一种高密度陶瓷纤维板及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷纤维板技术领域，尤其涉及一种高密度陶瓷纤维板及其制备方法。

背景技术

目前传统工艺生产的陶瓷纤维板的体积密度不超过500kg/m

现有新型的高密度陶瓷纤维板(密度600kg/m

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高密度陶瓷纤维板及其制备方法，本发明提供的高密度陶瓷纤维板具有较好的性能。

本发明提供了一种高密度陶瓷纤维板，包括：

≤30wt％的Al

≥7wt％的CaO和MgO；

≥50wt％的SiO

≤5wt％的Fe

优选的，所述Al

优选的，所述CaO和MgO总的质量含量为10～15％。

优选的，所述SiO

本发明通过控制上述化学成分，特别是可溶性陶瓷纤维中CaO、MgO成分的引入可以降低陶瓷纤维板压制成型后的湿坯回弹性和弹性后效，以提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度、减少弹性后效引起的产品裂纹。

本发明提供了一种上述技术方案所述的高密度陶瓷纤维板的制备方法，包括：

将无机复合纤维、有机纤维和玻璃纤维短切丝混合打浆，得到浆料；

将所述浆料和耐火填充料、阳离子有机结合剂混合，得到混合料；

将所述混合料与阴离子无机结合剂混合絮凝，得到混合浆；

将所述混合浆成型后压制再干燥，得到高密度陶瓷纤维板。

优选的，所述无机复合纤维包括陶瓷纤维喷吹棉、陶瓷纤维甩丝棉和可溶性陶瓷纤维棉。

优选的，所述无机复合纤维的加料顺序为先加入陶瓷纤维甩丝棉打浆，再加陶瓷纤维喷吹棉打浆，最后加可溶性陶瓷纤维棉打浆；

所述陶瓷纤维喷吹棉、陶瓷纤维甩丝棉与可溶性陶瓷纤维棉的质量比为1：(1～3)：(1～3)。

优选的，所述有机纤维为打浆后帚化的有机纤维。

优选的，所述无机复合纤维、阴离子无机结合剂的固含量和耐火填充料的质量比为(2.5～4.0):(0.8～1.3):(4.0～5.5)；

所述有机纤维在高密度陶瓷纤维板的质量含量为0.5wt％～5wt％；

所述玻璃纤维短切丝在高密度陶瓷纤维板中的质量含量为0.5wt％～2wt％；

所述阳离子有机结合剂的质量为混合料固含量的4％～10％。

优选的，所述耐火填充料选自硅微粉、叶腊石粉、广西白泥、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、硅灰石、高岭土、苏州土、球粘土、坡缕石和软质粘土中的一种或几种；

所述阳离子有机结合剂选自热溶淀粉或预糊化淀粉；

所述阴离子无机结合剂选自硅溶胶、氧化铝溶胶和二氧化锆溶胶中的一种或两种。

本发明以使用温度1100℃以内的陶瓷纤维喷吹棉、陶瓷纤维甩丝棉和可溶性陶瓷纤维为主要成分，以木浆等有机纤维为包浆材料，以玻璃纤维短切丝等无机长丝纤维为增强材料，配合一定比例的有机结合剂、无机结合剂、耐火填料，采用湿法制造工艺，将原料均匀分散在水中制成质量浓度1％～10％的浆料，采用真空吸滤、长网抄取或注浆中的一种成型方式进行成型，并经过液压机压制到相应厚度的湿坯，之后输送到干燥设备中进行干燥，制作成最小密度800Kg/m

本发明通过改变加料顺序，先加陶瓷纤维甩丝棉，再加陶瓷纤维喷吹棉，最后加入可溶性陶瓷纤维，同时控制打浆时间，将陶瓷纤维甩丝棉、喷吹棉、可溶性陶瓷纤维棉通过水力碎浆机或伏特打浆机进行纤维长度加工，通过调整加料顺序及打浆时间的控制，得到长纤维与短纤维、粗纤维与细纤维搭配合理的料浆，进而提高了浆料中纤维与纤维之间的交织强度；并且，利用可溶性陶瓷纤维自身材质比较脆、纤维回弹性差的缺陷，从而无需对陶瓷纤维、可溶性陶瓷纤维进行短切加工预处理，并降低压制成型后的湿坯回弹性和弹性后效，可提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度、减少弹性后效引起的产品裂纹。

