CN110450501B - 一种可实现梯度耐温的多层陶瓷绵纸 - Google Patents

一种可实现梯度耐温的多层陶瓷绵纸 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可实现梯度耐温的多层陶瓷绵纸，是一种非均质材料，由单层陶瓷绵纸构成，陶瓷纤维在单层呈水平分布，无纵向贯穿纤维。锆乳胶含量沿厚度方向呈梯度分布，由表层逐渐向内层减少，不同锆乳胶含量对应不同温度区间的保温，降低了材料成本，实现了节能减排。绵纸之间添加复合胶黏剂，当热面温度较高时，复合胶黏剂中的低熔点玻璃纤维出现熔融现象，与无机胶黏剂共同作用，实现了层与层之间的无缝粘结，同时锆乳胶受热之后转变为氧化锆纤维，包覆在陶瓷纤维周围，不仅提高了绵纸耐温性，还提升了绵纸整体的高温结构强度。

Description

一种可实现梯度耐温的多层陶瓷绵纸
技术领域
本发明涉及一种多层陶瓷绵纸，特别是涉及一种可实现梯度耐温的多层陶瓷绵纸。
背景技术
陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，主要化学成分为硅酸铝，是一种轻质的纤维状耐火材料，具有重量轻、导热率低、比热容小、耐高温、热稳定性好以及耐机械震动等优点，其组成SiO2:Al2O3=1～1.2，Al2O3含量愈高，耐热性愈好，能耐1000～1500℃的高温，硅酸铝纤维这类纤维还具有高温抗氧化性能、高温强度高、抗高温蠕变等优点，是作为高温用纤维质隔热材料而快速发展起来的，并被公认为高效节能材料，有“第五能源产品”的美称，是一种发展前景广阔的产品目前。
陶瓷纤维棉纸是将陶瓷纤维棉及结合剂、添加剂经过制浆、成型、固化干燥等自动化、连续化工序制成，通常采用湿法斜长网成型工艺生产陶瓷纤维纸，先用打浆机或疏解机等制浆 设备制取陶瓷纤维均匀分散的浆料，利用离心法和沉降法除去陶瓷纤维中绝大部分渣球，浆料在斜长网上脱水形成湿纸页，真空抽吸或压窄后烘干，粘结剂固化后就成为陶瓷纤维纸产品。陶瓷纤维棉纸是一种发展迅速、附加值高的二次深加工产品，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。
目前市面上存在很多品质不一的陶瓷棉产品，传统的陶瓷棉产品在800℃左右可以长期服役，一旦温度超过1100℃，纤维晶体发生大量析晶现象，出现大量的莫来石晶体，结构就会发生转变，性能也随之发生变化，使其在高温下不能长时间服役。为了提高陶瓷棉的耐温性能，一般在纤维中加入氧化锆颗粒以提高其高温使用性能，但是氧化锆颗粒成本较高，无法实现大规模应用，且含锆型陶瓷棉产品一端耐受高温，但是另一端温度降低，使用一般的陶瓷棉就能实现保温，造成了资源浪费。
申请号为201410017890.7的中国发明专利公开了一种耐高温陶瓷纤维板，其特征在于由如下重量份数的原料制成：硅酸铝纤维95～96份分散剂1～2份，成分为Na2SiO3和CaCO3的混合物；锆乳胶3～4份，成分为ZrO2、Y2O3和H2O2的混合物。该发明还提供其制备方法，通将原料混合搅拌，湿法真空成型，干燥加工，干燥温度110-120度，时间22-24小时。该发明制备得到的陶瓷纤维板优点在于能够承受 1100℃以上的高温，且不失粘结力，其缺点在于锆乳胶在纤维板中均匀分布，增加了成本且造成了资源浪费。
