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CN104553164A - 一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板及其制备方法 - Google Patents

一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板及其制备方法 Download PDF

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CN104553164A
CN104553164A CN201510014598.4A CN201510014598A CN104553164A CN 104553164 A CN104553164 A CN 104553164A CN 201510014598 A CN201510014598 A CN 201510014598A CN 104553164 A CN104553164 A CN 104553164A
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Abstract

本发明提供一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板及其制备方法，其是通过由若干个含有陶瓷纤维的陶瓷纤维层通过粘结剂并经过热压固化形成，在相邻两个陶瓷纤维层之间还可铺设有金属箔来增强其使用效果。本发明在使用时，能够有效阻止热传导、对流传热和辐射传热这三种热量传递方式，有着超级绝热、蓄热的性能，其导热系数远远低于传统的绝热材料，而且强度可达到传统产品强度的4-6倍。

Description

一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板，属于耐火材料技术领域。
背景技术
工业窑炉是工业生产中的主要耗能设备，每年能耗数量巨大，主要在冶金、建材、耐火材料、陶瓷、玻璃、化工及机电企业的热加工过程中。各种工业窑炉的热效率都很低，热损失很大。工业窑炉的能耗占总能耗的40-70%，通过炉体的散热损失约占总供给热量的15-45%。因此在这个节约能源的时代，迫切需要一种优质的隔热保温耐火材料，以达到降低热量损失，节约能源的目的。
目前，用于各种窑炉内衬的保温隔热耐火材料应用量最大的是硅酸铝质耐火制品，硅酸铝纤维板虽然具有良好的隔热、耐高温的特点，并在一些窑炉上得到了广泛的应用，但这种传统的硅酸铝纤维板还存在一定的不足，比如强度低，特别是在高温高压情况下，耐火纤维晶相组织容易被破坏成粉状，导致纤维制品分散，进而使产品的绝缘、绝热、强度等性能降低，使用温度下降，此外在温度高、应力大的一些窑炉上应用受到限制。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的之一是提供一种具有热导率低、强度高、寿命长、高效节能等特点的纳米陶瓷纤维反辐射绝热板，具体技术方案为：
一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板，由若干个陶瓷纤维层经过热压固化形成；所述陶瓷纤维层包括蓄热层和反辐射绝热层两种，其中蓄热层或反辐射绝热层交错铺设。相邻两个陶瓷纤维层之间铺设有金属箔。
所述蓄热层为陶瓷纤维毯或含有陶瓷纤维的混合物层。
所述反辐射绝热层的物料组分中除陶瓷纤维外还含有无机非金属纳米材料、金属氧化物或非金属氧化物。
本发明的目的之二是提供上述纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，具体技术方案为：
一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，采用以下步骤：
（a）制备陶瓷纤维层混合物料；
（b）利用分料器将步骤（a）中得到的混合物料分层布料，每一层混合物料分别经真空脱水、湿法成型后压制成板状；
（c）将步骤（b）得到的若干个板状陶瓷纤维层混合物料之间分别涂刷高温结合剂，并送入热压机中进行热压固化成型，热压温度在80-300℃之间；
（d） 裁制得到反辐射绝热板产品。
在上述步骤（b）中，对混合物料进行分层布料时，将金属箔置于相邻两个料层之间。
所述陶瓷纤维层混合物料的制备按照功能划分成蓄热层混合物料的制备和反辐射绝热层混合物料的制备两个制备过程。
