一種夜光耐火纖維針刺織物製備方法與流程

2023-12-02 05:06:46 1

本發明屬於耐火纖維領域，尤其是涉及一種夜光耐火纖維針刺織物製備方法。

背景技術：

多數的耐火纖維用於代替耐火磚用於熱處理爐、加熱爐等高溫領域，然而自20世紀90年代以來，隨新產品的開發和推廣，耐火材料也逐漸進入了人們的日常生活中。專利CN1229864A公開了一種不燃性的混紡紗及其應用，將矽酸鋁陶瓷耐火纖維與玻璃纖維或高矽氧纖維進行混紡、織造得到織物，所得織物具有很好的不燃性。專利CN1253645C公開了一種防火捲簾，以耐火纖維毯為簾芯，對於大型公共場所、庫房的防火起到了重要的作用。

隨人們安全意識的提高，防火纖維在日常生活的應用會越來越廣，隨之也會對耐火纖維的功能性提出更高的要求，如夜光性、保暖性等。耐火纖維的夜光特徵有助於對耐火製品進行定位，對危險易燃品具有警示作用。目前對夜光耐火纖維製品的研究比較欠缺，尚未有相關文獻報導。

技術實現要素：

為克服夜光耐火纖維製品的製備方法不足的問題，本發明提供一種夜光耐火纖維針刺織物的製備方法。

本發明是通過以下技術實現的：

一種夜光耐火纖維針刺織物製備方法，步驟如下：

1）主原料準備：根據氧化鈣，二氧化矽，氧化鎂，氧化鋯，三氧化二釔，氧化鍶，碳素和二氧化鈦的質量配比稱取羥磷灰石、白雲石、玄武巖、矽灰石、鋯石、磷釔礦、菱鍶礦、炭黑和鈦白粉，於600～800℃下保溫4～6小時後共混並進行粉碎得到主原料；

2）熔融：將主原料投入熔融爐中加熱至1900～2000℃，直至完全融化得到熔融液；

3）過濾：過濾熔融液中的雜質，濾液流入2100～2200℃攪拌釜中並進行持續攪拌得到紡絲液；

4）夜光耐火纖維收集：紡絲液從攪拌釜出料口流出，進入離心頭，在離心力作用下，經離心頭的細孔甩出，細孔垂直方向噴射有帶有夜光粉末的工業氮氣，在工業氮氣作用下，夜光粉末粘附至紡絲液表面，同時，紡絲液快速冷卻成固體纖維並由集棉器進行收集得到夜光耐火纖維；

5）織物製備：將夜光耐火纖維投入開清棉裝置進行開松、梳理並得到分布均勻的纖維網，利用針刺機對纖維網進行針刺得到夜光耐火纖維針刺坯布，對上述坯布進行分階段加壓熱定型、切割並收集得到夜光耐火纖維針刺織物。

一般而言，玻璃體比相似成分的晶體具有更好的水解性能。原因在於玻璃體的化學結構與晶體相比，比較鬆散。在本發明所製備的一種夜光耐火纖維使用到了與生物相溶性較好的原料，即，本發明所製備的夜光耐火纖維不但具有夜光性，也具有良好的生物相溶性。在原料組成上，羥磷灰石、白雲石主要化學成分中，氧化鈣含量達50%以上，具有較好的生物相容性；矽灰石普遍認為是一種生物可溶性最好的非晶體纖維原料，其氧化鈣含量為48%，生物溶解性能良好。玄武巖儘管溶解速率很低，但卻比同樣是低溶解速率的石棉、鈦酸鉀（鈉）晶須對人體健康的影響要小。實驗發現，以羥磷灰石、白雲石、玄武巖、矽灰石為主要原料製備的耐火纖維具有較高的生物相溶性。此外，所使用的原料都為市場上常見的無機化工原料或自然礦產，不僅成本低，而且無毒無害，無任何汙染氣體釋放，有利於環保生產。

以氧化矽、氧化鈣和氧化鎂為主要成分的耐火纖維的熔融粘度較低，本發明中，發明人經過實驗引入氧化鋯，氧化鈦等物質，其主要目的是為了提高熔體的粘度，提高熔體的成纖性能，且對耐火纖維的熱膨脹及耐用性並無明顯影響，傳統的耐火纖維會使用氧化硼來提高熔體的粘度，但氧化硼易汽化，從而引起環境汙染。氧化鋯本身是一種高溫耐火材料，熔融溫度約為2700℃，該物質的添加可以提高熔體粘度變化的溫度範圍，具有良好的熱穩定性能。氧化鈦具有良好的光散射作用，它的引入是為增加隔熱保溫性能。此外，碳素具有熱膨脹率低的特點，使纖維產品在高溫使用時體積穩定性好，抗熱震性強。發明人認為，三氧化二釔、氧化鍶、氧化鋯、氧化鈦的加入使耐火材料的宏觀特性發生了改變，使彈性模量、熱膨脹率降低，而且細微組織強度得到提高，抑制導致耐火材料斷裂的斷裂點的產生，從而使得結構穩定性得到了提高，強度也得到提高。

