本發(fā)明屬于耐火纖維領(lǐng)域，尤其是涉及一種表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈的制備方法。

背景技術(shù)：

與其它耐火材料相比，耐火纖維具有密度小(只有耐火磚的1/5～1/10)、導(dǎo)熱系數(shù)小(為輕質(zhì)磚的1/3)、熱容小、升溫速度快等特點(diǎn)，在冶金、機(jī)械、石油、化工、電子及輕工業(yè)等各種工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

耐火纖維多用于代替耐火磚用于熱處理爐、加熱爐等高溫領(lǐng)域，然而自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和推廣，耐火材料也逐漸進(jìn)入了日常生活中。專(zhuān)利CN1229864A公開(kāi)了一種不燃性的混紡紗及其應(yīng)用，將硅酸鋁陶瓷耐火纖維與玻璃纖維或高硅氧纖維進(jìn)行混紡并織造得到織物，所得織物具有很好的不燃性。專(zhuān)利CN1253645C公開(kāi)了一種防火卷簾，以耐火纖維毯為簾芯，對(duì)大型公共場(chǎng)所、庫(kù)房的防火起到了重要的作用。隨防火纖維的應(yīng)用日益廣泛，其附屬性能與外觀也受到了更高的要求。目前，耐火纖維多為工業(yè)使用，對(duì)其表觀顏色并無(wú)過(guò)多的要求，多表現(xiàn)為無(wú)彩色。然而在日常生活中，人們對(duì)耐火纖維表觀顏色則會(huì)有所追求。目前，有彩色防火纖維制品仍是十分欠缺。鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維是一種無(wú)機(jī)纖維，傳統(tǒng)的有機(jī)染色方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)其染色，關(guān)于其染色方法尚未有相關(guān)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維制備方法欠缺的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈的制備方法。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)實(shí)現(xiàn)的：

一種表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈的制備方法，步驟如下：

1)主原料準(zhǔn)備：根據(jù)MgO，Al₂O₃，ZrO₂，Y₂O₃，SrO和TiO₂的質(zhì)量配比稱(chēng)取鎂砂、鎂鋁尖晶石、鋯石、磷釔礦、菱鍶礦以及鈦白粉，共混并進(jìn)行粉碎得到主原料；

2)染色劑粉末準(zhǔn)備：利用機(jī)械球磨儀將染色劑球磨至400～600目得到染色劑粉末；

3)熔融：將主原料投入熔融爐中加熱至2100～2300℃，直至完全融化得到熔融液；

4)過(guò)濾：過(guò)濾熔融液中的雜質(zhì)，濾液流入2300～2500℃的攪拌釜中并進(jìn)行持續(xù)攪拌得到紡絲液；

5)耐火纖維收集：紡絲液從攪拌釜出料口流出，進(jìn)入離心頭，在離心力作用下，經(jīng)離心頭的細(xì)孔甩出，細(xì)孔垂直方向噴射攜帶有染色劑粉末的工業(yè)氮?dú)?，在工業(yè)氮?dú)廨o助下，染色劑粉末粘附并熔融于紡絲液表面，同時(shí)，紡絲液快速冷卻成固體纖維并由集棉器進(jìn)行收集得到表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維；

6)成氈：將表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維投入開(kāi)清棉裝置進(jìn)行開(kāi)松、梳理得到分布均勻的纖維網(wǎng)，利用針刺機(jī)對(duì)纖維網(wǎng)進(jìn)行針刺得到耐火纖維氈坯布，對(duì)耐火纖維氈坯布進(jìn)行分階段加壓熱定型、切割并收集得到表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈。

傳統(tǒng)耐火纖維原材料改性劑的粉碎粒徑為50～200目，本發(fā)明采用400～600目的染色劑粉末。雖然增加了粉碎工藝難度，但經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明所使用的染色劑粉末可獲得在耐火纖維上更為均勻的分布，結(jié)合更為牢固，染色更為均勻，染色牢度更高。

熔融溫度的選擇來(lái)自于原料的不同組成，在本說(shuō)明書(shū)中，發(fā)明人經(jīng)不斷實(shí)驗(yàn)優(yōu)選了2100～2300℃作為表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈原料的熔融溫度，特別優(yōu)選的溫度確定則取決于原料的不同組成及粉碎的粒徑。

