一种环保型耐火纤维及其制备方法与流程

文档序号:11212542
本发明涉及耐火纤维
技术领域
,尤其涉及一种具有抗静电性的环保型耐火纤维及其制备方法。
背景技术
:耐火纤维柔软、弹性好,还是理想的密封材料,由于具有绝缘、抗氧化、耐油和耐水性能,施工方便,因此在冶金、建材、石油、化工、船舶、电力、航天等领域应用广泛。氧化铝纤维除具有一般陶瓷纤维的高强度、高模量、热导率小、热膨胀系数低、抗化学侵蚀能力、超常的耐热性、耐高温氧化性等优点外,还具有原料成本较低、生产工艺简单等特点,具有较高的性价比和商业价值,广泛应用于工业、军事、民用复合材料领域。控制氧化铝纤维生产的不同工艺过程,可得到不同性质和适用于不同应用的高性能纤维产品。目前,氧化铝耐火纤维多采用酚醛树脂结合剂,其具有游离酚、游离醛等有害物质,所用沥青在高温下会散发出黄色的有毒烟雾,施工条件恶劣,严重损害工人的健康。此外,氧化铝耐火纤维的研究主要集中在耐热性能的研究,但是基于纤维特性容易产生静电作用,在使用过程中容易吸附棉屑、杂物,不易清洁,产生干扰,还会产生使用的安全隐患。中国专利文献上公开了“一种中空氧化铝纤维的制备方法”,其公告号为cn106350899a,该发明利用中空的木棉纤维作为载体,将其浸渍于铝盐溶液中获得前驱体,高温煅烧后制得中空氧化铝纤维,该方法制备的纤维具有密度低,中空度高,保温性能良好等特点。但是,该发明并未涉及氧化铝耐火纤维的污染性与抗静电性能的研究。技术实现要素:本发明为了克服现有氧化铝耐火纤维污染环境、不具有抗静电性的问题,提供了一种具有抗静电性的环保型耐火纤维。本发明还提供了一种工艺简单,参数易于控制的环保型耐火纤维的制备方法。为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种环保型耐火纤维,所述环保型耐火纤维由以下重量份的原料制成:氧化铝65~75份,氧化镁30~50份,二氧化钛10~15份,三氧化二钇4~8份和抗静电复合结合剂12.2~14.3份。本发明的耐火纤维主要成份为氧化铝,成本低,耐热性能高。其作为超轻质高温绝热材料之一,作为生产耐火纤维具有轻便、隔热的效果,由于氧化铝良好的耐化学腐蚀性能,可增加耐火纤维的环保性和再循环性。原料中加入二氧化钛,能够起到催化的效果,可以与氧化铝发生协同作用,起到增韧的效果,此外,二氧化钛有较好的紫外线掩蔽作用,在耐火纤维中作为防晒剂和抗氧化剂使用,能够延长耐火纤维的使用寿命。三氧化二钇可以作为荧光添加剂,使得制备的耐火纤维具有荧光特性。作为优选,所述抗静电复合结合剂由以下重量份的原料制成:酚醛树脂7~8份,无水乙醇5~6份,甲醛捕捉剂0.05~0.15和抗静电剂0.15~0.2份。作为优选,所述甲醛捕捉剂具有下式:r-nh2,r选自-oh,-ch2-ch2-so3h,-ch2(cooh)和-ch(cooh)(ch2ch2conh2)中的一种或几种。本发明的抗静电复合结合剂中采用含有伯胺基团的化合物作为甲醛捕捉剂,其反应原理为:酸性条件下,甲醛捕捉剂中的伯胺基团与酚醛树脂中游离醛的羰基在45~60℃条件下可以发生亲核加成反应生成rnhch2oh,该结构稳定性很差,可以迅速脱水生成rnh=ch2,并互相之间发生缩合反应,形成聚合物交联剂。该反应一方面可以减少体系中游离醛的含量,另一方面可以生成网络状的聚合物交联剂,可以对酚醛树脂改性增韧,提高其耐热性能和粘结性。-ch(cooh)(ch2ch2conh2)为氨基酸的通式,本发明中的氨基酸选自异亮氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸、缬氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸,以及其盐。作为优选,所述抗静电剂为聚环氧乙烷,聚醚酯酰胺,羧基内铵盐接枝共聚体中的一种或几种。本发明所选用聚环氧乙烷,聚醚酯酰胺和羧基内铵盐接枝共聚体均为高分子永久型抗静电剂,属亲水性聚合物,其作用原理如下:当其和酚醛树脂高分子基体共混后,一方面由于其分子链的运动能力较强,分子间便于质子移动,通过离子导电来传导和释放产生的静电荷;另一方面,抗静电能力是通过其特殊的分散形态体现的。研究表明:高分子永久型抗静电剂主要是在制品表层呈微细的层状或筋状分布,构成导电性表层,而在中心部分几乎呈球状分布,形成所谓的“芯壳结构”,并以此为通路泄漏静电荷。因为高分子永久型抗静电剂是以降低材料体积电阻率来达到抗静电效果,不完全依赖表面吸水,所以受环境的湿度影响几乎没有,将本发明的结合剂中加入高分子永久型抗静电剂,能够使得结合剂具有稳定的抗静电能力,安全性能高。一种环保型耐火纤维的制备方法,包括以下步骤:(1)按照上述配比称取原料备用,将氧化铝,氧化镁,二氧化钛和三氧化二钇于200~400℃下保温1~2h后共混进行粉碎得到主料;(2)将抗静电复合结合剂缓慢加入到主料中,将混合均匀后的混合物投入熔融炉中加热至1500~1800℃得到熔融液;(3)过滤熔融液中的杂质,滤液流入1800~1950℃的搅拌反应釜中不间断搅拌得到纺丝液;(4)纺丝液从出料口流出,进入离心头经离心头的细孔喷出,纺丝液快速冷却得到固体纤维,通过集棉器进行收集得到环保型耐火纤维。