一种可溶性陶瓷纤维及其制备方法和可溶性陶瓷纤维制品与流程

本发明属于纤维材料领域，尤其涉及一种可溶性陶瓷纤维及其制备方法和可溶性陶瓷纤维制品。

背景技术：

1、可溶性纤维是具有低生物持久性的纤维，其进入人体后可溶于生理流体，使得纤维在人体内的停留时间短，可以被人体体液逐渐分解，排出体外。可溶性纤维可以作为主要成分或次要成分被进一步加工成多种制品，包括板、垫、纸、毯/毡、棉/绒、成型/成形制品、涂层材料以及无定型组合物等。现有可溶性纤维包括可溶性陶瓷纤维、可溶性玻璃纤维、可溶性玄武岩纤维等，其中，可溶性陶瓷纤维因具有耐火温度高、质量轻、导热系数低、环保性好等优点，得到市场的广泛青睐。

2、而受限于现有技术水平，现有可溶性陶瓷纤维材料大部分都存在着高温线收缩过大的问题，难以在＞1100℃环境中使用；而可用于＞1100℃环境的可溶性陶瓷纤维材料中又会存在着较多的非纤维物质(其中非纤维物质包括平均粒径＜45μm的粉尘、平均粒径在45～212μm的颗粒，以及平均粒径＞212μm的渣球)，生产制造时的纤维成纤率低；另外，现有可用于＞1100℃环境的可溶性陶瓷纤维材料还存在着成纤直径较大的问题，需要使用专用设备才能制备出低纤维直径的产品，生产成本较高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可溶性陶瓷纤维及其制备方法和可溶性陶瓷纤维制品，本发明提供的可溶性陶瓷纤维中的非纤维物质含量低，导热系数低，高温线收缩低，可达到较低的纤维直径，生产工艺简单。

2、本发明提供了一种可溶性陶瓷纤维，由原料经融合熔融后成纤制成。其中，所述原料包括原料物a和原料物b；所述原料物a的成分包括sio2、al2o3、cao、mgo和zro2；所述原料物b为燃点300～700℃的有机物。

3、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，原料物a中，所述sio2的粒径优选为80～200目；所述sio2在原料物a中的含量为72～74wt％，具体可为72wt％、72.1wt％、72.2wt％、72.3wt％、72.4wt％、72.5wt％、72.6wt％、72.7wt％、72.8wt％、72.9wt％、73wt％、73.1wt％、73.2wt％、73.3wt％、73.4wt％、73.5wt％、73.6wt％、73.7wt％、73.8wt％、73.9wt％或74wt％。

4、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，原料物a中，所述al2o3的粒径优选为50～300目，更优选为80～200目；所述al2o3在原料物a中的含量为0.1～1.6wt％，具体可为0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％或1.6wt％。

5、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，原料物a中，所述cao的粒径优选为100～500目，更优选为120～325目；所述cao在原料物a中的含量为23～25wt％，具体可为23wt％、23.1wt％、23.2wt％、23.3wt％、23.4wt％、23.5wt％、23.6wt％、23.7wt％、23.8wt％、23.9wt％、24wt％、24.1wt％、24.2wt％、24.3wt％、24.4wt％、24.5wt％、24.6wt％、24.7wt％、24.8wt％、24.9wt％或25wt％。

6、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，原料物a中，所述mgo的粒径优选为50～300目，更优选为80～200目；所述mgo在原料物a中的含量为0.1～0.8wt％，具体可为0.1wt％、0.15wt％、0.2wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％、0.5wt％、0.55wt％、0.6wt％、0.65wt％、0.7wt％、0.75wt％或0.8wt％。

7、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，原料物a中，所述zro2的粒径优选为50～300目，更优选为80～200目；所述zro2在原料物a中的含量为0.1～0.8wt％，具体可为0.1wt％、0.15wt％、0.2wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％、0.5wt％、0.55wt％、0.6wt％、0.65wt％、0.7wt％、0.75wt％或0.8wt％。

8、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，所述原料物b优选为木质素纤维、煤粉或木屑中的一种或多种；其中，所述木质素纤维的长度优选为≤6mm，具体可为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm或6mm；所述煤粉的粒径优选为20～40μm，具体可为20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm、30μm、31μm、32μm、33μm、34μm、35μm、36μm、37μm、38μm、39μm或40μm；所述木屑优选为松木屑和/或杉木屑；所述木屑的粒径优选为2～6mm，具体可为2mm、2.3mm、2.5mm、2.7mm、3mm、3.2mm、3.5mm、3.7mm、4mm、4.2mm、4.5mm、4.7mm、5mm、5.2mm、5.5mm、5.7mm或6mm。在本发明中，所述原料物b更优选为木质素纤维和木屑，所述木质素纤维和木屑的质量比优选为(1～5)：2，具体可为1:2、1.5:2、2:2、2.5:2、3:2、3.5:2、4:2、4.5:2或5:2。