申请号为201310437109.7的中国发明专利公开了一种氧化物陶瓷纤维板，其原料组成为硅溶胶、短切纤维和表面活性剂，其质量比为1000:100～200:1～10；所述硅溶胶为正硅酸乙酯、乙醇和水按照2～10:1～9:1～9的质量比混合，真空抽滤成型为湿坯，凝胶干燥后，于 1200℃～1400℃煅烧0.5～4小时。该发明通过改变硅溶胶的浓度（5wt%～20wt%），可调节陶瓷纤维板的体积密度（0.3g/cm3～0.7g/cm3），发明工艺简单、环保，可以制备任何尺寸和形状的氧化物陶瓷纤维板，其长期使用温度高达1600℃。其缺点在于湿坯通过干燥和煅烧形成最终的陶瓷纤维板，工艺较复杂，且形成的板材性能不稳定，杂质较多。
申请号为201510839308.X的中国发明专利公开了一种陶瓷纤维隔热板，其特征在于由以下重量份数的原料制成：纳米二氧化钛3-5份，纳米级氧化铝4-9份，五氧化二钒2-8份，纳米级碳化硅5-7份，微米级碳化硅35-45份，分散剂1-5份，锆乳胶3-4份，白云石粉4-8份，微米级氧化铝30-40份。本发明的陶瓷纤维隔热板，在满足耐高温的前提下，具有高的高红外反射率，其体积密度和高温导热系数低，具有优异的隔热性能，同时，其优良的抗折强度可长期用于高温隔热领域。其缺点在于陶瓷纤维隔热板的成分含量较为复杂，且多采用纳米级原料，材料成本大幅提升，不利于推广应用。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种可实现梯度耐温的多层陶瓷绵纸，使得绵纸在不同的温度梯度下实现长时间服役。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种可实现梯度耐温的多层陶瓷绵纸，是一种非均质材料，其特征在于绵纸总厚度为2-4mm，由单层陶瓷绵纸构成，单层绵纸厚度为0.2-0.5mm，层与层之间添加复合胶黏剂，当热面温度较高时，复合胶黏剂中的低熔点玻璃纤维出现熔融现象，与无机胶黏剂共同作用，实现层与层之间的无缝粘结。
进一步的，所述的绵纸中锆乳胶含量沿厚度方向呈梯度分布，表层锆乳胶含量为15-20%，逐渐向内层减少，至最内层减少为0-2%；单层绵纸由水平方向排布的陶瓷纤维铺设而成，无Z轴贯穿纤维，陶瓷纤维平均直径为2-3µm，呈正态分布，表层绵纸最高耐温为1500-1600℃，最内层绵纸最高耐温为1000-1100℃，沿厚度方向呈梯度变化；常温下导热系数为0.025-0.035W/(m·K)，1100℃导热系数为0.080-0.100W/(m·K)。
进一步的，所述的胶黏剂为复合胶黏剂，由60~70%的无机胶黏剂和30~40%的低熔点玻璃纤维构成，无机胶黏剂为水玻璃、磷酸盐、甲基纤维素、硅溶胶的一种或多种，能够在高温环境下稳定存在。
进一步的，所述的锆乳胶按质量分数比包括40-50%的ZrO2、20-25%的Y2O3和25-40%的H2O2，ZrO2、Y2O3和H2O2均为纳米级颗粒，粒径为15-30nm，ZrO2、Y2O3大幅度提高了陶瓷棉的耐温性能和高温稳定性。
进一步的，所述的陶瓷纤维表面均匀黏附锆乳胶颗粒，加热后锆乳胶颗粒会转换成氧化锆短纤维依附在陶瓷纤维表面，氧化锆短纤维的平均直径为3-4µm，长度为10-15µm。
本发明的有益效果是：（1）本发明公开的陶瓷棉纸可实现梯度耐温，以锆乳胶为增强相，受热之后锆乳胶转变为氧化锆纤维，提高绵纸耐温性的同时还增加了其强度，同时锆乳胶含量不同沿着厚度方向呈梯度分布，对应不同温度区间的保温，大大降低了材料成本，实现节能减排；（2）采用复合胶黏剂进行单层绵纸粘结，由于玻璃纤维熔点较低，经过高温处理后，可使这些低熔点纤维熔化，熔融体会流到层与层之间的空隙，实现绵纸之间的强粘结，提高陶瓷棉纸的高温强度；（3）采用单层超薄陶瓷绵纸无缝粘结构成陶瓷棉纸，陶瓷纤维在单层水平分布，无纵向贯穿纤维，使得绵纸的整体热桥大大降低，导热系数大幅降低。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