将抗静电复合结合剂加入粉碎后的主料中,能够充分混合反应,使得耐火纤维具有抗静电性能,避免在使用过程中由于产生静电而造成安全事故。作为优选,步骤(1)中所述主料的粒径为150~240目。本发明采用150~240目的原料,能够获得更快的熔融速率,一方面可以提高整个工艺的生产效率,另一方面制得的耐火纤维具有相对稳定的特性。作为优选,步骤(4)中离心头的离心速度为2~3万转/分,细孔的孔径为0.1~0.3毫米。作为优选,步骤(4)中所述环保型耐火纤维直径为25~30微米,长度为70~260毫米。本发明具有如下有益效果:(1)加入含甲醛捕捉剂的抗静电复合结合剂能够降低耐火纤维中游离醛含量,使得耐火纤维更为绿色环保且具有抗静电性能;(2)制备工艺简单,参数易于控制,拓展应用领域,增加企业效益。具体实施方式下面通过具体实施例,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在本发明中,若非特指,所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的,下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域常规方法。实施例1按照以下配比制备抗静电复合结合剂待用:酚醛树脂7g,无水乙醇5g,0.05g的h2n-ch2-ch2-so3h和聚环氧乙烷0.15g;(1)按照以下配比称取氧化铝65g,氧化镁30g,二氧化钛10g和三氧化二钇4g于200℃下保温1h后共混进行粉碎得到粒径为150目的主料;(2)将12.2g抗静电复合结合剂缓慢加入到主料中,将混合均匀后的混合物投入熔融炉中加热至1500℃得到熔融液;(3)过滤熔融液中的杂质,滤液流入1800℃的搅拌反应釜中不间断搅拌得到纺丝液;(4)纺丝液从出料口流出,进入离心头经离心头的细孔喷出,离心头的离心速度为2万转/分,细孔的孔径为0.1毫米。纺丝液快速冷却得到固体纤维,通过集棉器进行收集得到平均直径为25微米,长度为70毫米的环保型耐火纤维。实施例2按照以下配比制备抗静电复合结合剂待用:酚醛树脂8g,无水乙醇6g,0.1g的nh2oh,聚醚酯酰胺0.1g和0.1g羧基内铵盐接枝共聚体;(1)按照以下配比称取氧化铝75g,氧化镁50g,二氧化钛15g和三氧化二钇8g于400℃下保温2h后共混进行粉碎得到粒径为240目的主料;(2)将14.3g抗静电复合结合剂缓慢加入到主料中,将混合均匀后的混合物投入熔融炉中加热至1500℃得到熔融液;(3)过滤熔融液中的杂质,滤液流入1950℃的搅拌反应釜中不间断搅拌得到纺丝液;(4)纺丝液从出料口流出,进入离心头经离心头的细孔喷出,离心头的离心速度为3万转/分,细孔的孔径为0.3毫米。纺丝液快速冷却得到固体纤维,通过集棉器进行收集得到平均直径为30微米,长度为260毫米的环保型耐火纤维。实施例3按照以下配比制备抗静电复合结合剂待用:酚醛树脂7.5g,无水乙醇5.5g,0.03g的nh2oh和0.07g的h2n-ch2(cooh),羧基内铵盐接枝共聚体0.18g;(1)按照以下配比称取氧化铝70g,氧化镁40g,二氧化钛12g和三氧化二钇6g于300℃下保温1.5h后共混进行粉碎得到粒径为200目的主料;(2)将13.28g抗静电复合结合剂缓慢加入到主料中,将混合均匀后的混合物投入熔融炉中加热至1500℃得到熔融液;(3)过滤熔融液中的杂质,滤液流入1900℃的搅拌反应釜中不间断搅拌得到纺丝液;(4)纺丝液从出料口流出,进入离心头经离心头的细孔喷出,离心头的离心速度为2.5万转/分,细孔的孔径为0.2毫米。纺丝液快速冷却得到固体纤维,通过集棉器进行收集得到平均直径为38微米,长度为160毫米的环保型耐火纤维。对比例对比例采用市售氧化铝耐火纤维。对实施例1-3制得的环保型耐火纤维和对比例的市售氧化铝耐火纤维的理化指标进行检测,结果如表1所示。表1.理化指标结果理化指标实施例1实施例2实施例3对比例游离醛,wt%0.30.20.55耐热性,℃2345235023802005棉碎屑的静电吸附无无无有由表1可以看出,通过加入含有伯胺基团的甲醛捕捉剂和抗静电剂的复合结合剂对传统的耐火纤维进行改性,得到的环保型耐火纤维相对于市售氧化铝耐火纤维的耐热性更高,且大大降低了游离醛的含量,更为绿色环保。通过在配方体系中加入抗静电剂,制得的耐火纤维具有稳定的防静电能力,安全性能高。本发明加入含甲醛捕捉剂的抗静电复合结合剂能够降低耐火纤维中游离醛含量,使得耐火纤维更为绿色环保且具有抗静电性能;制备工艺简单,参数易于控制,拓展应用领域,增加企业效益。当前第1页12
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