本发明通过加入能够帚化的有机纤维，如纤维素纤维，能够提高纤维料浆对粉状耐火填料的包裹能力，使填料全部都絮凝到纤维上，在成型过程中很好的滤水，减轻了粉料沉淀引起的最终产品密度不均匀、强度不稳定的问题。

本发明通过在高密度陶瓷纤维板中引入氧化钙、氧化镁成分，降低压制成型后的湿坯回弹性和弹性后效，可提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度、减少弹性后效引起的产品裂纹。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。

本发明提供了一种高密度陶瓷纤维板，包括：

≤30wt％的Al

≥7wt％的CaO和MgO；

≥50wt％的SiO

≤5wt％的Fe

在本发明中，所述Al

在本发明中，所述CaO和MgO总的质量含量优选为10～15％，例如可以为10％、10.2％、11％、12％、13％、14％、15％等；所述CaO的质量含量优选为7.5～8.5％，更优选为7.8～8.2％，最优选为8％；所述MgO的质量含量优选为2～3％，更优选为2.4～2.8％，还可以为2.5％、2.6％、2.7％。

在本发明中，所述SiO

优选的，所述高密度陶瓷纤维板包括：

14～22wt％的Al

10～15wt％的CaO和MgO；

60～70wt％的SiO

≤5wt％的Fe

在本发明中，所述Fe

本发明通过控制上述化学成分，特别是可溶性陶瓷纤维中CaO、MgO成分的引入可以降低陶瓷纤维板压制成型后的湿坯回弹性和弹性后效，以提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度、减少弹性后效引起的产品裂纹。

本发明提供了一种上述技术方案所述的高密度陶瓷纤维板的制备方法，包括：

将无机复合纤维、有机纤维和玻璃纤维短切丝混合打浆，得到浆料；

将所述浆料和耐火填充料、阳离子有机结合剂混合，得到混合料；

将所述混合料与阴离子无机结合剂混合絮凝，得到混合浆；

将所述混合浆成型后压制再干燥，得到高密度陶瓷纤维板。

在本发明中，所述无机复合纤维优选包括至少一种喷吹纤维和两种甩丝纤维，所述喷吹纤维是通过喷吹方式制备得到的纤维，本发明对所述喷吹方式没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的喷吹方式即可，所述喷吹纤维具有纤维直径细、纤维长度短的特点；所述甩丝纤维是通过甩丝方式制备得到的陶瓷纤维或可溶纤维(可溶性陶瓷纤维)，本发明对所述甩丝的方式没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的甩丝技术方案即可，所述甩丝纤维具有纤维直径粗、纤维长度长的特点。在本发明中，所述喷吹纤维和甩丝纤维二者的区别在于纤维长度和纤维直径不同。

在本发明中，所述无机复合纤维优选包括陶瓷纤维喷吹棉、陶瓷纤维甩丝棉和可溶性陶瓷纤维棉；所述陶瓷纤维喷吹棉的平均直径优选为2～4微米，平均长度优选为10～50毫米，主要成分优选为Al

在本发明中，所述陶瓷纤维喷吹棉、陶瓷纤维甩丝棉与可溶性陶瓷纤维棉的质量优选为1：(1～3)：(1～3)，更优选为1：(1～2.5)：(1.5～2.5)，最优选为1：2：2或1：1：2.5。

