一种高耐火生物相溶性耐火纤维的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于耐火材料技术领域，具体设及一种高耐火生物相溶性耐火纤维及其制 备工艺。
【背景技术】
[0002] 传统的侣娃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W，我们需要研究何种纤维容易被人体吸入W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W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W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±金属氧化物、碱金属氧化物W及氧化棚等可W 提高纤维的溶解性，而添加氧化侣时，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运个问题，他们不断探求新的材料，生物可溶性耐火纤维就 在运个时候应运而生了。20世纪九十年代W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化0-Mg0-Si02系、化0-Si02系、Mg0-Si02系等。 阳0化]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，我国在运方面的研究还很少。
[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，但是耐高溫性能有限，而且在实践中发现，放置半年后会开始发生老化，耐高溫 性能进一步下降。
[0007] 本发明旨在提供一种高耐火生物相溶性耐火纤维及其制备工艺，其在模拟肺叶中 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，运样的生物相溶性耐火 纤维具有重大的突破和意义。
【发明内容】
[0008] 本发明针对现有技术中的缺点，提供一种高耐火生物相溶性耐火纤维及其制备工 艺，其在模拟肺叶中溶解性很好，耐火性能更强，并且没有析晶现象。
[0009] 本发明的目的可W通过W下技术方案实现： 一种高耐火生物相溶性耐火纤维的生产工艺： (1) 配备原料： W娃灰石、石英砂、滑石、焦宝石作为主原料，控制质量分数，其中Si〇258 %，化0 28%，MgO8%，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，将下述原料称取后娠磨混合均匀：将4份氧化锋，五氧化二憐18-20份， 海藻糖2-3份，膨胀石墨纳米份1. 5-1. 8份； (2) 制备耐火纤维： 将混合均匀的原料置于电阻炉中，先经300°C烙融，此时有部分原料开始融化，此时恒 溫保持揽拌30分钟，然后升溫至2200°C烙融，此时配方中微量的膨胀石墨纳米粉并不能完 全融化，但是在高溫体系下会分布得十分均匀，肉眼不可见； 烙融液通过甩丝方式，经集棉器集棉，制得需要厚度的纤维棉巧，然后经过针刺， 680-720°C热处理，最后经过切割，打卷而成耐火纤维。
[0010] 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烙体有不同程度的析晶倾向，运种析晶倾向 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，成型溫度必须要高于原料的析晶溫度。测定析 晶上限溫度是决定成型溫度的关键。在可溶性陶瓷纤维的使用过程中，随着时间和溫度的 增加，纤维出现析晶可能使纤维收缩和破坏。
[0011] 玻璃在它的平衡液相线溫度W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UsS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迁过程。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。
[0012] 原子从玻璃相越过界面转入晶相的频率为V1 =Vexp[-E/(RT)]式中，R为 气体常数，T为热力学溫度，V为原子振动频率。由于原子的迁移而导致体系自由能下降 AG。对于反向过程，即原子从晶相转入玻璃相需要越过势垒（E+AG),跃迁频率为V2 =V exp[ (E+AG) / (RT)]于是原子从玻璃相到晶相的净跃迁频率为VI-V2。设晶核表面生长 一层原子，相界面迁移距离为凡则晶核沿一维方向生长速率： U=A(vI-V2) =AVexp(-E/(RT) {1-exp[-AG/(RT) ]} (I) 令kO=V{1-exp[-AG/(RT) ]} (2) 则式（1)可写成1]=^^[6邱(-6/巧1')]，6为玻璃析晶活化能。^一般被称为频率因 子，且被认为与溫度T无关，而实际上运只有在等溫条件下才严格成立。对于非等溫过程， 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 一定的溫度范围内，溫度的上升导致V增大与玻璃相和晶相的自由能差AG的减小相互抵 消一部分时才可W近似看作常数。
[0013] 在本发明的特殊工艺下，并没有发生析晶现象。
[0014] 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W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。
[0015] 本发明的有益之处在于： (1)本发明的生物相溶性耐火纤维及其制备工艺，其没有析晶现象。
[0016] (2)本发明制备得到的生物相溶性耐火纤维具有很好的耐存放性能。
[0017] (3)本发明制备得到的生物相溶性耐火纤维长期使用耐高溫性能可W达到 1800-2000°C，在肺液中可W比较快速溶解，并且耐高溫性能非常好。
【具体实施方式】 阳〇1引 实施例1: 高耐火生物相溶性耐火纤维的生产工艺： (1) 配备原料： W娃灰石、石英砂、滑石、焦宝石作为主原料，控制质量分数，其中Si〇258 %，化0 28%，MgO8%，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，将下述原料称取后娠磨混合均匀：将4份氧化锋，五氧化二憐18份，海 藻糖3份，膨胀石墨纳米份1. 5份； (2) 制备耐火纤维： 将混合均匀的原料置于电阻炉中，先经300°C烙融，此时有部分原料开始融化，此时恒 溫保持揽拌30分钟，然后升溫至2200°C烙融，此时配方中微量的膨胀石墨纳米粉并不能完 全融化，但是在高溫体系下会分布得十分均匀，肉眼不可见； 烙融液通过甩丝方式，经集棉器集棉，制得需要厚度的纤维棉巧，然后经过针刺，72(TC热处理，最后经过切割，打卷而成耐火纤维。
[0019] 无析晶现象发生。
[0020] 生产出来后立刻在Gamble溶液中检测72小时的溶解性，检测结果为： 可溶，其溶解速率常数为：320ng/cm2，h; 连续使用可耐高溫2000°C。
[0021] 40°C下加速存放半年后，其连续使用可耐高溫性能没有发现降低。 阳0巧 实施例2: 高耐火生物相溶性耐火纤维的生产工艺： (1) 配备原料： W娃灰石、石英砂、滑石、焦宝石作为主原料，控制质量分数，其中Si〇2 58 %，化0 28%，MgO8%，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