硅酸鋁纖維紙的生產(chǎn)與應(yīng)用

硅酸鋁纖維紙的生產(chǎn)與應(yīng)用

耐溫涂層材料從最初的天然石材纖維到一般的人造纖維，再到硅酸鋁纖維。硅酸鋁纖維容重小,導(dǎo)熱系數(shù)低,熱抗震和機(jī)械抗震性好,富有彈性,有可塑性,并且具有良好的電絕緣性,是現(xiàn)在實(shí)用的非晶態(tài)無機(jī)纖維。硅酸鋁纖維紙是由各種耐火纖維做原料并配以多種添加劑而制成的薄片制品。它具有較好的耐高溫性能和優(yōu)良的隔熱性能,可用作高溫絕緣材料、高溫氣體過濾材料、高溫緩沖材料。還可用做金屬熔液流槽的內(nèi)襯材料。廣泛的應(yīng)用于機(jī)械、石油、交通運(yùn)輸、航天航空等工業(yè)部門。硅酸鋁纖維直徑多為2~5μm,長(zhǎng)度30~250mm之間,呈表面光滑無缺陷的圓柱形,截面往往是圓形(如圖1所示)。硅酸鋁纖維不能細(xì)纖維化,纖維之間沒有氫鍵結(jié)合力,強(qiáng)度較低。為了使硅酸鋁纖維能在造紙行業(yè)中發(fā)揮它的最大作用,需要解決很多技術(shù)問題,其中包括硅酸鋁纖維的分散性及其除渣,正由于這些不足限制了硅酸鋁纖維紙的抄造及其應(yīng)用。1維配體的特點(diǎn)硅酸鋁纖維是一種柔軟并富有彈性的纖維狀的高溫絕熱材料,被喻為第三代耐火材料。硅酸鋁纖維紙之所以能擔(dān)負(fù)如此的重任,是因?yàn)槠湓牧吓c天然生成的纖維素纖維相比具有以下的特點(diǎn):(1)導(dǎo)熱系數(shù)低,大約為輕質(zhì)耐火磚的五分之一,為重質(zhì)耐火磚1/10,從而使工業(yè)爐爐襯厚度減薄及降低爐外壁散熱損失。(2)重量輕,體積密度只有輕質(zhì)耐火磚的五分之一到十分之一,可節(jié)省其工業(yè)爐的基礎(chǔ)費(fèi)用和結(jié)構(gòu)鋼材達(dá)50%。(3)抗熱震和機(jī)械震動(dòng)性能非常好,有利于快速升降溫度,顯著提高了窯爐的有效利用率?？稍跈C(jī)械震動(dòng)大的環(huán)境中使用,壽命長(zhǎng)。(4)易于施工,施工不需筑爐熟練的技工,可縮短施工周期,施工完后不需供爐即可使用。2硅酸鋁纖維除渣工藝硅酸鋁耐火纖維紙的生產(chǎn)不同于以植物纖維為原料的紙張生產(chǎn),硅酸鋁纖維需要進(jìn)行除渣,根據(jù)硅酸鋁纖維除渣的制造工藝的不同,硅酸鋁纖維的渣球率一般在10%~30%之間。硅酸鋁纖維需輕度打漿,后分散即可,并且抄造時(shí)必須加入粘合劑使得纖維與纖維之間進(jìn)行連接,形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。硅酸鋁纖維紙的生產(chǎn)流程如圖2所示。3主要問題是棕櫚纖維紙的復(fù)制和加工3.1紙頁的渣球含量硅酸鋁纖維摻雜著一些晶渣,這些晶渣的直徑≥0.25mm,它是硅酸鋁纖維制造過程中因熔化溫度偏低或制絲過程中的不當(dāng)而產(chǎn)生的。渣球容重范圍是2800Kg/m3-3200Kg/m3,它成封閉球狀。纖維制品中渣球含量過多,將會(huì)對(duì)制品的隔熱性能、紙頁勻度產(chǎn)生較大的影響而降低了紙頁的綜合性能。圖3是一張除渣不徹底而抄造的紙頁,從圖中我們可以看出,紙頁表面有明顯的小凹坑,這就是在抄造過程中渣球留下的痕跡,而由于轉(zhuǎn)移過程中,渣球與紙頁中纖維結(jié)合的強(qiáng)度不夠而脫落。圖4是一張除渣比較徹底的硅酸鋁纖維抄造而成的紙頁,從圖中我們可以看出紙頁的外觀明顯比圖3的要好。3.2法成型的關(guān)鍵硅酸鋁纖維在水中的均勻分散,實(shí)現(xiàn)纖維之間的良好交織,是優(yōu)良紙頁和纖維復(fù)合產(chǎn)品濕法成型的關(guān)鍵。