[发明专利]一种镁硅陶瓷纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷纤维技术领域。具体涉及一种镁硅陶瓷纤维及其制备方法。

背景技术

传统硅酸铝陶瓷纤维在生产、使用及用后拆卸过程中产生的细小粉尘颗粒，被人体吸入呼吸系统后，很难被人体体液所降解，将诱发呼吸系统炎症，甚至癌变。对失去使用性能的废硅酸铝纤维，通常采用填埋等方法处理，由于其化学性能稳定，很难被降解，同样会对环境造成污染。因此，国际癌症研究协会将硅酸铝陶瓷纤维划为可能致癌物分类。国内外研究者相继研究开发了可溶陶瓷纤维的系列产品，如镁硅陶瓷纤维。镁硅陶瓷纤维通常是原料经过高温熔融后，采用喷吹或甩丝的方式制备纤维；纤维组成中较高含量氧化镁的存在，使得其在人体体液中具有较高的生物降解速率；该类纤维组成中较高含量二氧化硅和氧化镁的存在，使得纤维具有较高的使用温度。但是，当前镁硅陶瓷纤维的制备和性能仍存在一些不足。比如，受组成特性限制，原料的熔化温度范围较高、高温熔体粘度大，而且成纤过程中粘度变化速率不易控制，因而成纤操作过程的难度较大；纤维在高温使用过程中，易发生析晶、粉化，进而导致纤维使用寿命降低等。

另外，天然大理石在加工过程中产生了大量的废料：石材边角料和石粉。目前，石材边角料已得到充分的再利用，但对于石粉还没有较好的处理方法，只能将其堆积起来。简单的堆积处理，不但造成土地和资源的浪费，而且会污染水源和当地的空气质量。因此，正确处理和利用这些石粉废料，进行资源化合理开发，具有非常重要的意义。

目前生产中为了解决镁硅陶瓷纤维成纤操作难度大的问题，通常在组成中引入氧化锆、氧化钛或稀土金属氧化物，但随之带来的是纤维其他性能的降低，如纤维直径过大或过小、机械强度降低、高温线收缩增大、生物降解速率降低等。

总之，目前在镁硅陶瓷纤维的制备技术中仍存在一定的不足：生产成本较高、原料熔化温度较高、成纤过程操作难度较大和纤维使用性能有待提高等。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种生产成本低、熔化温度较低和成纤过程易于操作的镁硅陶瓷纤维的制备方法。用该方法制备的镁硅陶瓷纤维的使用温度较高和生物降解速率大。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

先以1~10wt%的废弃大理石石粉、15~40wt%的镁橄榄石粉、2~8wt%的钠长石粉或钾长石粉、40~70wt%的石英砂粉和1~3wt%的工业三聚磷酸钠为原料混合，压制成坯体，在1000~1300℃条件下热处理60~90min；

再将热处理后的物料破碎，粉磨至120目，外加所述原料1~5wt%的工业氯化镁和0.5~3wt%的工业淀粉，混合均匀；

然后将混合均匀的物料置于电阻炉中，升温至1500~1700℃，熔融后直接甩丝，得到陶瓷纤维；

最后将陶瓷纤维在600~900℃条件下热处理1~4小时，即得镁硅陶瓷纤维。

在上述技术方案中：

废弃大理石石粉的粒度为80~120目，其中CaCO₃含量大于50wt%；

镁橄榄石粉的粒度为40~120目；其主要化学成分是：SiO₂为25~35wt%，MgO为50~65wt%，CaO为0.5~2wt%，Fe₂O₃小于8wt%；

石英砂粉的粒度为40~120目；其主要化学成分是：SiO₂为90~99wt%，Fe₂O₃小于0.05wt%；

钠长石粉的粒度为40~120目；其主要化学成分是：SiO₂为63~70wt%，Al₂O₃为16~25wt%，Na₂O为9~15wt%；

钾长石粉的粒度为40~120目；其主要化学成分是：SiO₂为64~69wt%，Al₂O₃为16~23wt%，K₂O为9~18wt%；

工业三聚磷酸钠的粒度为80~120目；其中Na₅P₃O₁₀含量大于90wt%；

工业氯化镁的粒度为80~120目；其中MgCl₂含量大于40wt%；

压制的压力为35~45MPa。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：