夜光粉這種發光材料，被廣泛的應用於許多領域，製作各種發光製品。傳統的使用方法是將夜光粉加入樹脂中，並塗覆於製品表面，或者是在塗有夜光粉的表面粘貼一層透明塑料薄膜作為保護層，這種製備方法的不足之處是夜光製品表面硬度低、不耐磨損、不耐高溫、抗老化性能較差。另一種方法是將夜光粉加入基體之中，然後對基體進行定形。夜光粉一般是在物品的外表面才能發揮夜光作用，而在基體之中則難以發揮其作用。

在本說明書中，紡絲液在離心力下，經離心頭的細孔甩出，此時紡絲液溫度較高，仍為液態，此時在工業氮氣輔助下，將夜光粉末直接粘附至紡絲液外層，受紡絲液溫度的影響，夜光粉部分熔化並在紡絲液外層分散，同時，工業氮氣對紡絲液具有冷卻的作用，紡絲液迅速固化，也實現了夜光粉末在耐火纖維表面的固著，從而形成結合牢固且緻密的夜光層，這是本說明書中最重要的一個發明點。經測試夜光粉末在耐火纖維表面分布均勻，至於夜光層的厚度則主要取決於工業氮氣中夜光粉末的濃度及氣流速度，氣流中夜光粉末的濃度越高、氣流速度越低則可以獲得夜光層越厚的耐火纖維。

優選地，主原料的質量配比為氧化鈣 30%～45%，氧化矽25%～50%，氧化鎂15%～25%，氧化鋯1%～5%，三氧化二釔1%～5%，氧化鍶1%～5%，碳素1%～5%，氧化鈦1%～5%，總量為100%。

優選地，所述夜光粉末採用如下方式製備：

紅色夜光粉末：稱取硫酸鋇52 wt%、硫酸鎂38 wt%、硫酸鋅5 wt%、磷酸鋰2 wt%、硝酸銅3 wt%，利用機械球磨儀磨至200～300目得到紅色夜光粉末；

藍色夜光粉末：稱取硫化鈣58wt%、硫酸鈉5 wt%、硫酸鉀5 wt%、硫酸鈉5 wt%、硫酸鍶10 wt%、氯化鈉6 wt%、硝酸銀1 wt%、硫化鎂10 wt%，利用機械球磨儀磨至200～300目得到藍色夜光粉末；

紫色夜光粉末：稱取硫化鈣58 wt%、硫化鎂26 wt%、硫化鈉10 wt%、硝酸鉀5 wt%、硝酸鍶1 wt%，利用機械球磨儀磨至200～300目得到紫色夜光粉末；

綠色夜光粉末：稱取硫化鈣50 wt%、硫化鉀6 wt%、硫化鈉7 wt%、硝酸鋇12 wt%、硝酸鋅 12 wt%、硝酸銦13 wt%，利用機械球磨儀磨至200～300目得到綠色夜光粉末。

本發明所使用的是自配的夜光粉末，該夜光粉末光效長，成本低，色彩豔麗。本發明可通過對上述四種夜光粉進行復配得到不同夜光特徵的夜光粉混合物。

優選地，所述主原料的粒徑為150～200目。

本發明採用150～200目原材料，經實驗發現，本發明所使用的粒徑可獲得更快的熔融速率，主原料混合更為均勻，所製得的夜光耐火纖維的品質更加穩定。

優選地，離心的速度為8000～10000轉/分，細孔的孔徑為0.03～0.3毫米。

優選地，所述工業氮氣的溫度為80～110℃，氣流速度為1～10米/秒。

優選地，工業氮氣中夜光粉末的濃度為500～1500mg/L。

工業氮氣的氣流速度與工業氮氣中夜光粉末的濃度共同決定了夜光耐火纖維中夜光層的厚度與夜光強度。更優選的氣流速度為3～6米/秒，特別優選的氣流速度為4～5米/秒，更優選的工業氮氣中夜光粉末的濃度為500～1200mg/L，特別優選的工業氮氣中夜光粉末濃度為800～1000mg/L。