與天然的植物纖維相比較,硅酸鋁纖維相對(duì)較長(zhǎng),長(zhǎng)寬比大,容易使得纖維之間互相纏繞,不易分開,并且,硅酸鋁纖維的密度較大,因而纖維在水中很難實(shí)現(xiàn)較均勻的分散,纖維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,成紙不均勻。3.3打漿是增加纖維結(jié)合力的關(guān)鍵應(yīng)考慮纖維結(jié)合力的重要因素之一:自變量法分析,當(dāng)纖維打漿通過打漿就可提高纖維結(jié)合力硅酸鋁纖維性質(zhì)決定了其不能被水化和細(xì)纖維化,雖經(jīng)打漿也只能起到切斷和疏解的作用,而不像植物纖維經(jīng)過打漿便能增加纖維之間的結(jié)合力。硅酸鋁纖維自身無結(jié)合性,不能形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增加氫鍵結(jié)合點(diǎn),只能依靠纖維與纖維之間的摩擦力來提供結(jié)合力,因此硅酸鋁纖維在不加任何試劑的情況下很難成型或者成紙強(qiáng)度較低。4針對(duì)硅酸鋁纖維紙的問題，有解決方案4.1降壓器濾液法硅酸鋁纖維的眾多除渣方式(如圖5)中,機(jī)械除渣的除渣率比較的高,纖維中的渣球含量經(jīng)過除渣機(jī)后,纖維的渣球含量可由16%~25%降至5%,纖維收得率為58%。這種方法除渣效果顯著,但纖維收得率低,纖維碎斷嚴(yán)重。在集棉室前的導(dǎo)管中加擋板,使大量渣球被阻止,并沉降在沉渣箱內(nèi),能夠阻止大量的渣球,減少對(duì)紙張平滑度的影響;在配漿池以前采用攪拌除渣(如圖6沉渣盤),配漿池以后漿料采用管道輸送工廠中廣泛使用渦旋除渣器。4.2在濕水處理工藝中,把合成纖維打造成漿濃,使其分散于表面為了使纖維在水中達(dá)到較好的分散效果,一般需要加入分散劑或者對(duì)硅酸鋁纖維進(jìn)行分散處理,由于硅酸鋁纖維具有憎水性,在水中容易沉淀或絮聚,使成紙的勻度不好,因此,在濕法無紡布的生產(chǎn)中合成纖維的漿濃一般都很低在成漿池中大概(0.5%~1.5%),并且往往在紙漿中加人一定量的分散劑,以保證合成纖維能良好的分散于水中。4.3硅酸鋁纖維紙的增強(qiáng)方法4.3.1其他耐火纖維制品結(jié)合劑硅酸鋁耐火纖維紙自身之間無結(jié)合能力,彼此之間難于形成較高強(qiáng)度的片狀織物。工藝上為了提高紙的強(qiáng)度,一般在制造過程中加入分散劑、穩(wěn)定劑、結(jié)合劑等。膠粘劑的種類、濃度、粘度、用量是硅酸鋁耐火纖維紙生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。膠粘劑的添加一般采用內(nèi)部添加方法,使用的膠粘劑有無機(jī)和有機(jī)兩種。其中最常用的是水玻璃、多聚磷酸鈉、PVA、酚醛樹脂等?？傊?作為耐火纖維制品結(jié)合劑的大致有硅溶膠、水玻璃、磷酸鹽及有機(jī)粘合劑PVA、CMC等。在這些材料中,有機(jī)粘合劑在200℃左右就會(huì)分解而失去粘結(jié)能力,不能耐高溫;水玻璃抄出的紙張或者紙板脆性較大,可以進(jìn)行改性達(dá)到工藝的要求;磷酸鹽在分解之前有良好的粘結(jié)強(qiáng)度,但是硅酸鋁纖維有腐蝕作用,會(huì)影響制品的強(qiáng)度,硅溶膠不但會(huì)增加耐火材料的收縮率,而且其本身的粘結(jié)強(qiáng)度也不高。鋁溶膠與耐火材料在高溫發(fā)生粘結(jié)時(shí),分成散點(diǎn)狀或網(wǎng)狀結(jié)合,能保持耐火材料原有的多孔性和絕緣性,同時(shí)增加纖維制品的柔軟性。