本发明采用无机复合纤维(陶瓷纤维甩丝棉、陶瓷纤维喷吹棉、可溶性陶瓷纤维棉(碱土硅酸盐纤维))，对配比进行优化，通过加料顺序的改进，避免预先对纤维进行短切处理，减少原料预处理环节；具体加料顺序优选为，在伏特打浆机或水力碎浆机中制浆，先加入陶瓷纤维甩丝棉，再加入陶瓷纤维喷吹棉，最后加入可溶性陶瓷纤维棉，每种无机复合纤维加完，打浆5～10分钟后，再加下一种无机复合纤维。

在本发明中，所述陶瓷纤维喷吹棉在高密度陶瓷纤维板中的质量含量优选为5wt％～10wt％；所述陶瓷纤维甩丝棉的在高密度陶瓷纤维板中的质量含量优选为5wt％～30wt％，更优选为10wt％～25wt％，最优选为15wt％～20wt％；所述可溶性陶瓷纤维棉在高密度陶瓷纤维板中的质量含量优选为5wt％～30wt％，更优选为10wt％～25wt％，最优选为15wt％～20wt％。

本发明优选将无机复合纤维按照上述顺序加料后得到无机复合纤维浆，再将有机纤维与所述无机复合纤维浆混合。

在本发明中，所述有机纤维优选为打浆后能够帚化的有机纤维，如纤维素纤维，具体优选为木浆纤维、废报纸、美废等，所述美废是指进口的美国废纸，如主要含有牛皮纸的美废15号、16号、17号、18号、19号、20号；所述有机纤维在高密度陶瓷纤维板的质量含量优选为0.5wt％～5wt％，更优选为1wt％～4wt％，最优选为2wt％～3wt％。

本发明优选对纤维素纤维(木浆、废报纸)等有机纤维进行预处理，所述预处理的方法优选为将有机纤维加水浸泡24小时后在伏特打浆机或水力碎浆机中打浆20～30分钟；本发明优选将预处理后的有机纤维与无机复合纤维浆料混合5～10分钟，使纤维对耐火填充料具有很好的包裹能力，进而使粉料与纤维原料混合均匀。

在本发明中，优选将无机复合纤维和有机纤维混合打浆后添加玻璃纤维短切丝，混合打浆3～5分钟，得到浆料。在本发明中，所述玻璃纤维短切丝在常温下起增强纤维的作用，防止开裂，同时不影响高密度陶瓷纤维板的使用温度。

在本发明中，所述玻璃纤维短切丝的长度优选为5～12mm，所述玻璃纤维短切丝在高密度陶瓷纤维板中的质量含量优选为0.5wt％～2wt％，更优选为1wt％～1.5wt％。

在本发明中，所述耐火填充料可以依据高密度陶瓷纤维板的最终使用温度确定。本发明优选得到浆料后向所述浆料中加入耐火填充料，混合打浆3～5分钟。

在本发明中，所述耐火填充料优选为硅微粉，优选为白硅微粉、叶腊石粉，所述叶蜡石粉的粒度优选为325目～800目、广西白泥、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、硅灰石，优选为针状硅灰石、高岭土、苏州土、球粘土、坡缕石(凹凸棒土)和软质粘土中的一种或几种。

在本发明中，加入耐火填充料后优选加入阳离子有机结合剂，并加水稀释棉浆的质量浓度到3％～5％，搅拌5～10分钟，得到混合料。

在本发明中，所述阳离子有机结合剂优选为热溶淀粉或预糊化淀粉，所述阳离子有机结合剂的质量优选为混合料固含量的4％～10％；所述热溶淀粉是需要用热水加热糊化的阳离子变性淀粉，如玉米淀粉、木薯淀粉或马铃薯淀粉。

本发明加入阴离子无机结合剂与阳离子有机结合剂改性的纤维料浆进行絮凝反应，使陶瓷纤维、可溶性陶瓷纤维、纤维素纤维(木浆或废报纸)、耐火填料和阳离子有机结合剂絮凝到一起，使水变得清澈。

