CN112900157A - 一种陶瓷纤维纸 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷纤维纸，其组分包括陶瓷纤维、阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯、阳离子型聚丙烯酰胺，含量范围为：陶瓷纤维87.275~97.975%，阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯2~12.5%，阳离子型聚丙烯酰胺0.025~0.225%。本发明的陶瓷纤维纸，在保证较好柔软性的前提下，能有效提高纤维纸的层间结合强度。
Description
技术领域
本发明涉及工业高温隔热材料领域，特别涉及一种陶瓷纤维纸。
背景技术
陶瓷纤维纸以其优越的产品性能在工业高温隔热领域赢得了较高的地位，一般用来作为隔热、保温、密封、电绝缘、吸音、过滤的材料。它不仅可以用作炉衬的内壁作为保温隔热材料和高温器具的密封材料，还可以作为冰箱的低温制冷设备的良好隔热保冷材料。另外，也可作为各种工业炉及钢水水口、铸桶等装置的高温隔热材料。
作为钢水水口的高温隔热材料时，要求陶瓷纤维纸具有极佳的柔软性和层间结合强度，这样可以保证纤维纸包覆钢水水口时的包覆效率及产品质量。然而传统的陶瓷纤维纸无论在柔软性上还是层间结合强度上，与钢水水口包覆用的纤维纸的性能指标要求均有一定的差距。
专利（CN104195870A）“一种陶瓷纤维纸”公开了一种陶瓷纤维纸，该产品由重量份为20~40的陶瓷纤维、重量份为20~30的石墨纤维、重量份为20~40的纸浆、重量份为10~12的施胶剂和重量份为5~7的助剂制成。将陶瓷纤维与石墨纤维粉碎后与纸浆加入搅拌池中，再加入一定体积的水，将助剂溶于稀盐酸溶液后加入搅拌池中，最后向搅拌池中加入施胶剂搅拌均匀后，抄取、烘干、成型制得陶瓷纤维纸，该专利中提到的助剂为氢氧化铝粉末、氢氧化钠粉末和硫酸钙粉末的混合物。
专利（CN103233389A）“加厚型陶瓷纤维纸的制造方法”公开了一种加厚型陶瓷纤维纸的制造方法，制造方法工序为：白水与陶瓷纤维棉混合打浆成原浆，原浆与白水配浆成纸浆，纸浆经除渣、储浆后流浆至抄纸长网，纸浆经脱水成型，先经过U型管负压脱水装置进行强制脱水，再经过真空脱水装置进行真空脱水成纸坯，纸坯经双面施胶装置施胶及经过压榨辊可调同步装置进行压榨后成湿纸页，湿纸页经上下吹风烘干箱里上下两面吹风烘干而成加厚型陶瓷纤维纸。
上述现有技术能够生产出具有一定柔性和强度的陶瓷纤维纸，但也存在着一定的缺陷。专利CN104195870A所涉及的一种陶瓷纤维纸采用的施胶工艺为浆内施胶，使用的助剂为氢氧化铝粉末、氢氧化钠粉末和硫酸钙粉末的混合物，无机化合物类型的助剂通常会使施胶剂在纸浆中破乳，同时与纤维等物质形成较大的絮团，团与团之间的结合力较差，导致生产的纤维纸时易出现开裂现象。专利CN103233389A所涉及的加厚型陶瓷纤维纸的制造方法采用的施胶工艺为表面施胶，表面施胶存在的较大缺陷是生产出的纤维纸烘干后层间结合强度较差，影响包覆钢水水口的效率和质量。
发明内容
针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种陶瓷纤维纸，保证较好柔软性的前提下，有效提高纤维纸的层间结合强度。
为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案为：一种陶瓷纤维纸，制成原料包括陶瓷纤维、有机结合剂、助剂，其原料数值范围为：75~95重量份陶瓷纤维、5~25重量份有机结合剂和5~15重量份的助剂。其中，有机结合剂为丙烯酸酯乳液和聚氨酯乳液中的一种或一种以上任意比例组合，助剂为阳离子型聚丙烯酰胺溶液。
进一步的，所述陶瓷纤维氧化铝含量≥40wt%，氧化铝和二氧化硅合计含量≥98wt%，纤维长度为2~50mm。所述有机结合剂乳液浓度为40~50%，使用之前需要用自来水稀释至浓度为1~5%。所述阳离子型聚丙烯酰胺溶液浓度为0.5~1.5%，数均分子量为800~1000万。
进一步的，所述原料数值范围为：80-90重量份陶瓷纤维、10-20重量份有机结合剂和8-12重量份的助剂。所述陶瓷纤维氧化铝含量≥48wt%，氧化铝和二氧化硅合计含量≥98.5wt%。所述有机结合剂乳液浓度为45%，使用之前需要用自来水稀释至浓度为3%。所述阳离子型聚丙烯酰胺溶液浓度为1%，数均分子量为900万。