優選地，所述夜光耐火纖維的直徑為56～128微米，長度為43～182毫米。

優選地，針刺密度為320～450刺/cm2，針刺深度為12～15毫米。

針刺法加固耐火纖維網是利用針刺機的帶鉤刺刺針反覆穿刺纖維網，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於纖網，通過與水平纖維纏結，阻止纖維的相互滑脫，並使纖維結構緊密，厚度大大下降。在針刺機的工藝參數中針刺密度、針刺深度這兩個參數最為重要。耐火纖維材料為脆性材料，容易折斷，在傳統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，對耐火纖維氈的強力並未有明顯的關注。其原因或許在於傳統的耐火纖維多用於熱處理爐、加熱爐的工業保溫材料使用，強力要求較少。然而在日常生活中，氈品不可避免會受到反覆拉伸、彎折的作用，氈品的拉伸斷裂強力、耐疲勞性能則必須受到關注。然而發明人實驗發現，這兩個工藝參數對耐火纖維氈的拉伸斷裂強力、耐疲勞性能有重大影響，關係著其使用用途，較好的針刺密度為320～350刺/cm2，針刺深度為12～14毫米時，更好的針刺密度為340～350刺/cm2，針刺深度為13～14毫米時，所得夜光耐火纖維針刺織物的拉伸斷裂強力可取得較大值，耐疲勞性能較好。

優選地，所述分階段加壓熱定型是在溫度500～600℃，壓力4～10Kg/cm2條件下處理90～180分鐘，然後以10～50℃/分升溫至1600～1800℃，壓力3～6Kg/cm2條件下處理3～5分鐘，處理完畢，自然冷卻至室溫。

傳統採用一次針刺即獲得耐火纖維成品，在本發明中，發明人對於針刺成形的坯布進行兩次加壓熱定型處理，其作用在於，第一次較長時間的加壓熱定型有利於形成晶粒細小、強度較高、韌性較好的耐火纖維，第二次短時間的加壓熱定型處理，可使耐火纖維在短時間內獲得緻密化結構，晶粒不易發生二次成長，使纖維在高溫使用性能更為穩定，這一步對於在高溫下使用的耐火纖維尺寸保持穩定有至關重要的作用，這也是本說明書一個重要的發明點之一。

具體實施方式

實施例1

取稱羥磷灰石20.2 wt%、白雲石21.1 wt%、玄武巖 37.6 wt%、矽灰石10.0 wt%、鋯石 2.3 wt%、磷釔礦 2.6 wt%、菱鍶礦 2.3 wt%、炭黑 2.1 wt%和鈦白粉 1.8 wt%，其化學組成為氧化鈣 32.2 wt%，二氧化矽34.7 wt%，氧化鎂 20.5 wt%，二氧化鋯2.2 wt%，三氧化二釔 2.3 wt%，氧化鍶 2.3 wt%，碳素3.0 wt%，二氧化鈦2.6 wt%，共混並粉碎至150目得到主原料。稱取硫酸鋇52 wt%、硫酸鎂38 wt%、硫酸鋅5 wt%、磷酸鋰2 wt%、硝酸銅3 wt%，利用機械球磨儀磨至200目得到紅色夜光粉末。將主原料投入熔融爐中加熱至1900℃，直至完全融化得到熔融液。隨後過濾熔融液中的雜質，濾液流入2100℃的攪拌釜並進行持續攪拌得到紡絲液，該紡絲液從攪拌釜的出料口流出並進入離心頭，在離心作用下（8000轉/分），經離心頭的細孔（直徑為0.05毫米）甩出，細孔垂直方向噴射紅色夜光粉末的工業氮氣，紅色夜光粉末在工業氮氣的濃度為800mg/L，工業氮氣的溫度為80℃，速度為3米/秒。在工業氮氣作用下，紅色夜光粉末粘附至紡絲液表面，同時，紡絲液快速冷卻成固體纖維並由集棉器進行收集得到紅色夜光耐火纖維。收集紅色夜光耐火纖維投入開清棉裝置進行開松、梳理並得到分布均勻的纖維網，利用針刺機對纖維網進行針刺，針刺密度為340刺/cm2，針刺深度為13毫米，得到紅色夜光耐火纖維針刺坯布。隨後，對紅色夜光耐火纖維針刺坯布進行分階段加壓熱定型，在溫度500℃，壓力4Kg/cm2條件下處理90分鐘，然後以18℃/分升溫至1700℃，壓力3Kg/cm2條件下處理5分鐘，處理完畢，自然冷卻至室溫。加壓熱定型完畢，切割並收集得到夜光耐火纖維針刺織物。