在本发明中，所述阴离子无机结合剂优选为硅溶胶、氧化铝溶胶和二氧化锆溶胶中的一种或两种。

在本发明中，所述无机复合纤维、阴离子无机结合剂的固含量和耐火填充料的质量比优选为(2.5～4.0):(0.8～1.3):(4.0～5.5)，更优选为(3～3.6):(1～1.2):(4～5)，最优选为3.6：1.2：4。

在本发明中，优选将絮凝好的混合浆通过长网成型装置或是真空吸滤装置成型后压制到相应厚度和密度的湿坯，输送至干燥室内进行干燥，干燥完成后，得到高密度陶瓷纤维板。

在本发明中，所述压制优选为用辊压机或液压机对成型后的湿坯进行压制，压到相应的厚度和密度的湿坯，湿坯厚度优选为干燥后板坯厚度的1.4～2.4倍，更优选为1.6～2.2倍，最优选为1.8～2倍；湿坯压制前的干燥密度优选为500～600kg/m

在本发明中，所述干燥的温度优选为80～130℃，更优选为90～120℃，最优选为100～110℃；所述干燥的时间与产品厚度和干燥温度有关，所述干燥时间可以在8～24小时范围内。

本发明通过改变加料顺序，先加陶瓷纤维甩丝棉，再加陶瓷纤维喷吹棉，最后加入可溶性陶瓷纤维，同时控制打浆时间，将陶瓷纤维甩丝棉、喷吹棉、可溶性陶瓷纤维棉通过水力碎浆机或伏特打浆机进行纤维长度加工，通过调整加料顺序及打浆时间的控制，得到长纤维与短纤维、粗纤维与细纤维搭配合理的料浆，进而提高了浆料中纤维与纤维之间的交织强度；并且，利用可溶性陶瓷纤维自身材质比较脆、纤维回弹性差的缺陷，从而无需对陶瓷纤维、可溶性陶瓷纤维进行短切加工预处理，并降低压制成型后的湿坯回弹性和弹性后效，可提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度、减少弹性后效引起的产品裂纹。

本发明通过加入能够帚化的有机纤维，如纤维素纤维，能够提高纤维料浆对粉状耐火填料的包裹能力，使填料全部都絮凝到纤维上，在成型过程中很好的滤水，减轻了粉料沉淀引起的最终产品密度不均匀、强度不稳定的问题。

本发明通过在高密度陶瓷纤维板中引入氧化钙、氧化镁成分，降低压制成型后的湿坯回弹性和弹性后效，可提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度、减少弹性后效引起的产品裂纹。

本发明提供的高密度陶瓷纤维板的制备方法使产品质量合格率由75％提高到96％。

本发明以下实施例中所用原料均为市售商品，所用木浆纤维为上海凯昌国际贸易有限公司提供的针叶漂白木浆纤维，陶瓷纤维高纯甩丝棉为山东鲁阳节能材料股份有限公司的LYGX-311型号的产品，陶瓷纤维标准甩丝棉为山东鲁阳节能材料股份有限公司的LYGX-211型号的产品，陶瓷纤维标准喷吹棉为山东鲁阳节能材料股份有限公司的LYGX-221型号的产品，可溶性陶瓷纤维棉为山东鲁阳节能材料股份有限公司的LYKX-1140型号的产品，玻璃纤维短切丝为淄博国易玻璃纤维有限公司提供的无碱玻璃纤维，广西白泥为广西维罗矿业公司提供的325目广西白泥，白硅微粉为凤阳县东升石英砂有限公司提供的325目的产品，阳离子马铃薯热溶淀粉为广西阳明生化科技股份有限公司提供的马铃薯变性淀粉，硅溶胶为青岛海洋化工有限公司提供的JN-30型号的产品。

实施例1

将200Kg木浆纤维用水浸泡24小时，然后向伏特打浆机中加水2吨，开启伏特打浆机打浆25分钟，加水稀释，制成质量浓度为5％的浆料，抽入木浆储罐备用。

向水力碎浆机中加水3吨，将80Kg陶瓷纤维高纯甩丝棉加入，打浆10分钟；然后加入80Kg陶瓷纤维标准喷吹棉，再打浆5分钟；然后加入200Kg可溶性陶瓷纤维棉，再打浆5分钟然后加入150Kg的上述木浆纤维浆料，混合打浆5分钟。