其制作过程包括下述步骤：
（1）将水注入打浆机中，加入称量好的陶瓷纤维并开机搅拌，搅拌速度为300~500rpm，搅拌时间10~20min；
（2）待纤维打短至2~50mm并分散均匀后，将浆料泵入配浆罐中，同时向配浆罐中注入一定量的水，调整浆料浓度在0.3%~1%之间，开启配浆罐中的搅拌装置，设置搅拌速度为50~100rpm，缓慢加入称量好的阳离子型聚丙烯酰胺溶液，搅拌至纤维在水中呈现均匀分布为止；
（3）通过流浆抄取工艺成型，并在表面施加有机结合剂，同时在湿纸坯底部使用真空泵进行抽滤，使有机结合剂均匀排布于湿纸坯的各个部位。
（4）然后对湿纸坯进行烘干、卷绕，得到厚度为0.5~10mm的陶瓷纤维纸，烘干温度为85~100℃。
所述真空泵为罗茨真空泵，真空度为400~550mmHg。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：本发明通过添加高数均分子量的阳离子型聚丙烯酰胺溶液对陶瓷纤维预先改性，使陶瓷纤维呈现阳离子性，当施加有机结合剂时，呈现阴离子性的结合剂会被吸附在陶瓷纤维表面，从而实现结合剂在纤维纸中的均匀牢固排布，可以有效提高纤维纸的层间结合强度，解决纤维纸的分层问题；通过纤维预先改性和表面施胶工艺可以有效解决浆内施胶时絮团大、纸坯易开裂的问题，保证产品合格率和生产效率。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述。
本发明一种陶瓷纤维纸，制成原料包括陶瓷纤维、有机结合剂、助剂，其原料数值范围为：75~95重量份陶瓷纤维、5~25重量份有机结合剂和5~15重量份的助剂。其中，有机结合剂为丙烯酸酯乳液和聚氨酯乳液中的一种或一种以上任意比例组合，助剂为阳离子型聚丙烯酰胺溶液。
进一步的，所述陶瓷纤维氧化铝含量≥40wt%，氧化铝和二氧化硅合计含量≥98wt%，纤维长度为2~50mm。所述有机结合剂乳液浓度为40~50%，使用之前需要用自来水稀释至浓度为1~5%。所述阳离子型聚丙烯酰胺溶液浓度为0.5~1.5%，数均分子量为800~1000万。
进一步的，所述原料数值范围为：80-90重量份陶瓷纤维、10-20重量份有机结合剂和8-12重量份的助剂。所述陶瓷纤维氧化铝含量≥48wt%，氧化铝和二氧化硅合计含量≥98.5wt%。所述有机结合剂乳液浓度为45%，使用之前需要用自来水稀释至浓度为3%。所述阳离子型聚丙烯酰胺溶液浓度为1%，数均分子量为900万。
其制作过程包括下述步骤：
（1）将水注入打浆机中，加入称量好的陶瓷纤维并开机搅拌，搅拌速度为300~500rpm，搅拌时间10~20min；
（2）待纤维打短至2~50mm并分散均匀后，将浆料泵入配浆罐中，同时向配浆罐中注入一定量的水，调整浆料浓度在0.3%~1%之间，开启配浆罐中的搅拌装置，设置搅拌速度为50~100rpm，缓慢加入称量好的阳离子型聚丙烯酰胺溶液，搅拌至纤维在水中呈现均匀分布为止；
（3）通过流浆抄取工艺成型，并在表面施加有机结合剂，同时在湿纸坯底部使用罗茨真空泵进行抽滤，使有机结合剂均匀排布于湿纸坯的各个部位，真空泵真空度为400~550mmHg。
（4）然后对湿纸坯进行烘干、卷绕，得到厚度为0.5~10mm的陶瓷纤维纸，烘干温度为85~100℃。
实施例1
称取75重量份陶瓷纤维、25重量份有机结合剂和15重量份的助剂。其中，陶瓷纤维氧化铝含量为42wt%，氧化铝和二氧化硅合计含量为98wt%，纤维长度为2~50mm；有机结合剂为丙烯酸酯乳液，乳液浓度为50%，使用之前需要用自来水稀释至浓度为5%；助剂为阳离子型聚丙烯酰胺溶液，酰胺溶液浓度为0.5%，数均分子量为1000万。
具体的制备方法包括以下步骤：
（1）将水注入打浆机中，加入称量好的陶瓷纤维并开机搅拌，搅拌速度为300pm，搅拌20min；
（2）待纤维打短至2~5mm并分散均匀后，将浆料泵入配浆罐中，同时向配浆罐中注入一定量的水，保证浆料浓度为0.3%左右，开启配浆罐中的搅拌装置，设置搅拌速度为100rpm，缓慢加入称量好的阳离子型聚丙烯酰胺溶液，搅拌至纤维在水中呈现均匀分布为止；
（3）通过流浆抄取工艺成型，并在表面施加有机结合剂，同时在湿纸坯底部使用罗茨真空泵进行抽滤，使有机结合剂均匀排布于湿纸坯的各个部位，真空泵真空度为400mmHg。