紡絲液在離心力下，經(jīng)離心頭的細(xì)孔甩出，此時(shí)紡絲液溫度較高，主體仍為液態(tài)，在工業(yè)氮?dú)廨o助下，染色劑粘附至紡絲液表面并迅速熔融至紡絲液的外層，與此同時(shí)，工業(yè)氮?dú)庖矊?duì)紡絲液起到了冷卻固化的作用，紡絲液的固化也實(shí)現(xiàn)了染色劑粉末在耐火纖維表面的固著，從而實(shí)現(xiàn)鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維表面的著色，這是本說(shuō)明書(shū)中最重要的一個(gè)發(fā)明點(diǎn)。經(jīng)測(cè)試，染色劑粉末在耐火纖維表面分布均勻。另外，傳統(tǒng)離心甩絲使用空氣作為冷卻固化氣體，在本說(shuō)明書(shū)中采用工業(yè)氮?dú)獾母鶕?jù)原因在于避免著色劑在高溫下的氧化，從而提高所得表面染色耐火纖維制品的色澤。至于表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維的染色深度則由染色劑本身、工業(yè)氮?dú)庵腥旧珓┓勰┑臐舛纫约肮I(yè)氮?dú)獾臍饬魉俣裙餐瑳Q定。

優(yōu)選地，主原料的質(zhì)量配比為MgO 60％～85％，Al₂O₃ 5％～25％，ZrO₂ 5％～10％，Y₂O₃ 1％～5％，SrO 1％～5％，TiO₂ 1％～5％，總量為100％。

優(yōu)選地，所述染色劑為三氧化二鐵、氧化銅、四氧化三鐵、氧化亞鐵、氧化亞銅、氧化鈷、五氧化二釩和三氧化二鉻中的一種或幾種。

在鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維固化成型階段實(shí)現(xiàn)染色劑在耐火纖維上的吸附、固著及分散，從而制得一種具有染色更為均勻，染色牢度高的鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維是本發(fā)明的一個(gè)重要發(fā)明點(diǎn)。經(jīng)本發(fā)明人實(shí)踐表明，不使用染色劑所制備的鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維呈現(xiàn)的是一種淺灰色，而利用本發(fā)明的表面染色方法所制得的鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維則能表現(xiàn)出染色劑的本色。其中三氧化二鐵、五氧化二釩的使用可得黃色耐火纖維，氧化銅、四氧化三鐵、氧化鈷的使用可得黑色耐火纖維，氧化亞銅的使用可得紅色耐火纖維，氧化亞鐵、三氧化二鉻的使用可得綠色耐火纖維。本發(fā)明首次實(shí)現(xiàn)對(duì)耐火纖維材料的著色，這對(duì)于傳統(tǒng)意義上無(wú)彩色的耐火纖維材料是一個(gè)重要的補(bǔ)充，該有彩色耐火纖維的主要用途是日常生活防火紡織品。

優(yōu)選地，所述主原料的粒徑為250～350目。

本發(fā)明采用250～350目原材料，其原因在于MgO、Al₂O₃、ZrO₂皆為高熔點(diǎn)物質(zhì)，采用粒徑較小的主原料粉末，可實(shí)現(xiàn)較快的熔融速率，主原料混合更為均勻，所制得的耐火纖維的品質(zhì)更加穩(wěn)定。

優(yōu)選地，離心速度為2～3萬(wàn)轉(zhuǎn)/分，細(xì)孔的孔徑為0.1～0.4毫米。

優(yōu)選地，所述工業(yè)氮?dú)獾臏囟葹?50～180℃，氣流速度為5～25米/秒。

優(yōu)選地，工業(yè)氮?dú)庵腥旧珓┓勰┑臐舛葹?00～1000mg/L。

優(yōu)選地，所述表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維的直徑為25～50微米，長(zhǎng)度為70～210毫米。

歐盟指數(shù)KNB規(guī)定0類(lèi)為不分類(lèi)為致癌物，其纖維平均直徑大于6微米，本發(fā)明在所制得的纖維直徑為25～50微米，長(zhǎng)度為70～210毫米，從尺寸上符合歐盟KNB指數(shù)對(duì)于不分類(lèi)為致癌物的要求。