向上述水力碎浆机中加入长度10mm的玻璃纤维短切丝9Kg，混后打浆3分钟。

向水力碎浆机中加入广西白泥250Kg、白硅微粉150Kg，混合打浆5分钟。

加入阳离子马铃薯热溶淀粉60Kg，加水稀释棉浆质量浓度到5％，搅拌10分钟。

加入30％质量浓度的硅溶胶400Kg，搅拌10分钟，使其在浆料中混合均匀，并且使浆料中各组份絮凝在一起。

加水稀释至浆料质量浓度为4％。

将稀释后的浆料通过长网抄取成型装置成型出湿坯，再在液压机中压制到厚度30mm，输送至固化炉内进行100℃干燥，干燥完成后，得到耐1100℃高温的高密度陶瓷纤维板。

按照GB/T17911-2018《耐火纤维制品试验方法》标准测试本发明实施例1制备的高密度陶瓷纤维板的体积密度和加热永久线变化率，按照GB/T13480-2014《建筑用绝热制品压缩性能的测定》标准测试耐压强度，按照YB/T4130-2005《耐火材料导热系数试验方法(水流量平板法)》标准测试导热系数。检测结果为，本发明实施例1制备的高密度陶瓷纤维板体积密度可达930Kg/m

按照GB/T21114-2019《耐火材料X射线荧光光谱化学分析》标准，对本发明实施例1制备的高密度陶瓷纤维板进行化学成分检测，结果为：SiO

将本发明实施例1制备的高密度陶瓷纤维板进行切割制样，样品尺寸为100*100*30mm，从每块大板切割出的样品中随机抽取1块样品，然后对抽取的10块样品的体积密度进行检测，结果如下：

上述10块样品的体积密度平均值为892.6Kg/m

实施例2

按照实施例1的方法制备高密度陶瓷纤维板，与实施例1的区别在于，将陶瓷纤维高纯甩丝棉替换为陶瓷纤维标准甩丝棉。

按照实施例1的检测方法对本发明实施例2制备的高密度陶瓷纤维板性能进行检测，检测结果为，本发明实施例2制备得到的高密度陶瓷纤维板体积密度834Kg/m

按照实施例1的方法对本发明实施例2制备的高密度陶瓷纤维板进行化学成分检测，检测结果为：SiO

按照实施例的方法对10块实施例2制备的高密度陶瓷纤维板样品的体积密度进行检测，结果如下：

上述10块样品的体积密度平均值为830.1Kg/m

比较例1

取市售的摩根热陶瓷公司生产的Kaowool Millboard 1401高密度陶瓷纤维板进行指标对比，按照实施例1的检测方法，测得其体积密度平均值为640Kg/m

