的导管中加挡板,使大量渣球被阻止,并沉降在沉渣箱内,能够阻止大量的渣球,减少对纸张平滑度的影响;在配浆池以前采用搅拌除渣(如图6沉渣盘),配浆池以后浆料采用管道输送工厂中广泛使用涡旋除渣器。4.2在湿水处理工艺中,把合成纤维打造成浆浓,使其分散于表面为了使纤维在水中达到较好的分散效果,一般需要加入分散剂或者对硅酸铝纤维进行分散处理,由于硅酸铝纤维具有憎水性,在水中容易沉淀或絮聚,使成纸的匀度不好,因此,在湿法无纺布的生产中合成纤维的浆浓一般都很低在成浆池中大概(0.5%~1.5%),并且往往在纸浆中加人一定量的分散剂,以保证合成纤维能良好的分散于水中。4.3硅酸铝纤维纸的增强方法4.3.1其他耐火纤维制品结合剂硅酸铝耐火纤维纸自身之间无结合能力,彼此之间难于形成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。胶粘剂的种类、浓度、粘度、用量是硅酸铝耐火纤维纸生产的关键所在。胶粘剂的添加一般采用内部添加方法,使用的胶粘剂有无机和有机两种。其中最常用的是水玻璃、多聚磷酸钠、PVA、酚醛树脂等。总之,作为耐火纤维制品结合剂的大致有硅溶胶、水玻璃、磷酸盐及有机粘合剂PVA、CMC等。在这些材料中,有机粘合剂在200℃左右就会分解而失去粘结能力,不能耐高温;水玻璃抄出的纸张或者纸板脆性较大,可以进行改性达到工艺的要求;磷酸盐在分解之前有良好的粘结强度,但是硅酸铝纤维有腐蚀作用,会影响制品的强度,硅溶胶不但会增加耐火材料的收缩率,而且其本身的粘结强度也不高。铝溶胶与耐火材料在高温发生粘结时,分成散点状或网状结合,能保持耐火材料原有的多孔性和绝缘性,同时增加纤维制品的柔软性。国外已有许多报道,铝溶胶作为一种不定形耐火材料的结合剂。早在1975年英国福塞科国际有限公司就用铝溶胶作为硅酸铝纤维的粘结剂,制成一种耐火隔热材料用于保护透平发动机壳获得专利。4.3.2节剂以上的酸性硅酸铝纤维的δ电位依PH而变,抄纸时加入一定量的PH调节剂至适当的酸性,以使纤维分散,悬浮,便于抄纸,同时使得无机纤维与胶粘剂产生很好的结合,从而使得抄出的纸张能够形成紧密的网络结构,在一定程度达到提高纸张强度的目的。4.3.3植物纤维与硅酸铝纤维配比对保温隔水性的影响前面已提及硅酸铝纤维的性质与植物纤维有很大的区别,就因为这些性质区别使得硅酸铝纤维难成纸或者成纸强度低。根据硅酸铝纤维纸用途的不同,可以适当的在硅酸铝纤维中添加少量的植物纤维(针叶木或阔叶木),然后通过特殊的处理,将已经成纸中的植物纤维处理掉剩下耐高温隔热的硅酸铝纤维,同样达到保温隔热的效果,通过实验室大量的实验得出植物纤维的配比不能太大,太大反而适得其反达得不到我们需要的产品,一般植物纤维与硅酸铝纤维的配比在5%~10%时,能够较好的提高强度的同时,满足人们生活及生产的需要。4.4.4表面改性技术通过对纤维进行物理的或者化学的处理,赋予纤维某些特殊性质。纤维经过改性后物理性质和化学性质都会有很大的改善。例如:对所用原料中的部分纤维中加入树脂等交联剂共同反应,通过反应,使这部分纤维性能改善,表面形成氢键,结合强度提高。虽然纸浆纤维改性技术有着广阔的应用前景,但就目前的进展情况来看,对反应过程中改性剂和纸浆纤维作用规律的认识还有待进一步提高。国外无论是对纸浆纤维改性机理的基础性研究,还是应用性研究都十分活跃,而国内对有关的研究还没有引起足够的重视。5阻燃硅酸铝纤维纸材料特点硅酸铝纤维纸具有导热系数低、蓄热低、隔热性能良好、抗热震、耐侵蚀、电绝缘性好、隔音性能佳、机械强度好,弹性和柔韧性优良,便于加工、安装等特点,广泛应用于冶金、石化、船舶、机械、建材等行业。总的来说,硅酸铝纤维纸是一种高温下的隔热、绝缘新型材料,具有节约能源,保护环境的功能,应用领域广,市场潜力大。硅酸铝纤维纸除了代替石棉纤维,在钢铁工业上陶瓷纤维纸主要是包扎防护高温和保温,可用于窑炉、钢水包、钢