一種用消石灰製備的乙炔瓶無石棉矽酸鈣填料及製備方法
2023-06-05 15:38:51 5
專利名稱：一種用消石灰製備的乙炔瓶無石棉矽酸鈣填料及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種多孔的矽酸4丐填料，更具體而言，本發明涉及一種 用消石灰製備的無石棉乙炔瓶矽酸4丐填料及製備方法。背景4支術乙炔瓶全稱為溶解乙炔氣瓶，專門用於乙炔氣的充裝、運輸和儲存， 廣泛地應用於金屬的焊接、切割、製藥、火焰分析等領域。由於乙炔的 分子極為活潑，通常在很低的壓力下，也極易發生分解和聚合作用，引 起爆炸事故的發生。因此，為了提高乙炔在儲存、運輸過程的安全性， 必須將乙炔氣充裝於充滿矽酸鈣多孔填料的乙炔瓶殼內，並在填料內部 的毛細孔內吸附了溶劑(一般為丙酮)，使乙炔氣溶解於溶劑之中。由於 多孔填料和溶劑對乙炔分子的隔離和分散作用，大幅度提高了乙炔氣的 穩定性，阻止爆炸事故的發生。這樣，在15。C時，乙炔弁瓦內的靜置壓力 可達l. 56MPa，並能保證乙炔在運輸和儲存過程中的安全性。乙炔瓶的矽酸鈣填料，通常是由石灰、硅藻土、石英粉、增強纖維 等材料，加入一定量水調和成漿狀，然後灌注到乙炔瓶殼內，經固化反 應以及烘乾後，形成多孔矽酸4丐填料。矽酸鉤填料的孔隙率高達88 92%, 體積密度僅有280~ 300g/L,這使得乙炔瓶具有較高的乙炔裝載率。但 是矽酸鈣填料這種高孔隙一低密度的特性使得其結構強度較低，在乙炔 瓶長期的運輸、使用過程中，可導致矽酸4丐填料的潰散、下沉，從而影
響乙炔瓶的安全運行。為了提高矽酸4丐填料的結構強度，通常在矽酸4丐 填料製造過程中加入一些石棉纖維，在填料固化後可起到明顯的增強作 用，較好的解決了填料潰散、下沉等不安全隱患，使乙炔瓶得以長期的 安全運4亍。然而，近年來的研究表明，石棉對人體具有致癌作用，世界各發達 國家已禁止使用石棉及其製品，包括含有石棉的矽酸鈣填料乙炔瓶。眾 所周知，石棉是一種耐酸、耐鹼、耐高溫及耐候性極其優良的礦物纖維， 可以說石棉在自然環境中無論存放多長時間也不會自行消失。對於乙炔 瓶而言，在其達到使用壽命周期報廢后，鋼質瓶殼可以回收利用，而內 部的石棉矽酸鈣填料必將廢棄到環境中。因此，填料中的石棉將對環境 和人類健康帶來長期的、不可估量的危害。我國於1980年開始推廣應用矽酸鈣填料乙炔瓶，目前年產40L乙炔 瓶30萬隻，社會保有量達400萬隻以上。這些乙炔瓶全部為含石棉的矽 酸鈣填料乙炔瓶，而且每年還將以30萬隻的幅度遞增，因此含石棉的矽 酸鈣填料乙炔瓶對環境造成了巨大的危害，需要開發一種改進的不包含 石棉成分的新型的儲存乙炔氣體的矽酸釣填料。
發明內容
為解決含石棉的矽酸4丐填料乙炔瓶對環境造成的影響，本專利申請 的發明人在經過一系列試驗的基礎上發明了 一種新型的不含石棉成分的 矽酸4弓填料。本發明第一個目的公開了 一種用消石灰製備的乙炔瓶無石棉矽酸釣 填料。
