耐火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,可用作高温隔热材料,高温绝缘材料、高温气体过滤材料、高温缓冲材料,还可用作有色金属溶液流槽的内衬材料。
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。