本發(fā)明涉及一種氧化鋯纖維紙、制備方法以及作為高真空多層間隔絕熱材料的應(yīng)用，屬于應(yīng)用于深冷容器、管道等儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的隔熱材料
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：目前超低溫絕熱材料最具代表性的是玻璃纖維紙和硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料。聚氨酯泡沫塑料最大的缺點(diǎn)是阻燃性差，低溫下尺寸穩(wěn)定性差，容易變形開(kāi)裂，對(duì)于lng儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備上的應(yīng)用有一定的危險(xiǎn)性。玻璃纖維超低溫隔熱材料在使用時(shí)需要和定量較低的鋁箔或無(wú)紡布經(jīng)多層復(fù)合后，做成像棉被一樣的保溫層，包裹在液態(tài)氣體或冷凍樣品的儲(chǔ)存設(shè)備上。cn103836306a提供了一種玻璃纖維超低溫隔熱材料生產(chǎn)工藝，以玻璃纖維棉為原料，加入軟化增強(qiáng)劑，經(jīng)過(guò)工藝處理以后，得到一種定量很低、保溫及透氣性好的新型玻璃纖維超低溫隔熱材料。能在-273～500℃的環(huán)境下使用，尤其是用于深冷狀態(tài)下的液氮、液氫、液氦和石油液化氣等氣體的貯存、運(yùn)輸設(shè)備的保溫；在使用過(guò)程中，抽真空速度快，節(jié)省工作時(shí)間。cn103836306a提供的玻璃纖維超低溫隔熱材料生產(chǎn)工藝，是以玻璃纖維棉為原料生產(chǎn)的玻璃纖維紙。申請(qǐng)?zhí)?01310022591.8提及的一種超強(qiáng)透氣型深冷絕熱材料及其制備方法，也是包括無(wú)堿玻璃纖維和水拉絲玻璃纖維制備的玻璃纖維紙，但是，玻璃纖維不耐高溫燃燒時(shí)收縮厲害，熱導(dǎo)率系數(shù)不是最低的，低溫下易脆化抗拉伸強(qiáng)度降低，生產(chǎn)過(guò)程中添加的化學(xué)物質(zhì)會(huì)影響到換氣率從而影響真空度使產(chǎn)品性能降低等缺點(diǎn)。目前超低溫絕熱結(jié)構(gòu)和材料存在突出的缺點(diǎn)是絕熱效果較差，主要是低溫?zé)釋?dǎo)率較高，材料本身反射率較低，抗熱輻射能力較差，低溫下力學(xué)強(qiáng)度降低，影響使用效果。氧化鋯具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、低熱導(dǎo)率、高折射率、低的高溫蒸汽壓和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特性，氧化鋯纖維是一種優(yōu)異的高溫、超高溫領(lǐng)域性質(zhì)優(yōu)異的絕熱材料。與其他無(wú)機(jī)纖維相比，氧化鋯纖維具有許多獨(dú)特的、不可替代的優(yōu)越性能，在航空、航天和超高溫工業(yè)窯爐隔熱等領(lǐng)域都具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。尤其是在超過(guò)1800℃的氧化氣氛環(huán)境下可長(zhǎng)期使用，因此現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)氧化鋯纖維的應(yīng)用都集中在高溫隔熱應(yīng)用。而在低溫與深冷領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，目前在國(guó)際上尚屬空白，未見(jiàn)任何研究文獻(xiàn)及專(zhuān)利報(bào)道。