本發明另 一個目的是公開了上述乙炔瓶無石棉矽酸鈣填料的製備方法。一種乙炔瓶無石棉矽酸4丐填料，所述的填料由下述物質製成消石 灰、石英粉、流變劑、凝膠劑、懸浮劑、無機增稠劑和增強纖維，其中 各物質的溼料重量比為消石灰8-13%、石英粉6-12%、流變劑1.0-5%、 凝膠劑1.0-5°/。、懸浮劑0. 5%-4%、無機增稠劑1.0~5%和增強纖維 0. 5-4%，其餘為水。上述物質溼料配比中，配方中的總水量為乾料重量的3—4倍。 一種乙炔瓶無石棉矽酸4丐填料的製備方法，它包含以下步驟將所 述重量配比的物料在高速攪拌狀態下，將粉狀消石灰用凝膠劑和水製成 凝膠石灰漿，然後繼續攪拌，並加入石英粉、料漿流變劑、懸浮劑和無 機增稠劑，隨後料漿經磨細處理後，最後在低速攪拌狀態下加入耐鹼玻 璃纖維，經攪拌製成均勻一致的填料料漿，在0. 07 ~ 0. 09MPa的真空狀態 下將料漿注入乙炔瓶內，充滿瓶殼，至於180 230。C溫度下，蒸養固化 30~50小時，最後於180 250。C下烘乾2~6天，製得乙炔瓶矽酸4丐填 料。上述物質中，所述的凝膠劑為鋁的可溶鹽，當凝膠劑溶於水後，其 中的鋁離子(A廣)與鹼性氫氧根離子(0H—)組成氫氧化鋁A1(0H)3凝膠 狀態，所述的流變劑為白炭黑，所述的懸浮劑為玻璃纖維或矽酸鋁纖維， 無機增稠劑為矽酸鈉或水玻璃，所述的增強纖維為耐^ 鹹玻璃纖維。在本發明中，石英粉優選二氧化矽含量在98%以上的石英粉，耐鹼 玻璃纖維選用具有以下特徵的耐鹼玻璃纖維束狀短切紗，短切長度約
為12mm,每束中由大約200根纖維單絲構成，纖維的單絲直徑約為13 ~ 18jum,氧化鋯含量應在17%以上，上述原材料均為市場購買。在本專利申請中高速攪拌是指主軸轉速為150 1200rpm，其目的在 於使無機懸浮劑得到徹底的分散，並將料漿經磨細處理，磨細的作用可 以減緩料漿內固體顆粒的沉降，抑制料漿分層；低速攪拌的主軸轉速一 般為50 150rpm,其目的是將增強纖維分散均勻。本發明具有以下優點1、 本發明採用粉狀消石灰作為鈣質材料，相對於目前普遍採用的用 生石灰作為鈣原料的做法來說，消石灰性質較為穩定，便於儲存和運輸， 尤其是在空氣潮溼的環境中更能體現出其在生產無石棉矽酸鈣填料中作 為鈣原料的優勢，為生產帶來極大的方便；2、 本發明採用耐鹼玻璃纖維作為增強材料，以玻璃纖維或矽酸鋁纖 維作為料漿懸浮劑；而目前雖未發現有正式生產但有報導稱生產乙炔瓶 矽酸4丐填料以纖維素纖維作為增強材料。兩種纖維分別屬於無機纖維和 有機纖維，前者具有較高的耐溫性，而後者在較高溫度下則容易發生收 縮和其他性能下降；3、 目前在生產無石棉乙炔瓶矽酸鈣填料工藝過程中為抑制料漿分 層，曾有報導稱加入沉澱二氧化矽或合成二氧化矽，其作用主要用來抑 制料漿分層，但沉澱二氧化矽也是比較貴的一種原材料，造成製造成本 升高。而本發明沒有加入諸如沉澱二氧化矽或合成二氧化矽等抑制料漿 沉降的材料，而是採用高速攪拌和料漿磨細等工藝方法，較好解決了料 漿的分層問題，使填料與瓶殼的間隙得到了較好的控制。 4、 本發明料漿的配製時間一般為1~1.5小時，相對於目前生產乙 炔瓶矽酸釣填料的其他工藝來說生產效率較高；5、 本發明製造的無石棉的乙炔瓶矽酸4丐填料具有較好的安全性能， 其乙炔充裝量和丙酮充裝量之比可達到0.50 - 0.58，並通過了美國壓縮 氣體協會CGA-C12所規定模擬火災、回火、跌落震動及衝擊穩定性試驗; 同時也通過了國際標準ISO 3807-2所規定的沖擊、回火、火燒及水浴升 溫試驗。6、 本發明製備的矽酸鉤填料還具有孔隙率高、機械強度高、抗振動、 產品安全可靠等優點。