（4）然后对湿纸坯进行烘干、卷绕，得到厚度为5mm的陶瓷纤维纸，烘干温度为95℃。
实施例2
称取85重量份陶瓷纤维、15重量份有机结合剂和10重量份的助剂。其中，陶瓷纤维氧化铝含量为48wt%，氧化铝和二氧化硅合计含量98.5wt%，纤维长度为2~50mm；有机结合剂为聚氨酯乳液，乳液浓度为45%，使用之前需要用自来水稀释至浓度为3%；助剂为阳离子型聚丙烯酰胺溶液，酰胺溶液浓度为1%，数均分子量为900万。
具体的制备方法包括以下步骤：
（1）将水注入打浆机中，加入称量好的陶瓷纤维并开机搅拌，搅拌速度为400rpm，搅拌15min；
（2）待纤维打短至2~5mm并分散均匀后，将浆料泵入配浆罐中，同时向配浆罐中注入一定量的水，保证浆料浓度在0.6%左右，开启配浆罐中的搅拌装置，设置搅拌速度为80rpm，缓慢加入称量好的阳离子型聚丙烯酰胺溶液，搅拌至纤维在水中呈现均匀分布为止；
（3）通过流浆抄取工艺成型，并在表面施加有机结合剂，同时在湿纸坯底部使用罗茨真空泵进行抽滤，使有机结合剂均匀排布于湿纸坯的各个部位，真空泵真空度为450mmHg。
（4）然后对湿纸坯进行烘干、卷绕，得到厚度为4mm的陶瓷纤维纸，烘干温度为85℃。
实施例3
陶瓷纤维纸，由95重量份陶瓷纤维、5重量份有机结合剂和5重量份的助剂。其中，陶瓷纤维氧化铝含量为50%，氧化铝和二氧化硅合计含量为99wt%，纤维长度为2~50mm；有机结合剂为丙烯酸酯乳液和聚氨酯乳液按重量比1:1混合，乳液浓度为40%，使用之前需要用自来水稀释至浓度为1%；助剂为阳离子型聚丙烯酰胺溶液，酰胺溶液浓度为1.5%，数均分子量为800万。
具体的制备方法包括以下步骤：
（1）将水注入打浆机中，加入称量好的陶瓷纤维并开机搅拌，搅拌速度为500rpm，搅拌10min；
（2）待纤维打短至2~5mm并分散均匀后，将浆料泵入配浆罐中，同时向配浆罐中注入一定量的水，保证浆料浓度为1%左右，开启配浆罐中的搅拌装置，设置搅拌速度为50rpm，缓慢加入称量好的阳离子型聚丙烯酰胺溶液，搅拌至纤维在水中呈现均匀分布为止；
（3）通过流浆抄取工艺成型，并在表面施加有机结合剂，同时在湿纸坯底部使用罗茨真空泵进行抽滤，使有机结合剂均匀排布于湿纸坯的各个部位，真空泵真空度为550mmHg。
（4）然后对湿纸坯进行烘干、卷绕，得到厚度为10mm的陶瓷纤维纸，烘干温度为100℃。
对比实施例1
组分及其重量比：无石棉矿物纤维30%、石墨纤维25%、木浆28%、松香胶12%、氢氧化铝粉末2.5%、氢氧化钠粉末1.25%、硫酸钙粉末1.25%。
制备方法：将陶瓷纤维和石墨纤维粉碎后与纸浆加入搅拌池中，再加入2倍体积的水，将助剂溶于1mol/L的稀盐酸溶液后加入搅拌池中，最后向搅拌池加入施胶剂，搅拌1h，最后抄取、成型、烘干，制得厚度为5mm的陶瓷纤维纸。
对比实施例2
将30重量份白水和1重量份标准型陶瓷纤维棉注入打浆机内打浆，制成原浆，送入配浆池；配浆池内注入70重量份白水，配制成浓度为1%左右的纸浆，经除渣处理后由高位箱送入流浆箱，纸浆通过流浆箱均匀的流向抄纸长网；纸浆先经过U型管负压脱水装置进行强制脱水，再经过真空脱水装置进行真空脱水成纸坯；纸坯经过双面施胶装置施加浓度为1%的丙烯酸酯乳液，施加量与实施例3相同；经过压榨辊可调同步装置进行同步压榨，成湿纸页；湿纸页经上下吹风烘干箱吹风烘干，制得6mm厚陶瓷纤维纸，烘干温度为190℃。
实验例
将本发明实施例1-3制备得到的陶瓷纤维纸依次编号为A、B、C，将对比实施例1、2制备的样品编号为D和E。分别测试样品的体积密度、柔软性、对折开裂情况及层间结合强度，得到如下表所示数据：
| 样品 | 体积密度（kg/m3） | 柔软性（°） | 对折开裂情况 | 层间结合强度（J/m2） |
| A | 220 | 40 | 不开裂 | 80 |
| B | 198 | 50 | 不开裂 | 75 |
| C | 160 | 30 | 不开裂 | 70 |
| D | 200 | 25 | 开裂 | 90 |
| E | 208 | 43 | 不开裂 | 50 |
| 测试标准或方法 | GB/T17911 | 裁切长度40mm、宽度10mm的纸块，长度方向上10mm长置于实验平台上，剩余30mm长置于实验平台外自然下垂至不再移动，记录纸块切线方向与实验平台所处平面之间的角度，表征柔软性。 | \ | TAPPI-UM403 |