氧化鋯纖維作為輕質(zhì)高溫耐火材料及其其制制備已有報(bào)道，參見(jiàn)cn1459418a高性能氧化鋯連續(xù)纖維的制備方法及設(shè)備,cn103993389a一種醋酸氧鋯-甲醇體系制備連續(xù)氧化鋯晶體纖維的方法。另外，耐火材料氧化鋯纖維板的制備也有報(bào)道，參見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利文件cn101462876a一種氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法。除上述耐高溫氧化鋯纖維、纖維板之外，尚未見(jiàn)有氧化鋯纖維紙工業(yè)生產(chǎn)的報(bào)道。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有保溫材料的不足，本發(fā)明提供一種氧化鋯纖維紙及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明的氧化鋯纖維紙是一種新的低溫深冷保溫材料，可作為深冷容器、輸管等應(yīng)用在高真空間隔隔熱材料領(lǐng)域。術(shù)語(yǔ)說(shuō)明：低溫：指從環(huán)境溫度～120k(-153℃)；超低溫：指120k～0k(-273.15℃)，深冷區(qū)。低溫、深冷保溫材料：是指具有較低導(dǎo)熱系數(shù)、能在0℃～-273.15℃的環(huán)境下長(zhǎng)期使用的材料。白水：為行業(yè)術(shù)語(yǔ)，指造紙過(guò)濾回用的廢水。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種氧化鋯纖維紙，該氧化鋯纖維紙的zro2質(zhì)量含量≥85％，氧化鋯纖維直徑0.5-2.5μm。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的氧化鋯纖維紙的定量為10-50g/m2，厚度為0.06-0.1mm。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的氧化鋯纖維紙還復(fù)合一層鋁箔層；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的鋁箔層的厚度為0.004-0.007mm。氧化鋯纖維紙與鋁箔復(fù)合后得到復(fù)合片材，便于包裹。根據(jù)本發(fā)明，上述氧化鋯纖維紙的制備方法，包括步驟如下：(1)將氧化鋯纖維切割成短纖維，分散于純水或/和白水中，加入粘結(jié)劑，攪拌分散均勻，得漿液；(2)將漿液除渣后上網(wǎng)抄取，經(jīng)抽濾脫水、壓榨、烘干，即得。根據(jù)本發(fā)明制備方法，優(yōu)選的，步驟(1)中短纖維的長(zhǎng)度為1-3mm；所述氧化鋯纖維的直徑為0.5-2.5μm，進(jìn)一步優(yōu)選0.5-1μm；優(yōu)選的，所述的粘結(jié)劑為水玻璃。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中所述的漿液的質(zhì)量濃度為0.03-0.1％。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中上網(wǎng)抄取為：將除渣后的漿液泵到流漿箱，并經(jīng)穩(wěn)流進(jìn)入網(wǎng)前箱后均勻的分布到聚酯成型網(wǎng)上，并在網(wǎng)上形成濕紙頁(yè)。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中抽濾的壓強(qiáng)在0.2-0.5mpa；優(yōu)選的，壓榨后控制濕紙頁(yè)濕度≤85％；優(yōu)選的，壓榨后將濕紙頁(yè)復(fù)合到鋁箔層上，進(jìn)一步優(yōu)選的，鋁箔層的厚度為0.004-0.007mm；優(yōu)選的，烘干的方式為燃?xì)夂娴篮娓苫蛭⒉訜岷娓?