按照实施例1的方法，对比较例1的高密度陶瓷纤维板进行化学成分检测，检测结果为：Al

比较例2 仅添加了陶瓷纤维高纯甩丝棉，未添加陶瓷纤维喷吹棉和可溶性陶瓷纤维棉

将200Kg木浆纤维用水浸泡24小时，然后向伏特打浆机中加水2吨，开启伏特打浆机打浆25分钟，加水稀释，制成质量浓度5％的浆料，抽入木浆储罐备用。

向水力碎浆机中加水3吨，将360Kg陶瓷纤维高纯甩丝棉加入，打浆20分钟；然后加入150Kg木浆纤维浆料，混合打浆5分钟。

向上述水力碎浆机中加入长度10mm的玻璃纤维短切丝9Kg，混后打浆3分钟。

向水力碎浆机中加入广西白泥250Kg、白硅微粉150Kg，混合打浆5分钟。

加入阳离子马铃薯热溶淀粉60Kg，加水稀释棉浆质量浓度到5％，搅拌10分钟。

加入30％质量浓度的硅溶胶400Kg，搅拌10分钟，使其在浆料中混合均匀，并且使浆料中各组份絮凝在一起。

加水稀释至浆料浓度4％。

将稀释后的浆料通过长网抄取成型装置成型出湿坯，再在液压机中压制到厚度30mm，输送至固化炉内进行干燥，干燥完成后，得到耐1100℃高温的高密度陶瓷纤维板。

按照实施例1的方法检测本发明比较例2制备的高密度陶瓷纤维板的性能，检测结果为，本发明比较例2制备的高密度陶瓷纤维板体积密度622Kg/m

按照实施例1的方法对本发明比较例2制备的高密度陶瓷纤维板进行化学成分检测，检测结果为：SiO

按照实施例1的方法对10块比较例2制备的高密度陶瓷纤维板样品的体积密度进行了检测，结果如下：

上述10块样品的体积密度平均值为615.9Kg/m

比较例3 不添加有机纤维

按照实施例1的方法制备高密度陶瓷纤维板，与实施例1的区别在于，将实施例1中的木浆纤维预处理工艺去掉；将实施例1中的加入木浆纤维浆料的步骤去掉。

按照实施例1的方法，检测本发明比较例3制备的高密度陶瓷板的性能，检测结果为，本发明比较例3制备的高密度陶瓷纤维板体积密度为514Kg/m

按照实施例1的方法检测本发明比较例3制备的高密度陶瓷纤维板的化学成分，检测结果为：SiO

按照实施例的方法对10块比较例3制备的高密度陶瓷纤维板样品的体积密度进行检测，结果如下：

上述10块样品的体积密度平均值为549.7Kg/m

比较例4 加入有机纤维但不对有机纤维进行预处理

向水力碎浆机中加水3吨，将80Kg陶瓷纤维高纯甩丝棉加入，打浆10分钟；然后加入80Kg陶瓷纤维标准喷吹棉，再打浆5分钟；然后加入200kg可溶纤维，再打浆5分钟然后；然后加入7.5Kg木浆纤维纸板(干料，上海凯昌国际贸易有限公司提供的针叶漂白木浆纤维)，混合打浆5分钟。

向上述水力碎浆机中加入长度10mm的玻璃纤维短切丝9Kg，混后打浆3分钟。

向水力碎浆机中加入广西白泥250Kg、白硅微粉150Kg，混合打浆5分钟。

加入阳离子马铃薯热溶淀粉60Kg，加水稀释棉浆浓度到5％，搅拌10分钟。

加入30％质量浓度的硅溶胶400Kg，搅拌10分钟，使其在浆料中混合均匀，并且使浆料中各组份絮凝在一起。

加水稀释至浆料浓度4％。

将稀释后的浆料通过真空吸滤装置成型出湿坯，再在液压机中压制到厚度30mm，输送至干燥室内进行100℃的干燥，干燥完成后，得到耐1350℃高温的高密度陶瓷纤维板。

按照实施例1的方法检测本发明比较例4制备的高密度陶瓷纤维板的性能，检测结果为，本发明比较例4制备的高密度陶瓷纤维板体积密度768Kg/m

按照实施例1的方法对本发明比较例4制备的高密度陶瓷纤维板进行化学成分检测，检测结果为：SiO

按照实施例1的方法对10块比较例4制备的高密度陶瓷纤维板样品的体积密度进行检测，结果如下：

上述10块样品的体积密度平均值为762.3Kg/m

本发明通过改变加料顺序，控制打浆时间，无需对陶瓷纤维进行短切加工预处理，即可提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度；通过控制化学成分，特别是可溶性陶瓷纤维中CaO、MgO成分的引入可以降低压制成型后的湿坯回弹性和弹性后效，即可提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度、减少弹性后效引起的产品裂纹；通过使用能够帚化的有机纤维，提高了陶瓷纤维对耐火填料的包裹能力，从而制备出体积密度偏差小的高密度陶瓷纤维板。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。