優(yōu)選地，針刺密度為250～500刺/cm²，針刺深度為9～13毫米。

針刺法加固耐火纖維網(wǎng)是利用針刺機(jī)的帶鉤刺刺針?lè)磸?fù)穿刺纖維網(wǎng)，使纖維中部分水平耐火纖維形成垂直纖維簇，該纖維簇自上而下貫穿于纖網(wǎng)，通過(guò)與水平纖維纏結(jié)，阻止纖維的相互滑脫，并使纖維結(jié)構(gòu)緊密，厚度大大下降。在針刺機(jī)的工藝參數(shù)中針刺密度、針刺深度這兩個(gè)參數(shù)最為重要。耐火纖維材料為脆性材料，容易折斷，在傳統(tǒng)的耐火纖維針刺成氈的工藝中，較少明確針刺的針刺密度和針刺深度，對(duì)耐火纖維氈的強(qiáng)力并未有明顯的關(guān)注。其原因或許在于傳統(tǒng)的耐火纖維多用于熱處理爐、加熱爐的工業(yè)保溫材料使用，強(qiáng)力要求較少。然而在日常生活中，氈品不可避免會(huì)受到反復(fù)拉伸、彎折的作用，氈品的拉伸斷裂強(qiáng)力、耐疲勞性能則需要受到關(guān)注。然而發(fā)明人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)工藝參數(shù)對(duì)耐火纖維氈的拉伸斷裂強(qiáng)力、耐疲勞性能有重大影響，關(guān)系著其使用用途，更優(yōu)選的針刺密度為300～400刺/cm²，針刺深度為10～12毫米時(shí)，所得耐火纖維氈的拉伸斷裂強(qiáng)力可取得較大值，耐疲勞性能較好。

優(yōu)選地，所述分階段加壓熱定型是在溫度600～800℃，壓力5～8Kg/cm²條件下處理30～60分鐘，然后以10～30℃/分升溫至1400～1600℃，壓力3～5Kg/cm²條件下處理1～3分鐘，處理完畢，自然冷卻至室溫。

傳統(tǒng)采用一次針刺即獲得耐火纖維成品，在本發(fā)明中，發(fā)明人對(duì)于針刺成形的坯布進(jìn)行兩次加壓熱定型處理，其作用在于，第一次較長(zhǎng)時(shí)間的加壓熱定型有利于形成晶粒細(xì)小、強(qiáng)度較高、韌性較好的耐火纖維，第二次短時(shí)間的加壓熱定型處理，可使耐火纖維在短時(shí)間內(nèi)獲得致密化結(jié)構(gòu)，晶粒不易發(fā)生二次成長(zhǎng)，使纖維在高溫使用性能更為穩(wěn)定，這一步對(duì)于在高溫下使用的耐火纖維尺寸保持穩(wěn)定，獲得低收縮的表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈具有至關(guān)重要的作用，這也是本說(shuō)明書(shū)一個(gè)重要的發(fā)明點(diǎn)之一。

本發(fā)明的有益效果在于：(1)利用耐火纖維固化成型階段實(shí)現(xiàn)染色劑在耐火纖維上的吸附、分散及固著，制備一種染色均勻、色牢度高的表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維；(2)所得耐火纖維結(jié)構(gòu)缺陷少，具有較低的線收縮率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

取稱(chēng)鎂砂50.4wt％、鎂鋁尖晶石21.5wt％、鋯石11.3wt％、磷釔礦6.5wt％、菱鍶礦6.3wt％和鈦白粉4.0wt％，其化學(xué)組成為MgO 60.9wt％，Al₂O₃ 17.0wt％，ZrO₂ 8.4wt％，Y₂O₃ 4.4wt％，SrO 4.9wt％，TiO₂ 4.4wt％，共混并粉碎至250目得到主原料粉末。利用機(jī)械球磨儀將氧化亞銅球磨至400目得到氧化亞銅粉末。將主原料粉末投入熔融爐中加熱至2100℃，直至完全融化得到熔融液。隨后過(guò)濾熔融液中的雜質(zhì)，濾液流入2300℃的攪拌釜并進(jìn)行持續(xù)攪拌得到紡絲液，該紡絲液從攪拌釜的出料口流出并進(jìn)入離心頭，在離心力作用下(2萬(wàn)轉(zhuǎn)/分)，經(jīng)離心頭的細(xì)孔(直徑為0.2毫米)甩出，細(xì)孔垂直方向噴射攜帶有氧化亞銅粉末的工業(yè)氮?dú)?，氧化亞銅粉末的濃度為500mg/L，工業(yè)氮?dú)獾臏囟葹?50℃，速度為10米/秒。在工業(yè)氮?dú)廨o助下，氧化亞銅粉末粘附至紡絲液表面(如圖1所示)并熔融、分散，同時(shí)，紡絲液快速冷卻成固體纖維并由集棉器進(jìn)行收集得到表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維。將該耐火纖維投入開(kāi)清棉裝置進(jìn)行開(kāi)松、梳理并得到分布均勻的纖維網(wǎng)，利用針刺機(jī)對(duì)纖維網(wǎng)進(jìn)行針刺，針刺密度為300刺/cm²，針刺深度為11毫米，得到表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈坯布。隨后，對(duì)該坯布進(jìn)行分階段加壓熱定型，以溫度600℃，壓力5Kg/cm²處理30分鐘后，以10℃/分升溫至1400℃，施加壓力3Kg/cm²，處理1分鐘。加壓熱定型完畢，自然冷卻至室溫，切割并收集得到表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈。