具體實施例方式實施例1:將8kg的硫酸鋁溶解於656kg的水中，在主軸轉速為150轉/分的高 速攪拌狀態下，加入消石灰粉(氧化鈣含量為72.6 %) 64kg,攪拌5分 鍾後加入細度為270目/吋的石英粉(二氧化矽含量為98. 7%) 48kg,隨 後加入白炭黑8kg,繼續攪拌加入懸浮劑矽酸鋁纖維4kg,最後加入矽酸 鈉8 kg,再攪拌30分鐘；然後經磨細處理後轉入主軸轉速為80轉/分 的低速攪拌狀態，再加入增強纖維耐鹼玻璃纖維4kg;攪拌10分鐘停止 攪拌。在真空度為0. 07MPa以及高頻振動的狀態下，將料漿注入乙炔瓶殼 內。然後將瓶口用恆壓裝置密封后置於加熱箱內，立即升溫至180°C, 保溫2小時，再升溫至230。C,保溫35小時，完成填料固化過程。降溫 後拆除恆壓密封裝置，在18(TC的條件下烘乾6天。
填料烘千後的孔隙率為88%，抗壓強度為3. 2MPa,填料的烘乾收縮 率小於4%。
實施例2:
將16. 8kg的石克酸鋁溶解於541. 7kg的水中，在主軸轉速為730轉/ 分的高速攪拌狀態下，加入消石灰粉(氧化鈣含量為73. 1%) 61. 3kg, 攪拌5分鐘後加入細度為270目/吋的石英粉(二氧化矽含量為98. 7% ) 62. Okg,隨後加入白炭黑16. Okg，繼續攪拌加入懸浮劑耐鹼玻璃纖維 9. 5kg，最後加入水玻璃13. lkg,再攪拌30分鐘；然後經磨細處理後轉 入主軸轉速為80轉/分的低速攪拌狀態，再加入增強纖維耐^^玻璃纖維 9. 5kg;攪拌12分鐘停止攪拌。
在真空度為0. 07MPa以及高頻振動的狀態下，將料漿注入乙炔瓶殼 內。然後將瓶口用恆壓裝置密封后置於加熱箱內，立即升溫至185°C, 保溫2小時，再升溫至225。C,保溫35小時，完成填料固化過程。降溫 後拆除恆壓密封裝置，在225。C的條件下烘乾2天。
填料烘乾後的孔隙率為88%，抗壓強度為3. 2MPa，填料的烘乾收縮 率小於4%。
實施例3:
將9. 8kg的硫酸鋁溶解於543. 7kg的水中，在主軸轉速為850轉/ 分的高速攪拌狀態下，加入消石灰粉(氧化釣含量為72. 8%) 66. 7kg, 攪拌5分鐘後加入細度為270目/吋的石英粉(二氧化矽含量為98. 6%) 57.9kg,隨後加入白炭黑11.6kg,繼續攪拌加入懸浮劑耐鹼玻璃纖維 1L5kg,最後加入水玻璃19. 3kg,再攪拌30分鐘；然後經磨細處理轉入主軸轉速為80轉/分的低速攪拌狀態，再加入增強纖維耐石威玻璃纖維 9. 5kg。攪拌15分鐘停止攪拌。
在真空度為0. 08MPa以及高頻振動的狀態下，將料漿注入乙炔瓶殼 內。然後將瓶口用恆壓裝置密封后置於加熱箱內，立即升溫至185℃， 保溫2小時，再升溫至225℃,保溫35小時，完成填並+固化過程。降溫 後拆除恆壓密封裝置，在200℃的條件下烘乾3天。