9、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，所述原料物b的用量为原料物a质量的0.2～1wt％，具体可为0.2wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％、0.5wt％、0.55wt％、0.6wt％、0.65wt％、0.7wt％、0.75wt％、0.8wt％、0.85wt％、0.9wt％、0.95wt％或1wt％。

10、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，所述混合熔融优选在设置有流口体的熔融设备中进行；所述熔融设备的内腔温度优选控制在1700～1900℃，具体可为1700℃、1710℃、1720℃、1730℃、1740℃、1750℃、1760℃、1770℃、1780℃、1790℃、1800℃、1810℃、1820℃、1830℃、1840℃、1850℃、1860℃、1870℃、1880℃、1890℃或1900℃；所述流口体的出料温度优选控制在1680～1720℃，具体可为1680℃、1685℃、1690℃、1695℃、1700℃、1705℃、1710℃、1715℃或1720℃；所述流口体处的熔体流出流量优选控制在530～750kg/h，具体可为530kg/h、540kg/h、550kg/h、560kg/h、570kg/h、580kg/h、590kg/h、600kg/h、610kg/h、620kg/h、630kg/h、640kg/h、650kg/h、660kg/h、670kg/h、680kg/h、690kg/h、700kg/h、710kg/h、720kg/h、730kg/h、740kg/h或750kg/h。

11、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，所述成纤的温度优选控制在1600～1630℃，具体可为1600℃、1605℃、1606℃、1610℃、1615℃、1620℃、1624℃、1625℃或1630℃；所述成纤过程中的温度波动范围优选为≤2％，具体可为0.5％、0.75％、1％、1.11％、1.23％、1.5％、1.75％或2％；所述成纤的距离优选为1000～1500mm，具体可为1000mm、1050mm、1100mm、1150mm、1200mm、1250mm、1300mm、1350mm、1400mm、1450mm或1500mm；所述成纤在甩丝辊中进行；所述甩丝辊的线速度优选控制在120～180m/s，具体可为120m/s、125m/s、130m/s、135m/s、140m/s、145m/s、150m/s、155m/s、160m/s、165m/s、170m/s、175m/s或180m/s。

12、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，所述可溶性陶瓷纤维的直径优选为3～4μm，具体可为3μm、3.1μm、3.2μm、3.3μm、3.4μm、3.5μm、3.6μm、3.7μm、3.8μm、3.9μm或4μm。

13、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，所述可溶性陶瓷纤维中平均粒径＜45μm的非纤维物质的含量优选≤5wt％，具体可为4wt％或5wt％；所述可溶性陶瓷纤维中平均粒径≥45μm的非纤维物质的含量优选≤35wt％，具体可为25wt％或28wt％。

14、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，所述可溶性陶瓷纤维的导热系数优选为0.085～0.12w/m.k，具体可为0.085w/m.k、0.089w/m.k、0.09w/m.k、0.092w/m.k、0.095w/m.k、0.1w/m.k、0.105w/m.k、0.11w/m.k、0.115w/m.k或0.12w/m.k。

15、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维中，所述可溶性陶瓷纤维的1300℃×24h的线收缩优选为1～2.5％，具体可为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％或2.5％。

16、本发明还提供的一种上述技术方案所述的可溶性陶瓷纤维的制备方法，包括以下步骤：

17、a)将原料物a和原料物b混合熔融，得到熔体；

18、b)将所述熔体成纤，得到可溶性陶瓷纤维。

19、在本发明提供的制备方法中，步骤a)中，所述原料物a和原料物b的具体成分选择、用量配比在上文中已经介绍，再次不再赘述。

20、在本发明提供的制备方法中，步骤a)中，所述混合熔融优选在设置有流口体的熔融设备中进行；熔融设备运行时，所述熔体从流口体连续流出。其中，如图1所示，所述流口体1处优选设置用于通电的外接电路2，进行通电后的流口体与流经的熔体3导通，形成电路闭环，此时，通过控制通电电流的大小，即可调控流口体下沿4处的熔体温度，即流口体3的出料温度。

21、在本发明提供的制备方法中，步骤a)中，所述熔融设备的内腔温度优选控制在1700～1900℃，具体可为1700℃、1710℃、1720℃、1730℃、1740℃、1750℃、1760℃、1770℃、1780℃、1790℃、1800℃、1810℃、1820℃、1830℃、1840℃、1850℃、1860℃、1870℃、1880℃、1890℃或1900℃；所述流口体的出料温度优选控制在1680～1720℃，具体可为1680℃、1685℃、1690℃、1695℃、1700℃、1705℃、1710℃、1715℃或1720℃；所述流口体处的熔体流出流量优选控制在530～750kg/h，具体可为530kg/h、540kg/h、550kg/h、560kg/h、570kg/h、580kg/h、590kg/h、600kg/h、610kg/h、620kg/h、630kg/h、640kg/h、650kg/h、660kg/h、670kg/h、680kg/h、690kg/h、700kg/h、710kg/h、720kg/h、730kg/h、740kg/h或750kg/h。