，進(jìn)一步優(yōu)選紅外燈烘烤干；烘干時(shí)間為3-5分鐘。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，上述氧化鋯纖維紙?jiān)诘蜏?、深冷保溫材料中的?yīng)用；進(jìn)一步優(yōu)選的，在0℃至-153℃或-153℃至-273.15℃的絕熱保溫材料中的應(yīng)用；更優(yōu)選的，在10-2～10-5pa高真空條件下的絕熱保溫間隔材料中的應(yīng)用。本發(fā)明的氧化鋯纖維紙可用于深冷液體儲(chǔ)存或運(yùn)送容器、深冷液體輸送管的真空絕熱保溫，生物學(xué)樣品低溫儲(chǔ)運(yùn)容器、低溫真空管道，低溫液體泵及泵池、低溫超導(dǎo)、航空航天的低溫絕熱設(shè)備。與用在低溫絕熱領(lǐng)域的傳統(tǒng)玻璃纖維比較，其熱導(dǎo)率更低，反射率高、化學(xué) 穩(wěn)定性更高，阻燃更好。一種深冷液體儲(chǔ)存或運(yùn)送容器，是將上述氧化鋯纖維紙作為絕熱保溫材料。一種深冷液體輸送管，是將上述氧化鋯纖維紙作為絕熱保溫材料。本發(fā)明的原料氧化鋯纖維可按現(xiàn)有技術(shù)制備得到。參見(jiàn)cn2015110285878“聚乙酰丙酮合鋯前驅(qū)體溶膠紡絲液及亞微米氧化鋯晶體纖維的制備方法”，其中提供的亞微米氧化鋯晶體纖維的制備方法，步驟如下：(1)聚乙酰丙酮合鋯前驅(qū)體溶膠紡絲液的制備，采用上述的聚乙酰丙酮合鋯前驅(qū)體溶膠紡絲液的制備方法。(2)靜電紡絲將制得的聚醋酸氧鋯前驅(qū)體溶膠紡絲液加入到帶不銹鋼針頭的注射器中，采用高壓靜電紡絲法進(jìn)行高壓靜電紡絲，工藝條件為：不銹鋼針頭內(nèi)徑為0.13～0.60mm(型號(hào)3#～9#)，溫度15～35℃，濕度為30～70％，電壓為15～45kv，在負(fù)極接收屏上覆蓋鋁箔以接收纖維，接收距離為10～60cm，得聚乙酰丙酮合鋯前驅(qū)體纖維。(3)壓力解析將聚乙酰丙酮合鋯前驅(qū)體纖維置于預(yù)熱至90～110℃的壓力容器中，通入水蒸汽后壓力控制在2～20個(gè)大氣壓，加熱升溫，使溫度為120～210℃，進(jìn)行解析處理，處理時(shí)間為5min～1h。使得前驅(qū)體纖維中的配體乙酰丙酮解析出來(lái)。解析處理結(jié)束后，排放蒸汽使壓力容器內(nèi)的溫度降至80～100℃，將纖維繼續(xù)放置于容器內(nèi)干燥5～15min，然后取出進(jìn)行后續(xù)熱處理。(4)中高溫?zé)崽幚韺毫馕鎏幚砗蟮睦w維置程控?zé)Y(jié)爐內(nèi)進(jìn)行中高溫?zé)崽幚?，在水蒸汽存在下，?.5～3℃/min的升溫速率升溫至450～1000℃，保溫0.5-1.5h。使纖維發(fā)生充分解析并結(jié)晶轉(zhuǎn)化為氧化鋯晶體纖維。然后，以3～6℃/min的升溫速率升溫至1200～1600℃，并保溫1～1.5h，對(duì)氧化鋯晶體纖維進(jìn)行充分燒結(jié)，得亞微米氧化鋯晶體纖維。所得亞微米氧化鋯晶體纖維直徑為300nm～2.5μm，長(zhǎng)度1～40cm。本發(fā)明的有益效果在于：1.抗輻射絕熱性能和阻燃性好。本發(fā)明采用的是無(wú)機(jī)超細(xì)電紡氧化鋯纖維，氧化鋯纖維紙折射率高反射率高、絕熱性能好，可以耐低溫到-273℃，耐高溫到2200℃而不影響其本身性能。氧化鋯纖維紙不蓄熱、遇見(jiàn)明火不燃燒，在液氮和液化天然氣低溫下性質(zhì)穩(wěn)定?？梢詽M(mǎn)足液化天然氣、液氫、液氧等易燃、助燃介質(zhì)的儲(chǔ)運(yùn)安全要求。2.真空下放氣率小。本發(fā)明所用氧化鋯纖維不含有任何有機(jī)化學(xué)材料，從而保證了氧化鋯纖維紙?jiān)诟哒婵障路艢饴屎苄。⒛鼙３指哒婵斩?10-4pa以上)很長(zhǎng)時(shí)間。3.用途廣泛。