填料烘乾後的孔隙率為90%,抗壓強度為2. 7MPa,填料的供幹收縮 率小於4%。
實施例4:
將14. 6kg的硝酸鋁溶解於545. 3kg的水中，在主軸轉速為930轉/ 分的高速攪拌狀態下，加入消石灰粉(氧化鈣含量為72. 8%) 59. 7kg, 攪拌5分鐘後加入細度為270目/吋的石英粉(二氧化矽含量為98. 7%) 59. 6kg，隨後加入白炭黑14.9kg,繼續攪拌加入懸浮劑耐鹼玻璃纖維 8. 4kg，最後加入水玻璃17. 7kg,再攪拌30分鐘；然後經磨細處理轉入 主軸轉速為80轉/分的低速攪拌狀態，再加入增強纖維耐鹼玻璃纖維9.8kg。攪拌14分鐘停止攪拌。
在真空度為0. 09MPa以及高頻振動的狀態下，將料漿注入乙炔瓶殼 內。然後將瓶口用恆壓裝置密封后置於加熱箱內，立即升溫至185°C, 保溫2小時，再升溫至225。C,保溫35小時，完成填料固化過程。降溫 後拆除恆壓密封裝置，在25(TC的條件下烘乾3天。
填料烘乾後的孔隙率為91.6%，抗壓強度為2. 5MPa,填料的烘乾收 縮率小於4%。
實施例5:將24kg的石危酸鋁:i容解於604kg的水中，在主軸轉速為730轉/分的 高速攪拌狀態下，加入消石灰粉(氧化鈣含量為73.3%) 80kg，攪拌5 分鐘後加入270目/吋的石英粉(二氧化矽含量為98.4%) 72kg，隨後加 入白炭黑24kg，繼續攪拌加入懸浮劑矽酸鋁纖維16kg，最後加入矽酸鈉 24kg,再攪拌30分鐘；然後經磨細處理後轉入主軸轉速為50轉/分的低 速攪拌狀態，再加入增強纖維耐鹼玻璃纖維16kg,攪拌11分鐘停止攪 拌。在真空度為0. 08MPa以及高頻振動的狀態下，將料漿注入乙炔瓶殼 內，然後將瓶口用恆壓裝置密封后置於加熱箱內，立即升溫至185°C， 保溫2小時，再升溫至225。C,保溫28小時，完成填^F固化過程。降溫 後拆除恆壓密封裝置，在200。C的條件下烘乾5天。填料烘乾後的孔隙率為88%,抗壓強度為3. 2MPa,填料的烘乾收縮 率小於4%。實施例6:將40kg的硝酸鋁溶解於416kg的水中，在主軸轉速為900轉/分的 高速攪拌狀態下，加入消石灰粉(氧化鈣含量為72.7%) 104kg，攪拌5 分鐘後加入湖北廣水產細度為270目/吋的石英粉(二氧化矽含量為 98. 6%)96kg，隨後加入白炭黑40kg,繼續攪拌加入懸浮劑矽酸鋁纖維 32kg,最後加入水玻璃40kg,再攪拌30分鐘；然後經磨細處理後轉入 主軸轉速為100轉/分的低速攪拌狀態，再加入增強纖維耐鹼玻璃纖維 32kg,攪拌13分鐘停止攪拌。
在真空度為0. 09MPa以及高頻振動的狀態下，將料漿注入乙炔瓶殼 內。然後將瓶口用恆壓裝置密封后置於加熱箱內，立即升溫至180°C， 保溫10小時，再升溫至20(TC,保溫40小時，完成填料固化過程；降 溫後拆除恆壓密封裝置，在20G。C的條件下烘乾4天。