表中数据显示，本发明所述的陶瓷纤维纸同时具有较好的柔软性和层间结合强度，同时对折不开裂，产品各项指标优异。相比于传统工艺生产的陶瓷纤维纸，更适合于钢水水口的包覆。
本发明,陶瓷纤维纸的数值范围：体积密度（kg/m3）为：160-220；柔软性（°）30-80；层间结合强度（J/m2）65-94。
调整陶瓷纤维纸组分，得到如下实施例：
实施例4
本发明一种陶瓷纤维纸，组成如下：
陶瓷纤维 87%
阴离子型丙烯酸酯 12.5%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.225%，余量为杂质。
实施例5
本发明一种陶瓷纤维纸，组成如下：
陶瓷纤维 90%
阴离子型丙烯酸酯 9%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.025%，余量为杂质。
实施例6
本发明一种陶瓷纤维纸，组成如下：
陶瓷纤维 92%
聚氨酯 7.4%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.1%，余量为杂质。
实施例7
本发明一种陶瓷纤维纸，组成如下：
陶瓷纤维 96.975%
聚氨酯 2%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.1%，余量为杂质。
实施例8
本发明一种陶瓷纤维纸，组成如下：
陶瓷纤维 90%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 7.9%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.1%，余量为杂质。
实施例9
本发明一种陶瓷纤维纸，组成如下：
陶瓷纤维 90%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 9.8%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.2%。
实施例10
本发明一种陶瓷纤维纸，组成如下：
陶瓷纤维 90.5%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 8.8%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.15%，余量为杂质。
实施例11
本发明一种陶瓷纤维纸，组成如下：
陶瓷纤维 90.5%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 9.2%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.15%，余量为杂质。
实施例4~11制备的产品依次编号为F、G、H、I、J、K、L和M，样品的检测结果见下表所示。
| 样品 | 体积密度（kg/m3） | 柔软性（°） | 对折开裂情况 | 层间结合强度（J/m2） |
| F | 185 | 40 | 不开裂 | 65 |
| G | 192 | 48 | 不开裂 | 78 |
| H | 179 | 65 | 不开裂 | 90 |
| I | 220 | 75 | 不开裂 | 95 |
| J | 230 | 78 | 不开裂 | 96 |
| L | 190 | 80 | 不开裂 | 95 |
| M | 210 | 76 | 不开裂 | 94 |
| N | 200 | 74 | 不开裂 | 96 |
| 测试标准或方法 | GB/T17911 | 裁切长度40mm、宽度10mm的纸块，长度方向上10mm长置于实验平台上，剩余30mm长置于实验平台外自然下垂至不再移动，记录纸块切线方向与实验平台所处平面之间的角度，表征柔软性。 | \ | TAPPI-UM403 |
本发明,使用阳离子型聚丙烯酰胺溶液助剂对陶瓷纤维进行包覆改性，使陶瓷纤维具备阳离子性，同性的陶瓷纤维会在浆料中均匀分布，提高抄纸过程中纤维分布的均匀性。在施胶过程中，阴离子型的丙烯酸酯乳液或聚氨酯乳液遇到包覆在陶瓷纤维上的阳离子型聚丙烯酰胺溶液，发生破乳反应，在纤维之间形成胶黏状物质，完成烘干后，胶黏状物质产生粘结力，粘结纤维，使陶瓷纤维纸内外强度一致，有效解决表面施胶层间强度差的问题。
上述实施例中，丙烯酸酯和聚氨酯互换，其他数值结果不变。