該夜光耐火纖維針刺織物在夜間或者黑暗處發紅色光。

實施例2

取稱羥磷灰石32.1 wt%、白雲石16.1 wt%、玄武巖 21.3 wt%、矽灰石17.2 wt%、鋯石 3.1 wt%、磷釔礦 3.2 wt%、菱鍶礦 2.7 wt%、炭黑 2.2 wt%和鈦白粉 2.8 wt%，其化學組成為氧化鈣 43.1 wt%，二氧化矽27.4 wt%，氧化鎂 15.2 wt%，二氧化鋯2.9 wt%，三氧化二釔 2.8 wt%，氧化鍶 2.7 wt%，碳素3.1 wt%，二氧化鈦2.9 wt%，共混並粉碎至200目得到主原料粉末。稱取硫化鈣58wt%、硫酸鈉5 wt%、硫酸鉀5 wt%、硫酸鈉5 wt%、硫酸鍶10 wt%、氯化鈉6 wt%、硝酸銀1 wt%、硫化鎂10 wt%，利用機械球磨儀磨至300目得到藍色夜光粉末。將主原料粉末投入熔融爐中加熱至2000℃，直至完全融化得到熔融液。隨後過濾熔融液中的雜質，濾液流入2200℃的攪拌釜並進行持續攪拌得到紡絲液，該紡絲液從攪拌釜的出料口流出並進入離心頭，在離心作用下（10000轉/分），經離心頭的細孔（直徑為0.1毫米）甩出，細孔垂直方向噴射藍色夜光粉末的工業氮氣，藍色夜光粉末的濃度為800mg/L，工業氮氣的溫度為100℃，速度為6米/秒。在工業氮氣作用下，藍色夜光粉末粘附至紡絲液表面，同時，紡絲液快速冷卻成固體纖維並由集棉器進行收集得到藍色夜光耐火纖維。收集藍色夜光耐火纖維投入開清棉裝置進行開松、梳理並得到分布均勻的纖維網，利用針刺機對纖維網進行針刺，針刺密度為350刺/cm2，針刺深度為14毫米，得到藍色夜光耐火纖維針刺坯布。隨後，對藍色夜光耐火纖維針刺坯布進行分階段加壓熱定型，在溫度600℃，壓力5Kg/cm2條件下處理120分鐘，然後以30℃/分升溫至1800℃，壓力6Kg/cm2條件下處理3分鐘，處理完畢，自然冷卻至室溫。加壓熱定型完畢，切割並收集得到夜光耐火纖維針刺織物。

該夜光耐火纖維針刺織物在夜間或者黑暗處發藍色光。

實施例3

取稱羥磷灰石19.3 wt%、白雲石23.5 wt%、玄武巖 32.7 wt%、矽灰石8.2 wt%、鋯石 5.1 wt%、磷釔礦 2.9 wt%、菱鍶礦 3.1 wt%、炭黑 2.9 wt%和鈦白粉 23 wt%，其化學組成為氧化鈣 30.6 wt%，二氧化矽29.2 wt%，氧化鎂 22.4 wt%，二氧化鋯4.9 wt%，三氧化二釔 2.5 wt%，氧化鍶 3.1 wt%，碳素4.1 wt%，二氧化鈦3.3 wt%，共混並粉碎至175目得到主原料粉末。稱取硫化鈣50 wt%、硫化鉀6 wt%、硫化鈉7 wt%、硝酸鋇12 wt%、硝酸鋅 12 wt%、硝酸銦13 wt%，利用機械球磨儀磨至200～300目得到綠色夜光粉末。將主原料粉末投入熔融爐中加熱至1950℃，直至完全融化得到熔融液。隨後過濾熔融液中的雜質，濾液流入2150℃的攪拌釜並進行持續攪拌得到紡絲液，該紡絲液從攪拌釜的出料口流出並進入離心頭，在離心作用下（9000轉/分），經離心頭的細孔（直徑為0.2毫米）甩出，細孔垂直方向噴射綠色夜光粉末的工業氮氣，綠色夜光粉末的濃度為1000mg/L，工業氮氣的溫度為110℃，速度為10米/秒。在工業氮氣作用下，綠色夜光粉末粘附至紡絲液表面，同時，紡絲液快速冷卻成固體纖維並由集棉器進行收集得到綠色夜光耐火纖維。收集綠色夜光耐火纖維投入開清棉裝置進行開松、梳理並得到分布均勻的纖維網，利用針刺機對纖維網進行針刺，針刺密度為350刺/cm2，針刺深度為14毫米，得到綠色夜光耐火纖維針刺坯布。隨後，對綠色夜光耐火纖維針刺坯布進行分階段加壓熱定型，在溫度550℃，壓力8Kg/cm2條件下處理180分鐘，然後以50℃/分升溫至1750℃，壓力3Kg/cm2條件下處理5分鐘，處理完畢，自然冷卻至室溫。加壓熱定型完畢，切割並收集得到夜光耐火纖維針刺織物。

該夜光耐火纖維針刺織物在夜間或者黑暗處發綠色光。