生產(chǎn)所得表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維的平均直徑為38微米，平均長(zhǎng)度為106毫米，抽取表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維于800℃下保持20分鐘，測(cè)得其線收縮率為1.8％。

利用Datacolor SF600X測(cè)色儀對(duì)表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈進(jìn)行測(cè)色，其色度指標(biāo)為L(zhǎng)^*51.6，a^*43.8，b^*12.9，由色度指標(biāo)可知，本實(shí)施例所得表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈的顏色為紅色。

實(shí)施例2

取稱(chēng)鎂砂75.3wt％、鎂鋁尖晶石10.5wt％、鋯石7.2wt％、磷釔礦2.6wt％、菱鍶礦2.3wt％和鈦白粉2.1wt％，其化學(xué)組成為MgO 81.2wt％，Al₂O₃ 8.0wt％，ZrO₂ 5.1wt％，Y₂O₃1.7wt％，SrO 1.7wt％，TiO₂ 2.2wt％，共混并粉碎至350目得到主原料粉末。利用機(jī)械球磨儀將氧化亞鐵球磨至600目得到氧化亞鐵粉末。將主原料粉末投入熔融爐中加熱至2200℃，直至完全融化得到熔融液。隨后過(guò)濾熔融液中的雜質(zhì)，濾液流入2400℃的攪拌釜中并進(jìn)行持續(xù)攪拌得到紡絲液，該紡絲液從攪拌釜的出料口流出并進(jìn)入離心頭，在離心力作用下(3萬(wàn)轉(zhuǎn)/分)，經(jīng)離心頭的細(xì)孔(直徑為0.3毫米)甩出，細(xì)孔垂直方向噴射攜帶有氧化亞鐵粉末的工業(yè)氮?dú)猓趸瘉嗚F粉末的濃度為800mg/L，工業(yè)氮?dú)獾臏囟葹?70℃，速度為5米/秒。在工業(yè)氮?dú)廨o助下，氧化亞鐵粉末粘附至紡絲液表面(如圖1所示)并熔融、分散，同時(shí)，紡絲液快速冷卻成固體纖維并由集棉器進(jìn)行收集得到表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維。將該耐火纖維投入開(kāi)清棉裝置進(jìn)行開(kāi)松、梳理并得到分布均勻的纖維網(wǎng)，利用針刺機(jī)對(duì)纖維網(wǎng)進(jìn)行針刺，針刺密度為400刺/cm²，針刺深度為12毫米，得到表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈坯布。隨后，對(duì)該坯布進(jìn)行分階段加壓熱定型，以溫度700℃，壓力8Kg/cm²處理時(shí)間40分鐘后，以20℃/分升溫至1500℃，施加壓力5Kg/cm²，處理2分鐘后。加壓熱定型處理完畢，自然冷卻至室溫，切割并收集得到表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈。

生產(chǎn)所得表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維的平均直徑為43微米，平均長(zhǎng)度為167毫米，抽取表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維于800℃下保持20分鐘，測(cè)得其線收縮率為1.2％。

利用Datacolor SF600X測(cè)色儀對(duì)表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈進(jìn)行測(cè)色，其色度指標(biāo)為L(zhǎng)^*38.3，a^*-53.6，b^*7.8，由色度指標(biāo)可知，本實(shí)施例所得表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈的顏色為綠色。