填料烘乾後的孔隙率為88%,抗壓強度為3. 2MPa,填料的烘千收縮 率小於4%。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性。任何未脫離本發明的精神與 範疇，而對料漿配比、工藝參數筒單更改、變化的技術方案，均仍包含 在本發明專利的保護範圍之內。
權利要求
1、一種乙炔瓶無石棉矽酸鈣填料，其特徵在於所述的填料由下述物質製成消石灰、石英粉、流變劑、凝膠劑、懸浮劑、無機增稠劑、耐鹼玻璃纖維和水，其中各物質的溼料重量比為消石灰8-13％、石英粉6-12％、流變劑1.0-5％、凝膠劑1.0-5％、懸浮劑0.5％-4％、無機增稠劑1.0～5％和耐鹼玻璃纖維0.5-4％，其餘為水。
2、 根據權利要求1所述的乙炔瓶無石棉矽酸釣填料，其特徵在於 所述的凝膠劑為鋁的可溶鹽。
3、 根據權利要求1所述的乙炔瓶無石棉矽酸鈣填料，其特徵在於 所述的懸浮劑為玻璃纖維或矽酸鋁纖維。
4、 根據權利要求1所述的乙炔瓶無石棉矽酸釣填料，其特徵在於 所述的無機增稠劑為矽酸鈉或水玻璃。
5、 根據權利要求1所述的乙炔瓶無石棉矽酸鈣填料，其特徵在於 所述的流變劑為白炭黑。
6、 權利要求1所述的填料的製備方法，它包含以下步驟 1 )、稱取權利要求1所述的溼料重量比的各物質備用；2) 、在轉速為150~ 1200rpm高速攪拌狀態下，將粉狀消石灰用凝 膠劑和水製成凝膠石灰漿；3) 、繼續攪拌，並加入石英粉、流變劑、懸浮劑和無機增稠劑，制 成料漿；4) 、步驟3)所得的料漿經磨細處理後，在轉速為50 150rpm的 低速攪拌狀態下加入耐^5成玻璃纖維，經攪拌製成均勻一致的填料料漿； 5)、在0. 07 ~ 0. 09Mpa的真空狀態下將填料料漿料漿注入乙炔瓶 內，充滿瓶殼，置於180 230。C溫度下，蒸養固化30 - 50小時，最後 於180 250。C下烘乾2~6天，製得乙炔瓶矽酸4丐填料。
7、 權力要求6所述的製備方法，其特徵在於所述的凝膠劑為鋁 的可溶鹽。
8、 權力要求6所述的製備方法，其特徵在於所述的懸浮劑為玻 璃纖維或矽酸鋁纖維。
9、 權力要求6所述的製備方法，其特徵在於所述的無機增稠劑 為矽酸鈉或水玻璃。
10、 權力要求6所述的製備方法，其特徵在於所述的流變劑為白炭黑。
全文摘要
本發明涉及一種多孔的矽酸鈣填料，更具體而言，本發明涉及一種用消石灰製備無石棉的乙炔瓶矽酸鈣填料的方法。本發明的無石棉乙炔瓶矽酸鈣填料是在高速攪拌狀態下，將粉狀消石灰用凝膠劑和水製成凝膠石灰漿，然後繼續攪拌，並加入石英粉、料漿流變劑、懸浮劑和無機增稠劑，隨後料漿經磨細處理後，最後加入耐鹼玻璃纖維，經攪拌製成均勻一致的填料料漿，在真空狀態下將料漿注入乙炔瓶殼內，然後經固化、烘乾製得乙炔瓶矽酸鈣填料。本發明具有減少了石棉對環境的汙染危害，且所形成的矽酸鈣填料孔隙率高、機械強度高、抗振動、產品安全可靠等優點。
文檔編號C01B33/20GK101125967SQ20071011979
公開日2008年2月20日 申請日期2007年7月31日 優先權日2007年7月31日
發明者只建強, 張保國, 馬序東 申請人:北京天海工業有限公司