本發(fā)明的氧化鋯纖維紙除用于深冷液體儲(chǔ)運(yùn)容器及其配套管路的真空多層絕熱結(jié)構(gòu)中，具體可以應(yīng)用在如低溫液體儲(chǔ)罐，低溫液體汽車(chē)罐車(chē)，低溫液體罐式集裝箱， 車(chē)用lng氣瓶，焊接絕熱氣瓶，快易冷用，生物杜瓦用，移動(dòng)式橇裝加氣站，lng船用氣罐，低溫真空管道，低溫液體泵及泵池用等外，還可用于低溫超導(dǎo)、航空航天等領(lǐng)域的低溫絕熱。4.用制備的不同直徑的氧化鋯纖維紙跟玻璃纖維紙鋁箔復(fù)合材料做了液氮下的低溫保溫實(shí)驗(yàn)，將上述材料分別纏繞在裝有液氮的不銹鋼筒的外壁，測(cè)量離不銹鋼外壁不同厚度處的溫度。在大氣環(huán)境或高真空環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)證實(shí)氧化鋯纖維紙和玻璃纖維紙相比都具有明顯的低溫絕熱保溫優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)中，采用不同的多層纏繞方式與玻璃纖維復(fù)合紙作比較，氧化鋯纖維紙的抗輻射和隔熱均優(yōu)于玻璃纖維。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制得的氧化鋯纖維紙照片。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。實(shí)施例中所述的氧化鋯纖維為靜電紡絲的方法制得，氧化鋯纖維可以是單斜相、釔穩(wěn)定的四方相或立方相，單相或多相混存。實(shí)施例中所用設(shè)備均為本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)備。實(shí)施例1、氧化鋯纖維紙的制備(1)將直徑0.8～2.5μm的氧化鋯纖維按2mm長(zhǎng)度短切成短切絲備用。將短切絲放入純水和白水中，并加入粘結(jié)劑(水玻璃)，并攪拌24小時(shí)分散均勻，得質(zhì)量濃度為0.08％的漿液，備用；(2)將配好的漿液泵到流漿箱，并經(jīng)穩(wěn)流進(jìn)入網(wǎng)前箱后均勻的分布到聚酯成型網(wǎng)上，并在網(wǎng)上形成濕紙頁(yè)；對(duì)濕紙頁(yè)進(jìn)行真空抽濾箱濾水，控制抽濾壓強(qiáng)在0.2-0.5mpa，并經(jīng)壓榨輥進(jìn)一步壓榨，控制濕紙頁(yè)濕度不高于85％；對(duì)濕紙頁(yè)通過(guò)尼龍輥進(jìn)行轉(zhuǎn)移到復(fù)合鋁箔上，鋁箔厚度在0.006mm左右；將轉(zhuǎn)移的鋁箔上的氧化鋯纖維濕紙頁(yè)經(jīng)紅外烤燈烘烤，烘烤時(shí)間3-5分鐘；將烘干紙頁(yè)和鋁箔復(fù)合按一定寬度分切復(fù)卷。氧化鋯纖維紙的定量在35g/m2左右，厚度為0.08mm，氧化鋯纖維紙的zro2質(zhì)量含量大于95％。實(shí)施例2、氧化鋯纖維紙的制備(1)將直徑0.9-2.4μm的氧化鋯纖維按1mm長(zhǎng)度短切成短切絲備用。將短切絲放入純水和白水中，并加入粘結(jié)劑(水玻璃)，并攪拌24小時(shí)分散均勻，得質(zhì)量濃度為0.03％的漿液，備用；(2)將配好的漿液泵到流漿箱，并經(jīng)穩(wěn)流進(jìn)入網(wǎng)前箱后均勻的分布到聚酯成型網(wǎng)上，并在網(wǎng)上形成濕紙頁(yè)；對(duì)濕紙頁(yè)進(jìn)行真空抽濾箱濾水，控制抽濾壓強(qiáng)在0.2-0.5mpa，并經(jīng)壓榨輥進(jìn)一步壓榨， 控制濕紙頁(yè)濕度不高于85％；對(duì)濕紙頁(yè)通過(guò)尼龍輥進(jìn)行轉(zhuǎn)移到復(fù)合鋁箔上，鋁箔厚度在0.006mm左右；將轉(zhuǎn)移的鋁箔上的氧化鋯纖維濕紙頁(yè)經(jīng)紅外烤燈烘烤，烘烤時(shí)間3-5分鐘；將烘干紙頁(yè)和鋁箔復(fù)合按一定寬度分切復(fù)卷。