一种可实现梯度耐温的多层陶瓷绵纸，其特征在于：绵纸总厚度为2mm，由单层陶瓷绵纸构成，单层绵纸厚度为0.2mm。
进一步的，所述的绵纸中锆乳胶含量沿厚度方向成梯度分布，表层锆乳胶含量为15%，逐渐向内层减少，至最内层减少为2%；陶瓷纤维平均直径为3µm，呈正态分布，表层绵纸最高耐温为1500℃，最内层绵纸最高耐温为1000℃，沿厚度方向呈梯度变化；常温下导热系数为0.030W/(m·K)，1100℃导热系数为0.100W/(m·K)。
进一步的，所述的胶黏剂为复合胶黏剂，由60%的无机胶黏剂和40%的低熔点玻璃纤维构成，无机胶黏剂为水玻璃和磷酸盐。
进一步的，所述的锆乳胶按质量分数比包括40%的ZrO2、20%的Y2O3和40%的H2O2，进一步的，所述的氧化锆短纤维的平均直径为4µm，长度为15µm。
实施例2
一种可实现梯度耐温的多层陶瓷绵纸，其特征在于：绵纸总厚度为4mm，由单层陶瓷绵纸构成，单层绵纸厚度为0.5mm。
进一步的，所述的绵纸中锆乳胶含量沿厚度方向成梯度分布，表层锆乳胶含量为20%，逐渐向内层减少，至最内层减少为0.1%；陶瓷纤维平均直径为2.5µm，呈正态分布，表层绵纸最高耐温为1600℃，最内层绵纸最高耐温为1100℃，沿厚度方向呈梯度变化；常温下导热系数为0.029W/(m·K)，1100℃导热系数为0.090W/(m·K)。
进一步的，所述的胶黏剂为复合胶黏剂，由65%的无机胶黏剂和350%的低熔点玻璃纤维构成，无机胶黏剂为磷酸盐、甲基纤维素和硅溶胶。
进一步的，所述的锆乳胶按质量分数比包括45%的ZrO2、25%的Y2O3和30%的H2O2。
进一步的，所述的氧化锆短纤维的平均直径为3µm，长度为12µm。
上述仅为本发明的两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种可实现梯度耐温的多层陶瓷棉纸，是一种非均质材料，其特征在于棉纸总厚度为2-4mm，由单层陶瓷棉纸构成，单层棉纸厚度为0.2-0.5mm，层与层之间添加胶黏剂实现无缝粘结；棉纸中锆乳胶含量沿厚度方向呈梯度分布，表层锆乳胶含量为15-20%，逐渐向内层减少，至最内层减少为0-2%；单层棉纸由水平方向排布的陶瓷纤维铺设而成，陶瓷纤维平均直径为2-3µm，表层棉纸最高耐温为1500-1600℃，最内层棉纸最高耐温为1000-1100℃，沿厚度方向呈梯度变化；常温下导热系数为0.028-0.030W/（m·K），1100℃导热系数为0.080-0.100 W/（m·K）；所述的胶黏剂为复合胶黏剂，由60~70%的无机胶黏剂和30~40%的低熔点玻璃纤维构成，无机胶黏剂为水玻璃、磷酸盐、甲基纤维素、硅溶胶的一种或多种；所述的锆乳胶按质量分数比包括40-50%的ZrO2、20-25%的Y2O3和25-40%的H2O2，ZrO2和Y2O3均为纳米级颗粒，粒径为15-30nm；所述的陶瓷纤维表面均匀黏附锆乳胶颗粒，加热后锆乳胶颗粒会转换成氧化锆短纤维依附在陶瓷纤维表面，氧化锆短纤维的平均直径为3-4µm，长度为10-15µm。
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