一種耐高溫濕法氈及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)材料領(lǐng)域，具體涉及一種耐高溫濕法氈及其制備方法，可廣泛用于1000°C以下各種設(shè)備的防火、隔熱，尤其適用于需要經(jīng)常在高低溫間轉(zhuǎn)換的設(shè)備的隔熱。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和航空航天技術(shù)的發(fā)展，人們對高溫隔熱材料的要求也日益增高，傳統(tǒng)的高溫隔熱材料如石棉、巖棉等由于導(dǎo)熱系數(shù)較高已經(jīng)不能滿足要求。高硅氧玻璃纖維是一種耐高溫?zé)o機(jī)纖維，具有較高的軟化點(diǎn)，同時又具有相對較低的導(dǎo)熱系數(shù)，但對于一些需要更低導(dǎo)熱系數(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)高硅氧棉氈已經(jīng)很難達(dá)到使用要求。
[0003]目前有很多專利公開了采用無機(jī)纖維增強(qiáng)氣凝膠用于絕熱材料，既具有很高的耐熱性能同時也具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，但是該復(fù)合材料由于剛度較大，可塑性較差，很難對異型體或空間進(jìn)行保溫絕熱；同時，氣凝膠的制備過程非常繁雜，且設(shè)備價格昂貴，因此不利于該項技術(shù)的廣泛應(yīng)用和推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸濕率低和體積密度小，且特別適合于異型體或空間的耐高溫濕法氈及其制備方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種耐高溫濕法氈，耐高溫濕法氈的孔隙率> 93%，厚度為6-22mm ;耐高溫濕法氈的纖維表面設(shè)有納米二氧化硅涂層；耐高溫濕法氈的纖維單絲直徑為0.1-2 μ m，纖維單絲外表面均勻設(shè)有直徑小于20nm的閉合真空球體。
[0007]申請人經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)，納米二氧化硅涂層的設(shè)置大幅度降低了產(chǎn)品的吸濕性，吸濕率< 0.5% ;且由于纖維棉纖維單絲直徑較細(xì)，使得所述耐高溫濕法氈在厚度方向上有無數(shù)個固-氣、固-固界面，熱輻射的射線穿過每一層界面時，都會發(fā)生反射、吸收、透射和再輻射，使熱輻射的傳播能力迅速衰減，最后大部分被吸收在絕熱材料靠近熱面一側(cè)的表層，有效降低了纖維棉氈的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0008]上述閉合真空球體的真空本身使導(dǎo)熱系數(shù)得到了明顯的降低，且閉合真空球體內(nèi)，殘留的空氣分子都失去了宏觀迀移能力，不具備對流傳熱的條件，因此纖維本體上的閉合球體，進(jìn)一步降低了纖維棉的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0009]上述耐高溫濕法氈柔韌性好，特別適合于對異型體或空間進(jìn)行保溫絕熱。
[0010]纖維單絲外表面設(shè)有納米二氧化硅涂層。這樣進(jìn)一步降低了產(chǎn)品的吸濕性。
[0011]申請人經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)，本申請納米二氧化硅涂層的設(shè)置，不僅提高了濕法氈的憎水性能，同時還可以在濕法氈內(nèi)形成阻絕熱量傳輸?shù)母魺釋?，該隔熱層通過增加固-氣、固-固界面，使熱量在傳輸過程中不斷被反射、吸收從而逐漸衰減，從而有效提高了濕法氈的隔熱性能。
[0012]優(yōu)選，上述纖維單絲直徑為0.5-1.5 μπι。這樣不僅保證了制備的簡易性，而且保證了產(chǎn)品的隔熱效果。
[0013]耐高溫濕法氈的下表面設(shè)有厚為0.6-1.3mm的鐵蒙皮。上述鐵蒙皮耐熱性強(qiáng)，可對耐高溫濕法氈起到很好的防護(hù)作用，大幅度延長了其使用壽命。
[0014]耐高溫濕法氈的下表面設(shè)有厚為0.9-lmm的金屬蒙皮。這樣既保證了產(chǎn)品的使用壽命，又保證了產(chǎn)品的柔韌性。
[0015]耐高溫濕法氈的上表面設(shè)有厚為2_5mm的低溫隔熱材料層。這樣既能對被保護(hù)面起到更好的防護(hù)作用，又能同時滿足體積和隔熱要求。
[0016]高效絕熱纖維棉氈的上表面為與被保護(hù)面相接觸的面，下表面為遠(yuǎn)離被保護(hù)面的面，也即上表面的相對面。上述低溫隔熱材料層可以為機(jī)保溫棉層或無機(jī)保溫棉層。若高效絕熱纖維棉氈上同時設(shè)有金屬蒙皮和低溫隔熱材料層，則使用時，從被保護(hù)面到外依次是被保護(hù)面、低溫隔熱材料層、高效絕熱纖維棉氈和金屬蒙皮。耐高溫濕法氈的厚度為9-14mm。這樣保證了產(chǎn)品的制作均勻性從而保證了產(chǎn)品的絕熱性，且制作方便，適于異形材料。
[0017]纖維單絲上均勻設(shè)有直徑為5_15nm的閉合真空球體。這樣能進(jìn)一步提高產(chǎn)品的絕熱效果。