氧化鋯纖維紙的定量在25g/m2左右，厚度為0.07mm，氧化鋯纖維紙的zro2質(zhì)量含量大于95％。實(shí)施例3、氧化鋯纖維紙的制備(1)將直徑0.7～2.2μm的氧化鋯纖維按3mm長(zhǎng)度短切成短切絲備用。將短切絲放入純水和白水中，并加入粘結(jié)劑(水玻璃)，并攪拌24小時(shí)分散均勻，得質(zhì)量濃度為0.03％的漿液，備用；(2)將配好的漿液泵到流漿箱，并經(jīng)穩(wěn)流進(jìn)入網(wǎng)前箱后均勻的分布到聚酯成型網(wǎng)上，并在網(wǎng)上形成濕紙頁(yè)；對(duì)濕紙頁(yè)進(jìn)行真空抽濾箱濾水，控制抽濾壓強(qiáng)在0.2-0.5mpa，并經(jīng)壓榨輥進(jìn)一步壓榨，控制濕紙頁(yè)濕度不高于85％；對(duì)濕紙頁(yè)通過(guò)尼龍輥進(jìn)行轉(zhuǎn)移到復(fù)合鋁箔上，鋁箔厚度在0.006mm左右；將轉(zhuǎn)移的鋁箔上的氧化鋯纖維濕紙頁(yè)經(jīng)紅外烤燈烘烤，烘烤時(shí)間3-5分鐘；將烘干紙頁(yè)和鋁箔復(fù)合按一定寬度分切復(fù)卷。氧化鋯纖維紙的定量在15g/m2左右，厚度為0.06mm，氧化鋯纖維紙的zro2質(zhì)量含量大于95％。對(duì)比例、玻璃纖維復(fù)合紙的制備參考中國(guó)專(zhuān)利文件cn103836306a公開(kāi)的方法制備得到。制得后與鋁箔復(fù)合。鋁箔的規(guī)格同實(shí)施例1。玻璃纖維紙每張厚度為30～60μm，密度0.176g/cm3。試驗(yàn)例1、抗輻射性能測(cè)試將實(shí)施例1制得的氧化鋯纖維紙和對(duì)比例得到的玻璃纖維紙進(jìn)行抗輻射性能測(cè)試，步驟如下：將兩個(gè)不銹鋼筒體容器分別用實(shí)施例1制得的氧化鋯纖維紙和對(duì)比例得到的玻璃纖維紙包裹，然后在相同條件下進(jìn)行光照，測(cè)試容器內(nèi)壁溫度情況，結(jié)果如表1所示。表1初始條件：(室溫24.2℃，濕度20％rh)由表1可知，使用本發(fā)明實(shí)施例1包裹的容器溫度升高值比對(duì)比例包裹的燒杯溫度升高值要低，說(shuō)明本發(fā)明的氧化鋯纖維紙的抗輻射性能明顯優(yōu)于玻璃纖維紙的抗輻射性能。試驗(yàn)例2、液氮隔熱性能測(cè)試將液氮裝入2個(gè)內(nèi)膽筒體密閉，分別用實(shí)施例1制得的氧化鋯纖維紙和對(duì)比例得到的玻璃纖維紙纏繞包裹，分別測(cè)試不同時(shí)間內(nèi)膽筒體外部的溫度，結(jié)果如表2所示。表2由表2可知，本發(fā)明實(shí)施例1內(nèi)膽筒體外部的溫度明顯高于對(duì)比例的內(nèi)膽筒體外部溫度，說(shuō)明本發(fā)明氧化鋯纖維紙的隔熱性能(保冷性能)明顯比玻璃纖維紙要好。試驗(yàn)例3、真空漏放氣率測(cè)試測(cè)試實(shí)施例1-3氧化鋯纖維紙的真空漏放氣率，步驟如下：將實(shí)施例1-3的氧化鋯纖維紙纏繞在內(nèi)膽筒體外表，經(jīng)固定套入外膽中，密閉后抽真空到10-5pa，測(cè)試真空漏放氣率，結(jié)果如表3所示。表3樣品漏放氣率(pam3/s)實(shí)施例110-7-10-8實(shí)施例210-7-10-8實(shí)施例310-7-10-8由表3可知，本發(fā)明氧化鋯纖維紙的真空漏放氣率低。上述實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述實(shí)施例，在本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加、替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)12