所述蓄热层混合物料的制备方法为：
（1）    将陶瓷纤维利用干法或湿法打碎成1-2mm的短纤维；
（2）    按重量份数取短纤维80-90份；
（3）    按重量份数取浓度为38-40%的硅溶胶或铝溶胶10-20份；
（4）    将上述步骤（2）中的短纤维与步骤（3）中的硅溶胶或铝溶胶搅拌混合。
所述反辐射绝热层混合物料的制备方法为：
（1）    将陶瓷纤维利用干法或湿法打碎成1-2mm的短纤维；
（2）    按重量份数取短纤维45-65份；
（3）    按重量份数取阳离子淀粉1-10份加入到步骤（2）中的短纤维中，并搅拌均匀；阳离子淀粉吸附在陶瓷纤维上，与纤维附和在一起，使纤维分离；
（4）    按重量份数取浓度为38-40%的硅溶胶或铝溶胶10-20份加入到步骤（3）中的混合物中搅拌均匀，硅溶胶或铝溶胶起到结合剂和粘接剂的作用；
（5）    按重量份数取无机非金属纳米材料10-15份入到步骤（4）中的混合物中搅拌均匀；
（6）    按重量份数增加有金属氧化物或非金属氧化物10-20份，并搅拌均匀。
所述反辐射绝热层混合物料中按重量份数还增加有发泡剂1-5份。本发明通过引入发泡剂进行造孔，使材料在密度大、强度高的情况下，蓄热作用增强，导热系数更小，保温效果更好。
所述无机非金属纳米材料为纳米二氧化硅晶须、纳米氧化镁晶须、钛酸钾晶须、氧化铝超微粉中的一种或两种以上组成。上述无机非金属纳米材料可使纳米材料吸附在耐火陶瓷纤维周围，纤维表面形成耐温保护膜，进而阻止耐火纤维晶相被破坏，保证了耐火陶瓷纤维仍然保持原来的形态和特性，增加纤维的拉伸强度，因此绝缘、绝热、高温强度增强，耐火度、热震稳定性和高温机械性能也得到提高。
所述金属氧化物或非金属氧化物为氧化锰粉、氧化铁粉、氧化钛粉、二氧化硅粉中的一种或两种以上组成，金属氧化物或非金属氧化物起到反辐射的作用，减少热损失，还具有增加产品常温和高温强度的作用。
本发明的有益效果：
①、本发明具有加热不膨胀、尺寸精确、平整度好的特点；
②、本发明质轻、施工方便，是窑炉及其他保温设备的理想节能材料；
③、传统的硅酸铝纤维板的耐压强度仅为0.5 Mpa，而本发明提供的高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板由于引入纳米纤维材料等技术，保证了耐火陶瓷纤维仍然保持原来的形态和特性，因此绝缘、绝热、高温强度、耐火度等增强，热震稳定性和高温机械性能也得到提高，尤其是耐压强度，可达到传统的硅酸铝纤维板的4-6倍，使用寿命更长；
④、本发明蓄热能力强，反辐射高，低热导率：
⑤、本发明10mm厚相当于常规绝热产品30-50mm厚的绝热性能，可提高有效工作容量，又可减少大量热损失；
⑥、本发明由于是采用热固成型工艺，不仅制品的耐压强度提高，而且缩短生产的干燥时间，因此产品质量稳定。
综上所述，本发明对企业提升能效效率提供了保障，提高冶炼产品质量的同时，又实现节约能耗、降低成本，具有不可估量的实用效果。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板，由三个陶瓷纤维层通过粘合剂并经过热压固化形成。所述陶瓷纤维层包括两个蓄热层1和一个反辐射绝热层3，反辐射绝热层3位于两个蓄热层1之间，且蓄热层1和反辐射绝热层3之间分别铺设有金属箔2、4、6。所述蓄热层为陶瓷纤维毯或含有陶瓷纤维的混合物层。所述反辐射绝热层的物料组分中除陶瓷纤维外还含有无机非金属纳米材料、金属氧化物或非金属氧化物。
本实施例所述高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，采用以下步骤：
（a）制备陶瓷纤维层混合物料，陶瓷纤维层混合物料的制备按照功能划分成蓄热层混合物料的制备和反辐射绝热层混合物料的制备两个制备过程；
所述蓄热层混合物料的制备方法为：
（1）将陶瓷纤维利用干法或湿法打碎成1-2mm的短纤维；
（2）按重量份数取短纤维85份；
（3）按重量份数取浓度为38-40%的硅溶胶或铝溶胶15份；
（4）将上述步骤（2）中的短纤维与步骤（3）中的硅溶胶或铝溶胶搅拌混合，输送至分料器待用；
所述反辐射绝热层混合物料的制备方法为：
（1）将陶瓷纤维利用干法或湿法打碎成1-2mm的短纤维；
（2）按重量份数取短纤维58份；
（3）按重量份数取阳离子淀粉5份加入到步骤（2）中的短纤维中，并搅拌均匀；