國外已有許多報(bào)道,鋁溶膠作為一種不定形耐火材料的結(jié)合劑。早在1975年英國福塞科國際有限公司就用鋁溶膠作為硅酸鋁纖維的粘結(jié)劑,制成一種耐火隔熱材料用于保護(hù)透平發(fā)動(dòng)機(jī)殼獲得專利。4.3.2節(jié)劑以上的酸性硅酸鋁纖維的δ電位依PH而變,抄紙時(shí)加入一定量的PH調(diào)節(jié)劑至適當(dāng)?shù)乃嵝?以使纖維分散,懸浮,便于抄紙,同時(shí)使得無機(jī)纖維與膠粘劑產(chǎn)生很好的結(jié)合,從而使得抄出的紙張能夠形成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在一定程度達(dá)到提高紙張強(qiáng)度的目的。4.3.3植物纖維與硅酸鋁纖維配比對(duì)保溫隔水性的影響前面已提及硅酸鋁纖維的性質(zhì)與植物纖維有很大的區(qū)別,就因?yàn)檫@些性質(zhì)區(qū)別使得硅酸鋁纖維難成紙或者成紙強(qiáng)度低。根據(jù)硅酸鋁纖維紙用途的不同,可以適當(dāng)?shù)脑诠杷徜X纖維中添加少量的植物纖維(針葉木或闊葉木),然后通過特殊的處理,將已經(jīng)成紙中的植物纖維處理掉剩下耐高溫隔熱的硅酸鋁纖維,同樣達(dá)到保溫隔熱的效果,通過實(shí)驗(yàn)室大量的實(shí)驗(yàn)得出植物纖維的配比不能太大,太大反而適得其反達(dá)得不到我們需要的產(chǎn)品,一般植物纖維與硅酸鋁纖維的配比在5%~10%時(shí),能夠較好的提高強(qiáng)度的同時(shí),滿足人們生活及生產(chǎn)的需要。4.4.4表面改性技術(shù)通過對(duì)纖維進(jìn)行物理的或者化學(xué)的處理,賦予纖維某些特殊性質(zhì)。纖維經(jīng)過改性后物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都會(huì)有很大的改善。例如:對(duì)所用原料中的部分纖維中加入樹脂等交聯(lián)劑共同反應(yīng),通過反應(yīng),使這部分纖維性能改善,表面形成氫鍵,結(jié)合強(qiáng)度提高。雖然紙漿纖維改性技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景,但就目前的進(jìn)展情況來看,對(duì)反應(yīng)過程中改性劑和紙漿纖維作用規(guī)律的認(rèn)識(shí)還有待進(jìn)一步提高。國外無論是對(duì)紙漿纖維改性機(jī)理的基礎(chǔ)性研究,還是應(yīng)用性研究都十分活躍,而國內(nèi)對(duì)有關(guān)的研究還沒有引起足夠的重視。5阻燃硅酸鋁纖維紙材料特點(diǎn)硅酸鋁纖維紙具有導(dǎo)熱系數(shù)低、蓄熱低、隔熱性能良好、抗熱震、耐侵蝕、電絕緣性好、隔音性能佳、機(jī)械強(qiáng)度好,彈性和柔韌性優(yōu)良,便于加工、安裝等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于冶金、石化、船舶、機(jī)械、建材等行業(yè)。總的來說,硅酸鋁纖維紙是一種高溫下的隔熱、絕緣新型材料,具有節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境的功能,應(yīng)用領(lǐng)域廣,市場(chǎng)潛力大。硅酸鋁纖維紙除了代替石棉纖維,在鋼鐵工業(yè)上陶瓷纖維紙主要是包扎防護(hù)高溫和保溫,可用于窯爐、鋼水包、鋼