一种高耐火纤维增强莫来石轻质耐火材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种高耐火纤维增强莫来石轻质耐火材 料及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 传统的铝硅系纤维在生产和应用时较易进入人体，进入人体的纤维很难溶解，可 能导致人体内的细胞病变。所以，我们需要研究何种纤维容易被人体吸入以及吸入的纤维 能否快速被人体降解。
[0003] 纤维吸进肺部的难易程度与空气中纤维的浓度以及纤维的几何尺寸有关，高浓度 的纤维粉尘导致进入人体的概率就越大，进而纤维在人体肺部病变的概率就越大；各大研 究机构的许多学者研究表明：纤维能否被人体吸入取决于纤维的长径比以及纤维的直径有 关，长径比和直径越小，纤维越容易进入人体。纤维在人体内存在的时间长短由纤维的化 学稳定性决定，化学稳定性越好，纤维越不容易降解，而纤维的化学稳定性与纤维的化学组 分、表面形态和表面积有关。生物可溶性耐火纤维大部分由二氧化娃和其他金属或者非金 属氧化物组成的，纤维组成中添加一些碱土金属氧化物、碱金属氧化物以及氧化硼等可以 提高纤维的溶解性，而添加氧化铝时，纤维溶解性大幅度降低。纤维的表面越大，与肺液接 触的面积越大，被肺液浸蚀的面积也越大，进而纤维在肺液中降解的速率也就越大，此外， 纤维在制备和应用过程中表面会产生微裂缺陷纹，缺陷在体液的冲蚀下会进一步被侵蚀， 加速纤维的溶解。
[0004] 传统耐火纤维在制备和使用过程中容易被人体吸入，进而可能对人体的健康造成 影响，许多专家和学者为了解决这个问题，他们不断探求新的材料，生物可溶性耐火纤维就 在这个时候应运而生了。20世纪九十年代以来，随着人们对健康，环保的日益重视，可溶性 耐火纤维的研制在全世界范围内展开，生物可溶性陶瓷纤维的发展很迅速，当前市场上的 可溶性纤维的主要成分为Ca0-Mg0-Si02系、Ca0-Si02系、Mg0-Si02系等。
[0005] 在探索生物可溶性陶瓷纤维的过程中，很多国家在可溶性陶瓷纤维组成方面都申 请了自己的专利，我国在这方面的研究还很少。
[0006] 有中国专利2012105683496公开过一种750度生态可溶性环保耐火纤维，其没有 析晶现象，但是耐高温性能有限，而且在实践中发现，放置半年后会开始发生老化，耐高温 性能进一步下降。
[0007] 而现有技术还有以氧化铝、石英砂为主要原料，以十二烷基苯磺酸钠为发泡剂，研 究了发泡剂含量、硅酸铝纤维的含量对莫来石轻质耐材料的改进。
[0008] 本发明旨在提供一种高耐火纤维增强莫来石轻质耐火材料及其制备工艺，其采用 在模拟肺叶中溶解性很好，溶解速度较快，耐火性能非常强，并且没有析晶现象的耐火纤维 进行对莫来石轻质耐火材料的增强，意外发现可以很大程度改进莫来石轻质耐火材料的性 能。
【发明内容】
[0009] 本发明针对现有技术中的缺点，提供一种高耐火纤维增强莫来石轻质耐火材料及 其制备工艺，其采用在模拟肺叶中溶解性很好，溶解速度较快，耐火性能非常强，并且没有 析晶现象的耐火纤维进行对莫来石轻质耐火材料的增强，意外发现可以很大程度改进莫来 石轻质耐火材料的性能。
[0010] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现： 一种高耐火纤维增强莫来石轻质耐火材料的生产工艺： (1) 配备环保高耐火耐火纤维的原料： 以硅灰石、石英砂、滑石、焦宝石作为主原料，控制质量分数，其中SiO2 58 %，CaO 28%，MgO 8%，剩余4%为改性添加物质，将主原料和改性添加物质混合后； 所述改性添加物质的制备方法为： 按照重量份数，将下述原料称取后碾磨混合均匀：将4份氧化锌，五氧化二磷18-20份， 海藻糖2-3份，膨胀石墨纳米份1. 