22、在本发明提供的制备方法中，步骤b)中，所述成纤的温度优选控制在1600～1630℃，具体可为1600℃、1605℃、1606℃、1610℃、1615℃、1620℃、1624℃、1625℃或1630℃；所述成纤过程中的温度波动范围优选为≤2％，具体可为0.5％、0.75％、1％、1.11％、1.23％、1.5％、1.75％或2％；所述成纤的距离优选为1000～1500mm具体可为1000mm、1050mm、1100mm、1150mm、1200mm、1250mm、1300mm、1350mm、1400mm、1450mm或1500mm；所述成纤在甩丝辊中进行；所述甩丝辊的线速度优选控制在120～180m/s，具体可为120m/s、125m/s、130m/s、135m/s、140m/s、145m/s、150m/s、155m/s、160m/s、165m/s、170m/s、175m/s或180m/s。

23、本发明还提供了一种可溶性陶瓷纤维制品，由上述技术方案所述的可溶性陶瓷纤维或上述技术方案所述的制备方法制得的可溶性陶瓷纤维进行针刺后制成。其中，所述针刺的密度优选为6～20针/cm2，具体可为6针/cm2、7针/cm2、8针/cm2、9针/cm2、10针/cm2、11针/cm2、12针/cm2、13针/cm2、14针/cm2、15针/cm2、16针/cm2、17针/cm2、18针/cm2、19针/cm2或20针/cm2；所述可溶性陶瓷纤维制品具体可为可溶性陶瓷纤维毯。

24、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维制品中，所述可溶性陶瓷纤维制品的纤维直径优选为3～4μm，具体可为3μm、3.1μm、3.2μm、3.3μm、3.4μm、3.5μm、3.6μm、3.7μm、3.8μm、3.9μm或4μm。

25、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维制品中，所述可溶性陶瓷纤维制品中平均粒径＜45μm的非纤维物质的含量优选≤5wt％，具体可为4wt％或5wt％；所述可溶性陶瓷纤维制品中平均粒径≥45μm的非纤维物质的含量优选≤35wt％，具体可为25wt％或28wt％。

26、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维制品中，所述可溶性陶瓷纤维制品的导热系数优选为0.085～0.12w/m.k，具体可为0.085w/m.k、0.089w/m.k、0.09w/m.k、0.092w/m.k、0.095w/m.k、0.1w/m.k、0.105w/m.k、0.11w/m.k、0.115w/m.k或0.12w/m.k。

27、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维制品中，所述可溶性陶瓷纤维制品的1300℃×24h的线收缩优选为1～2.5％，具体可为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％或2.5％。

28、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维制品中，所述可溶性陶瓷纤维制品的抗拉强度优选为40～100kpa，具体可为40kpa、45kpa、50kpa、55kpa、60kpa、65kpa、70kpa、75kpa、79kpa、80kpa、85kpa、90kpa、95kpa或100kpa。

29、在本发明提供的可溶性陶瓷纤维制品中，所述可溶性陶瓷纤维制品的溶解度优选为200～240mg/l，具体可为200mg/l、205mg/l、210mg/l、215mg/l、216mg/l、218mg/l、220mg/l、225mg/l、230mg/l、235mg/l或240mg/l。

30、与现有技术相比，本发明通过在可溶性陶瓷纤维的制备原料中引入原料物b，其在燃烧瞬间可以促进原料物a中的物料熔融，同时原料物b燃烧后残留的c元素还可增加纤维的挠曲强度以及柔韧性，在此基础上再针对性的对原料物a的成分组成进行优化设计，最终使熔融后的熔体具有了更好的成纤性能和理化性能。此外，在本发明提供的优选技术方案中，对混合熔融所用熔融设备的流口体加装了外接电路，通电后的流口体可与熔体导通形成电路闭环，从而可通过控制流口体的电流大小调控熔体的流出温度，进而降低熔体在流出过程中的温度波动，避免由于熔体在流出过程中因温度降低导致的粘度变大、成线性变差、粉尘含量增加等问题的发生。本发明提供的可溶性陶瓷纤维中的非纤维物质含量低，导热系数低，高温线收缩低，可达到较低的纤维直径，生产工艺简单，具有良好的市场前景。对本发明可溶性陶瓷纤维针刺成毯后制品进行检测，结果表明：针刺毯中平均粒径＜45μm的粉尘含量＜5wt％、平均粒径≥45μm的颗粒和渣球含量＜35wt％，纤维毯中纤维直径3～4μm，抗拉强度40～100kpa，导热系数0.085～0.12w/m.k，在1300℃×24h的线收缩1～2.5％。