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，在冶金、機械、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，隨新產(chǎn)品的開發(fā)和推廣，耐火材料也逐漸進入了日常生活中。專利CN1229864A公開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行混紡并織造得到織物，所得織物具有很好的不燃性。專利CN1253645C公開了一種防火卷簾，以耐火纖維毯為簾芯，對大型公共場所、庫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，對其表觀顏色并無過多的要求，多表現(xiàn)為無彩色。然而在日常生活中，人們對耐火纖維表觀顏色則會有所追求。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機纖維，傳統(tǒng)的有機染色方法難以實現(xiàn)對其染色，關(guān)于其染色方法尚未有相關(guān)報道。

技術(shù)實現(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)明是通過以下技術(shù)實現(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，共混并進行粉碎得到主原料；

2)染色劑粉末準(zhǔn)備：利用機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)過濾：過濾熔融液中的雜質(zhì)，濾液流入2300～2500℃的攪拌釜中并進行持續(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)氮氣，在工業(yè)氮氣輔助下，染色劑粉末粘附并熔融于紡絲液表面，同時，紡絲液快速冷卻成固體纖維并由集棉器進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)合耐火纖維投入開清棉裝置進行開松、梳理得到分布均勻的纖維網(wǎng)，利用針刺機對纖維網(wǎng)進行針刺得到耐火纖維氈坯布，對耐火纖維氈坯布進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)實驗驗證，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。

熔融溫度的選擇來自于原料的不同組成，在本說明書中，發(fā)明人經(jīng)不斷實驗優(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，此時紡絲液溫度較高，主體仍為液態(tài)，在工業(yè)氮氣輔助下，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，工業(yè)氮氣也對紡絲液起到了冷卻固化的作用，紡絲液的固化也實現(xiàn)了染色劑粉末在耐火纖維表面的固著，從而實現(xiàn)鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維表面的著色，這是本說明書中最重要的一個發(fā)明點。經(jīng)測試，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，在本說明書中采用工業(yè)氮氣的根據(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)氮氣中染色劑粉末的濃度以及工業(yè)氮氣的氣流速度共同決定。

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)明的一個重要發(fā)明點。經(jīng)本發(fā)明人實踐表明，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)明首次實現(xiàn)對耐火纖維材料的著色，這對于傳統(tǒng)意義上無彩色的耐火纖維材料是一個重要的補充，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皆為高熔點物質(zhì)，采用粒徑較小的主原料粉末，可實現(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)氮氣的溫度為150～180℃，氣流速度為5～25米/秒。

優(yōu)選地，工業(yè)氮氣中染色劑粉末的濃度為100～1000mg/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，長度為70～210毫米。

歐盟指數(shù)KNB規(guī)定0類為不分類為致癌物，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，長度為70～210毫米，從尺寸上符合歐盟KNB指數(shù)對于不分類為致癌物的要求。

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)是利用針刺機的帶鉤刺刺針反復(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。在針刺機的工藝參數(shù)中針刺密度、針刺深度這兩個參數(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，對耐火纖維氈的強力并未有明顯的關(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，強力要求較少。然而在日常生活中，氈品不可避免會受到反復(fù)拉伸、彎折的作用，氈品的拉伸斷裂強力、耐疲勞性能則需要受到關(guān)注。然而發(fā)明人實驗發(fā)現(xiàn)，這兩個工藝參數(shù)對耐火纖維氈的拉伸斷裂強力、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，所得耐火纖維氈的拉伸斷裂強力可取得較大值，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)明人對于針刺成形的坯布進行兩次加壓熱定型處理，其作用在于，第一次較長時間的加壓熱定型有利于形成晶粒細(xì)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(nèi)獲得致密化結(jié)構(gòu)，晶粒不易發(fā)生二次成長，使纖維在高溫使用性能更為穩(wěn)定，這一步對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，這也是本說明書一個重要的發(fā)明點之一。

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。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

實施例1

取稱鎂砂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。隨后過濾熔融液中的雜質(zhì)，濾液流入2300℃的攪拌釜并進行持續(xù)攪拌得到紡絲液，該紡絲液從攪拌釜的出料口流出并進入離心頭，在離心力作用下(2萬轉(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)氮氣，氧化亞銅粉末的濃度為500mg/L，工業(yè)氮氣的溫度為150℃，速度為10米/秒。在工業(yè)氮氣輔助下，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，紡絲液快速冷卻成固體纖維并由集棉器進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清棉裝置進行開松、梳理并得到分布均勻的纖維網(wǎng)，利用針刺機對纖維網(wǎng)進行針刺，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，對該坯布進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，測得其線收縮率為1.8％。

利用Datacolor SF600X測色儀對表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈進行測色，其色度指標(biāo)為L^*51.6，a^*43.8，b^*12.9，由色度指標(biāo)可知，本實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。

實施例2

取稱鎂砂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。隨后過濾熔融液中的雜質(zhì)，濾液流入2400℃的攪拌釜中并進行持續(xù)攪拌得到紡絲液，該紡絲液從攪拌釜的出料口流出并進入離心頭，在離心力作用下(3萬轉(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)氮氣，氧化亞鐵粉末的濃度為800mg/L，工業(yè)氮氣的溫度為170℃，速度為5米/秒。在工業(yè)氮氣輔助下，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，紡絲液快速冷卻成固體纖維并由集棉器進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清棉裝置進行開松、梳理并得到分布均勻的纖維網(wǎng)，利用針刺機對纖維網(wǎng)進行針刺，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，對該坯布進行分階段加壓熱定型，以溫度700℃，壓力8Kg/cm²處理時間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，測得其線收縮率為1.2％。

利用Datacolor SF600X測色儀對表面染色鎂鋁鋯復(fù)合耐火纖維氈進行測色，其色度指標(biāo)為L^*38.3，a^*-53.6，b^*7.8，由色度指標(biāo)可知，本實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。