[0018]纖維單絲上閉合真空球體的體積和為纖維單絲體積的3-20%。這樣能更進(jìn)一步提高產(chǎn)品的絕熱效果，同時降低產(chǎn)品的密度。
[0019]耐高溫濕法氈的密度為20?160kg/m3?？梢愿鶕?jù)實踐選擇所需的密度。
[0020]耐高溫濕法氈的常溫導(dǎo)熱系數(shù)< 0.030ff/m.k，熱荷重溫度彡600°C。
[0021]上述耐高溫濕法氈的制備方法，由采用火焰噴吹法制得的超細(xì)玻璃纖維棉依次進(jìn)行酸處理、燒結(jié)、打漿、濕法成型制備而成，其中，超細(xì)玻璃纖維棉的單絲直徑為0.1-2μπι ；酸處理所用酸為硫酸或鹽酸，所用酸的質(zhì)量濃度為1_20%，酸處理溫度為60-100°C，酸處理時間為2-10h，酸處理過程中以20-40轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?；濕法成型時加入質(zhì)量用量為超細(xì)玻璃纖維棉質(zhì)量100-170倍的水和質(zhì)量用量為超細(xì)玻璃纖維棉質(zhì)量2-5倍的納米二氧化硅漿料。
[0022]本申請選用火焰噴吹法保證了超細(xì)玻璃纖維棉的細(xì)度和質(zhì)量。
[0023]上述酸處理后二氧化硅的質(zhì)量含量大于90%。酸處理所用酸的質(zhì)量濃度優(yōu)選5-15%。
[0024]申請人經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn):通過上述酸處理，不僅去除了纖維棉中的雜質(zhì)，而且增加了纖維表面的孔隙率，再經(jīng)過燒結(jié)使纖維表面的孔隙閉合，閉合后冷卻形成閉合真空球體，使產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)得到了大幅度的降低。
[0025]上述納米二氧化硅漿料的固含量為10-20% ;酸處理后燒結(jié)前，先將超細(xì)玻璃纖維棉水洗至中性，然后烘干至水的質(zhì)量含量小于0.5%，再進(jìn)行燒結(jié)。這樣能進(jìn)一步保證孔隙的閉合程度，同時保證所得產(chǎn)品的使用壽命。
[0026]上述燒結(jié)溫度為500-800°C，燒結(jié)時間為15_25h。這樣進(jìn)一步降低了產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)，提高了產(chǎn)品的強(qiáng)度。
[0027]優(yōu)選，上述燒結(jié)為，先在1.5-2.5h內(nèi)將溫度升至550-650°C，保溫0.8-1.5h后，繼續(xù)升溫至700-800°C，保溫0.4-lh，然后降溫至500-600°C，保溫0.8-1.5h，最后再在12_18h內(nèi)將溫度降為常溫。
[0028]申請人經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過上述燒結(jié)工藝可使纖維表面在酸洗中形成的空隙達(dá)到最大程度的閉合，不僅使棉氈的強(qiáng)度有了顯著的提升，而且使棉氈導(dǎo)熱系數(shù)有了明顯的下降。
[0029]打漿至叩解度為30-50度；濕法成型至密度為20?160kg/m3，成型時采用負(fù)壓抽吸。這樣進(jìn)一步保證了所得產(chǎn)品絕熱性和強(qiáng)度。
[0030]上述負(fù)壓抽吸通過改變纖維間的排列方式提高了纖維與纖維之間的抱合力。負(fù)壓抽吸后烘干即得產(chǎn)品。
[0031 ] 打漿為在攪拌速度為1000-3000轉(zhuǎn)/min條件下，打漿3_5min，其中，漿料中超細(xì)玻璃纖維棉與水的質(zhì)量比為1: (400-500)，打漿時加入硫酸作為分散劑，硫酸的質(zhì)量用量為漿料總質(zhì)量的0.05-3%。這樣進(jìn)一步保證了所得產(chǎn)品的可塑性和強(qiáng)度。
[0032]超細(xì)玻璃纖維棉為無堿玻璃纖維棉、中堿玻璃纖維棉、高堿玻璃纖維棉、玄武巖纖維棉、三元高娃氧玻璃纖維原棉或二元高娃氧玻璃纖維原棉中的一種或兩種以上任意配比的混合物。上述材料的選擇，實現(xiàn)了所得產(chǎn)品的密度20?160kg/m3可調(diào)，且進(jìn)一步保證了所得產(chǎn)品的強(qiáng)度。
[0033]超細(xì)玻璃纖維棉中含有15_35?1:%的三元高娃氧玻璃纖維原棉和/或二元高娃氧玻璃纖維原棉。這樣即保證了所得產(chǎn)品的強(qiáng)度，又保證了所得產(chǎn)品的密度，同時保證了所得產(chǎn)品的可塑性。
[0034]本發(fā)明未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。
[0035]本申請耐高溫濕法氈不僅具有由纖維縱橫交錯形成的大孔隙，同時在纖維本體上還具有無數(shù)個閉合真空球體，這些閉合真空球體的存在大大提高了纖維棉氈的孔隙率，達(dá)到降低纖維棉氈導(dǎo)熱系數(shù)的目的，同時還減小了纖維間的氣孔尺寸、增加纖維與纖維之間的界面，從而減小氣體對流和熱量輻射，進(jìn)一步降低了導(dǎo)熱系數(shù)；同時該制品不添加任何粘結(jié)劑，具有無毒、環(huán)保、吸濕率低、耐高溫、質(zhì)地柔