（4）按重量份数取浓度为38-40%的硅溶胶或铝溶胶10份加入到步骤（3）中的混合物中搅拌均匀；
（5）按重量份数取无机非金属纳米材料10份加入到步骤（4）中的混合物中搅拌均匀，所述无机非金属纳米材料为纳米二氧化硅晶须3份、纳米氧化镁晶须2份、氧化铝超微粉5份组成；
（6）按重量份数增加有金属氧化物或非金属氧化物17份，并搅拌均匀，所述金属氧化物或非金属氧化物为氧化锰粉5份、氧化铁粉4份、氧化钛粉5份、二氧化硅粉3份组成
（7）按重量份数还增加有发泡剂1份，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺；
（b）利用分料器将步骤（a）中得到的蓄热层混合物料和反辐射绝热层混合物料分层布料，每一层混合物料分别经真空脱水、湿法成型后压制成板状；
（c）将步骤（b）得到的若干个板状的陶瓷纤维层混合物料之间分别涂刷高温结合剂，同时将金属箔置于相邻两个料层之间并涂刷高温结合剂，然后一并送入热压机中进行热压固化成型，热压温度220℃，热压强度100MPa；
（d）得到厚度为10mm的反辐射绝热板产品，并根据使用需要裁制。
该实施例性能测试结果指标如下：
①、使用温度达1150℃
②、永久线变化（1000℃）≤1%
③、容重 800Kg/m3
④、导热率 800℃时为0.03W/m
⑤、常温耐压强度3Mpa。
实施例二
如图1所示，一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板，由三个陶瓷纤维层通过粘合剂并经过热压固化形成。所述陶瓷纤维层包括两个蓄热层1和一个反辐射绝热层3，反辐射绝热层3位于两个蓄热层1之间，且蓄热层1和反辐射绝热层3之间分别铺设有金属箔2、4、6。所述蓄热层为陶瓷纤维毯或含有陶瓷纤维的混合物层。所述反辐射绝热层的物料组分中除陶瓷纤维外还含有无机非金属纳米材料、金属氧化物或非金属氧化物。
本实施例所述高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，采用以下步骤：
（a）制备陶瓷纤维层混合物料，陶瓷纤维层混合物料的制备按照功能划分成蓄热层混合物料的制备和反辐射绝热层混合物料的制备两个制备过程；
所述蓄热层混合物料的制备方法为：
（1）将陶瓷纤维利用干法或湿法打碎成1-2mm的短纤维；
（2）按重量份数取短纤维85份；
（3）按重量份数取浓度为38-40%的硅溶胶或铝溶胶15份；
（4）将上述步骤（2）中的短纤维与步骤（3）中的硅溶胶或铝溶胶搅拌混合，输送至分料器待用；
所述反辐射绝热层混合物料的制备方法为：
（1）将陶瓷纤维利用干法或湿法打碎成1-2mm的短纤维；
（2）按重量份数取短纤维59份；
（3）按重量份数取阳离子淀粉3份加入到步骤（2）中的短纤维中，并搅拌均匀；
（4）按重量份数取浓度为38-40%的硅溶胶5份、浓度为38-40%的铝溶胶5份加入到步骤（3）中的混合物中搅拌均匀；
（5）按重量份数取无机非金属纳米材料13份加入到步骤（4）中的混合物中搅拌均匀，所述无机非金属纳米材料为纳米二氧化硅晶须3份、钛酸钾晶须2份、氧化铝超微粉8份组成；
（6）按重量份数增加有金属氧化物或非金属氧化物15份，并搅拌均匀，所述金属氧化物或非金属氧化物为氧化锰粉3份、氧化铁粉5份、氧化钛粉5份、二氧化硅粉2份组成
（7）按重量份数还增加有发泡剂1份，所述发泡剂为聚乙烯纤维；
（b）利用分料器将步骤（a）中得到的蓄热层混合物料和反辐射绝热层混合物料分层布料，每一层混合物料分别经真空脱水、湿法成型后压制成板状；
（c）将步骤（b）得到的若干个板状的陶瓷纤维层混合物料之间分别涂刷高温结合剂，同时将金属箔置于相邻两个料层之间并涂刷高温结合剂，然后一并送入热压机中进行热压固化成型，热压温度280℃，热压强度100MPa；
（d）得到厚度为15mm的反辐射绝热板产品，并根据使用需要裁制。
该实施例性能测试结果指标如下：
①、使用温度达1250℃
②、永久线变化（1000℃）≤1%
③、容重 950Kg/m3
④、导热率 800℃时为0.026W/m
⑤、常温耐压强度3Mpa。
实施例三
如图1所示，一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板，由三个陶瓷纤维层通过粘合剂并经过热压固化形成。所述陶瓷纤维层包括两个蓄热层1和一个反辐射绝热层3，反辐射绝热层3位于两个蓄热层1之间，且蓄热层1和反辐射绝热层3之间分别铺设有金属箔2、4、6。所述蓄热层为陶瓷纤维毯或含有陶瓷纤维的混合物层。所述反辐射绝热层的物料组分中除陶瓷纤维外还含有无机非金属纳米材料、金属氧化物或非金属氧化物。