5-1. 8份； (2) 制备环保耐火纤维： 将混合均匀的原料置于电阻炉中，先经300°C熔融，此时有部分原料开始融化，此时恒 温保持搅拌30分钟，然后升温至2200°C熔融，此时配方中微量的膨胀石墨纳米粉并不能完 全融化，但是在高温体系下会分布得十分均匀，肉眼不可见； 熔融液通过甩丝方式，经集棉器集棉，制得需要厚度的纤维棉坯，然后经过针刺， 680-720°C热处理，最后经过切割制得耐火纤维； (3) 制备纤维增强莫来石轻质耐火材料： 按照重量比，称取工业氧化铝58. 3-59. 2份、石英砂14. 1-15. 2份，1. 5-1. 8份环保耐火 纤维，将上述原料在振动球磨机共同球磨均匀，将混好的料在搅拌机中加适量水搅拌，并加 入25份苏州黏土、1. 2-1. 5份SDBS发泡剂、0. 5份三聚磷酸钠、6-6. 5份糊精继续搅拌均匀 制得混合的泥料； 制好的泥料注入模具中浇注成湿坯，干燥好的湿坯在电炉中烧成，烧成制度为以 5-8°C /min的升速从室温升到1500 °C，保温3h后随炉冷却既得成品。
[0011] 本发明采用标准标准Gamble溶液模拟肺液进行生物相溶性的检测。典型的 Gamble溶液的配方如下表所示：
在甩丝过程中，通常可溶性陶瓷纤维原料熔体有不同程度的析晶倾向，这种析晶倾向 称之为析晶性能。在纤维的生产中，析晶是绝对不允许的，它将导致纤维的断裂，强度降 低。为避免甩丝过程中陶瓷纤维产生析晶，成型温度必须要高于原料的析晶温度。测定析 晶上限温度是决定成型温度的关键。在可溶性陶瓷纤维的使用过程中，随着时间和温度的 增加，纤维出现析晶可能使纤维收缩和破坏。
[0012] 玻璃在它的平衡液相线温度以下，相对于结晶相而言，处于介稳状态，体系能量较 高，因此有向晶相转变的趋势。玻璃发生析晶转变时，体系总能量的变化由玻璃相与晶相两 相化学自由能之差AG，析出的晶相与玻璃相形成的界面能Uf和应变能Us三部分组成。在 玻璃的析晶转变过程中，Uf+Us= AG，因此主要考虑体系化学自由能的变化。玻璃中形成 的晶核，其生长取决于玻璃相与晶相界面附近原子的跃迀过程。原子的振动频率为V其从 玻璃相越过界面转入晶相需要活化能E。
[0013] 原子从玻璃相越过界面转入晶相的频率为V I = V exp[_E/(RT)]式中，R为 气体常数，T为热力学温度，V为原子振动频率。由于原子的迀移而导致体系自由能下降 A G。对于反向过程，即原子从晶相转入玻璃相需要越过势皇（E+AG)，跃迀频率为V 2 = V exp[(E+△ GV(RT)]于是原子从玻璃相到晶相的净跃迀频率为V 1-v 2。设晶核表面生长 一层原子，相界面迀移距离为凡则晶核沿一维方向生长速率： U = λ (V l_v 2) = λ V exp (-E/(RT) {l_exp [_ Δ G/(RT) ]} (I) 令 kO = v {l_exp [-Δ G/(RT) ]} (2) 则式（I)可写成U = λ k0 [exp (-EART) ]，E为玻璃析晶活化能。kO -般被称为频率因 子，且被认为与温度T无关，而实际上这只有在等温条件下才严格成立。对于非等温过程， 由式（2)可知，kO与T有关，用不同的方法求得的kO的值有时会相差一个数量级。只有在 一定的温度范围内，温度的上升导致V增大与玻璃相和晶相的自由能差△ G的减小相互抵 消一部分时才可以近似看作常数。
[0014] 在本发明的特殊工艺下，并没有发生析晶现象。
[0015] 本发明人意外地发现，配制特定的配方，使用特定的生产工艺，可以制备出生物相 溶性好，耐火性能强，耐存放的生物相溶性耐火纤维，进一步改进工艺，可以制得强度大， 重量轻的纤维增强莫来石轻质耐火材料。
[0016] 本发明的有益之处在于： (1)本发明的纤维增强耐火砖质量轻，气孔率高，强度大。
[0017] (2