以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种陶瓷纤维纸，其组分包括陶瓷纤维、阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯、阳离子型聚丙烯酰胺，含量范围为：
陶瓷纤维 87.275~97.975%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 2~12.5%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.025~0.225%。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维纸，其特征在于：所述含量范围为：
陶瓷纤维 90~91%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 7.9~9.8%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.1~0.2%。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维纸，其特征在于：所述含量范围为：
陶瓷纤维 96.975%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 2%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.1%。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维纸，其特征在于：所述含量范围为：
陶瓷纤维 87 %
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯12.5%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.225%。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维纸，其特征在于：所述含量范围为：
陶瓷纤维 90%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 9%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.025%。
6.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维纸，其特征在于：所述含量范围为：
陶瓷纤维 92%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 7.4%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.1%。
7.根据权利要求2所述的一种陶瓷纤维纸，其特征在于：所述含量范围为：
陶瓷纤维 90%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 7.9%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.1%。
8.根据权利要求2所述的一种陶瓷纤维纸，其特征在于：所述含量范围为：
陶瓷纤维 90%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 9.8%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.2%。
9.根据权利要求2所述的一种陶瓷纤维纸，其特征在于：所述含量范围为：
陶瓷纤维 90.5%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 8.8%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.15%。
10.根据权利要求2所述的一种陶瓷纤维纸，其特征在于：所述含量范围为：
陶瓷纤维 90.5%
阴离子型丙烯酸酯或聚氨酯 9.2%
阳离子型聚丙烯酰胺 0.15%。
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