本实施例所述高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，采用以下步骤：
（a）制备陶瓷纤维层混合物料，陶瓷纤维层混合物料的制备按照功能划分成蓄热层混合物料的制备和反辐射绝热层混合物料的制备两个制备过程；
所述蓄热层混合物料的制备方法为：
（1）将陶瓷纤维利用干法或湿法打碎成1-2mm的短纤维；
（2）按重量份数取短纤维90份；
（3）按重量份数取浓度为38-40%的硅溶胶或铝溶胶10份；
（4）将上述步骤（2）中的短纤维与步骤（3）中的硅溶胶或铝溶胶搅拌混合，输送至分料器待用；
所述反辐射绝热层混合物料的制备方法为：
（1）将陶瓷纤维利用干法或湿法打碎成1-2mm的短纤维；
（2）按重量份数取短纤维65份；
（3）按重量份数取阳离子淀粉4份加入到步骤（2）中的短纤维中，并搅拌均匀；
（4）按重量份数取浓度为38-40%的硅溶胶15份、浓度为38-40%的铝溶胶5份加入到步骤（3）中的混合物中搅拌均匀；
（5）按重量份数取无机非金属纳米材料15份加入到步骤（4）中的混合物中搅拌均匀，所述无机非金属纳米材料为纳米二氧化硅晶须2份、纳米氧化镁晶须5份、钛酸钾晶须2份、氧化铝超微粉6份组成；
（6）按重量份数增加有金属氧化物或非金属氧化物10份，并搅拌均匀，所述金属氧化物或非金属氧化物为氧化锰粉2份、氧化铁粉3份、氧化钛粉3份、二氧化硅粉2份组成
（7）按重量份数还增加有发泡剂1份，所述发泡剂为聚乙烯纤维；
（b）利用分料器将步骤（a）中得到的蓄热层混合物料和反辐射绝热层混合物料分层布料，每一层混合物料分别经真空脱水、湿法成型后压制成板状；
（c）将步骤（b）得到的若干个板状的陶瓷纤维层混合物料之间分别涂刷高温结合剂，同时将金属箔置于相邻两个料层之间并涂刷高温结合剂，然后一并送入热压机中进行热压固化成型，热压温度200℃，热压强度100MPa；
（d）得到厚度为15mm的反辐射绝热板产品，并根据使用需要裁制。
该实施例性能测试结果指标如下：
①、使用温度达1210℃
②、永久线变化（1000℃）≤1%
③、容重 900Kg/m3
④、导热率 800℃时为0.028W/m
⑤、常温耐压强度3Mpa。
实施例四
如图1所示，一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板，由三个陶瓷纤维层通过粘合剂并经过热压固化形成。所述陶瓷纤维层包括两个蓄热层1和一个反辐射绝热层3，反辐射绝热层3位于两个蓄热层1之间，且蓄热层1和反辐射绝热层3之间分别铺设有金属箔2、4、6。所述蓄热层为陶瓷纤维毯或含有陶瓷纤维的混合物层。所述反辐射绝热层的物料组分中除陶瓷纤维外还含有无机非金属纳米材料、金属氧化物或非金属氧化物。
本实施例所述高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，采用以下步骤：
（a）制备陶瓷纤维层混合物料，陶瓷纤维层混合物料的制备按照功能划分成蓄热层混合物料的制备和反辐射绝热层混合物料的制备两个制备过程；
所述蓄热层混合物料的制备方法为：
（1）将陶瓷纤维利用干法或湿法打碎成1-2mm的短纤维；
（2）按重量份数取短纤维90份；
（3）按重量份数取浓度为38-40%的硅溶胶或铝溶胶10份；
（4）将上述步骤（2）中的短纤维与步骤（3）中的硅溶胶或铝溶胶搅拌混合，输送至分料器待用；
所述反辐射绝热层混合物料的制备方法为：
（1）将陶瓷纤维利用干法或湿法打碎成1-2mm的短纤维；
（2）按重量份数取短纤维45份；
（3）按重量份数取阳离子淀粉3份加入到步骤（2）中的短纤维中，并搅拌均匀；
（4）按重量份数取浓度为38-40%的硅溶胶10份、浓度为38-40%的铝溶胶10份加入到步骤（3）中的混合物中搅拌均匀；
（5）按重量份数取无机非金属纳米材料13份加入到步骤（4）中的混合物中搅拌均匀，所述无机非金属纳米材料为纳米二氧化硅晶须3份、纳米氧化镁晶须2份、钛酸钾晶须2份、氧化铝超微粉6份组成；
（6）按重量份数增加有金属氧化物或非金属氧化物20份，并搅拌均匀，所述金属氧化物或非金属氧化物为氧化锰粉6份、氧化铁粉3份、氧化钛粉5份、二氧化硅粉5份组成
（7）按重量份数还增加有发泡剂1份，所述发泡剂为聚乙烯纤维；
（b）利用分料器将步骤（a）中得到的蓄热层混合物料和反辐射绝热层混合物料分层布料，每一层混合物料分别经真空脱水、湿法成型后压制成板状；
（c）将步骤（b）得到的若干个板状的陶瓷纤维层混合物料之间分别涂刷高温结合剂，同时将金属箔置于相邻两个料层之间并涂刷高温结合剂，然后一并送入热压机中进行热压固化成型，热压温度300℃，热压强度100MPa；
（d）得到厚度为15mm的反辐射绝热板产品，并根据使用需要裁制。
该实施例性能测试结果指标如下：
①、使用温度达1180℃
②、永久线变化（1000℃）≤1%
③、容重 880Kg/m3
④、导热率 800℃时为0.027W/m
⑤、常温耐压强度3Mpa。

Claims (10)

1.一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板，其特征在于：由若干个陶瓷纤维层经过热压固化形成；所述陶瓷纤维层按照功能分成蓄热层和反辐射绝热层两种，其中蓄热层或反辐射绝热层交错铺设。
2.如权利要求1所述的一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板，其特征在于：相邻两个陶瓷纤维层之间铺设有金属箔。
3.如权利要求1或2所述的一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，其特征在于采用以下步骤：
（a）制备陶瓷纤维层混合物料；
（b）利用分料器将步骤（a）中得到的混合物料分层布料，每一层混合物料分别经真空脱水、湿法成型后压制成板状；
（c）将步骤（b）得到的若干个板状陶瓷纤维层混合物料之间分别涂刷高温结合剂，并送入热压机中进行热压固化成型，热压温度在80-300℃之间；
（d）裁制得到反辐射绝热板产品。
4.如权利要求3所述的一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，其特征在于：在上述步骤（b）中对混合物料进行分层布料时，将金属箔置于相邻两个料层之间。
5.如权利要求3所述的一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，其特征在于：所述陶瓷纤维层混合物料的制备按照功能划分成蓄热层混合物料的制备和反辐射绝热层混合物料的制备两个制备过程。
6.如权利要求5所述的一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，其特征在于所述蓄热层混合物料的制备方法为：
（1）将陶瓷纤维利用干法或湿法打碎成1-2mm的短纤维；
（2）按重量份数取短纤维80-90份；
（3）按重量份数取浓度为38-40%的硅溶胶或铝溶胶10-20份；
（4）将上述步骤（2）中的短纤维与步骤（3）中的硅溶胶或铝溶胶搅拌混合。
7.如权利要求5所述的一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，其特征在于所述反辐射绝热层混合物料的制备方法为：
（1）将陶瓷纤维利用干法或湿法打碎成1-2mm的短纤维；
（2）按重量份数取短纤维45-65份；
（3）按重量份数取阳离子淀粉1-10份加入到步骤（2）中的短纤维中，并搅拌均匀；
（4）按重量份数取浓度为38-40%的硅溶胶或铝溶胶10-20份加入到步骤（3）中的混合物中搅拌均匀；
（5）按重量份数取无机非金属纳米材料10-15份入到步骤（4）中的混合物中搅拌均匀；
（6）按重量份数增加有金属氧化物或非金属氧化物10-20份，并搅拌均匀。
8.如权利要求7所述的一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，其特征在于：所述反辐射绝热层混合物料中按重量份数还增加有发泡剂1-5份。
9.如权利要求7所述的一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，其特征在于：所述无机非金属纳米材料为纳米二氧化硅晶须、纳米氧化镁晶须、钛酸钾晶须、氧化铝超微粉中的一种或两种以上组成。
10.如权利要求7所述的一种高强纳米陶瓷纤维反辐射绝热板的制备方法，其特征在于：所述金属氧化物或非金属氧化物为氧化锰粉、氧化铁粉、氧化钛粉、二氧化硅粉中的一种或两种以上组成。
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