一種快速生物相溶性耐火纖維的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于耐火材料技術領域，具體設及一種快速生物相溶性耐火纖維及其制備 工藝。
【背景技術】
[0002] 傳統的侶娃系纖維在生產和應用時較易進入人體，進入人體的纖維很難溶解，可 能導致人體內的細胞病變。所W，我們需要研究何種纖維容易被人體吸入W及吸入的纖維 能否快速被人體降解。
[0003] 纖維吸進肺部的難易程度與空氣中纖維的濃度W及纖維的幾何尺寸有關，高濃度 的纖維粉塵導致進入人體的概率就越大，進而纖維在人體肺部病變的概率就越大；各大研 究機構的許多學者研究表明：纖維能否被人體吸入取決于纖維的長徑比W及纖維的直徑有 關，長徑比和直徑越小，纖維越容易進入人體。纖維在人體內存在的時間長短由纖維的化 學穩定性決定，化學穩定性越好，纖維越不容易降解，而纖維的化學穩定性與纖維的化學組 分、表面形態和表面積有關。生物可溶性耐火纖維大部分由二氧化娃和其他金屬或者非金 屬氧化物組成的，纖維組成中添加一些堿±金屬氧化物、堿金屬氧化物W及氧化棚等可W 提高纖維的溶解性，而添加氧化侶時，纖維溶解性大幅度降低。纖維的表面越大，與肺液接 觸的面積越大，被肺液浸蝕的面積也越大，進而纖維在肺液中降解的速率也就越大，此外， 纖維在制備和應用過程中表面會產生微裂缺陷紋，缺陷在體液的沖蝕下會進一步被侵蝕， 加速纖維的溶解。
[0004] 傳統耐火纖維在制備和使用過程中容易被人體吸入，進而可能對人體的健康造成 影響，許多專家和學者為了解決運個問題，他們不斷探求新的材料，生物可溶性耐火纖維就 在運個時候應運而生了。20世紀九十年代W來，隨著人們對健康，環保的日益重視，可溶性 耐火纖維的研制在全世界范圍內展開，生物可溶性陶瓷纖維的發展很迅速，當前市場上的 可溶性纖維的主要成分為化0-Mg0-Si02系、化0-Si02系、Mg0-Si02系等。
[0005] 在探索生物可溶性陶瓷纖維的過程中，很多國家在可溶性陶瓷纖維組成方面都申 請了自己的專利，我國在運方面的研究還很少。
[0006] 有中國專利2012105683496公開過一種750度生態可溶性環保耐火纖維，其沒有 析晶現象，但是耐高溫性能有限，而且在實踐中發現，放置半年后會開始發生老化，耐高溫 性能進一步下降。
[0007] 本發明旨在提供一種快速生物相溶性耐火纖維及其制備工藝，其在模擬肺葉中溶 解性很好，耐火性能更強，并且沒有析晶現象，運樣的生物相溶性耐火纖維具有重大的突破 和意義。
【發明內容】
[0008] 本發明針對現有技術中的缺點，提供一種快速生物相溶性耐火纖維及其制備工 藝，其在模擬肺葉中溶解性很好，耐火性能更強，并且沒有析晶現象。
[0009] 本發明的目的可W通過W下技術方案實現： 一種快速生物相溶性耐火纖維的生產工藝： (1) 配備原料： W娃灰石、石英砂、滑石、焦寶石作為主原料，控制質量分數，其中Si〇258 %，化0 28%，MgO8%，剩余4%為改性添加物質，將主原料和改性添加物質混合后； 所述改性添加物質的制備方法為： 按照重量份數，將下述原料稱取后娠磨混合均勻：將5-8份氧化鋒，五氧化二憐10-15 份，海藻糖8-15份，高分子甲殼素8-10份，膨脹石墨納米份1-1. 2份； (2) 制備耐火纖維： 將混合均勻的原料置于電阻爐中，先經300°C烙融，此時有部分原料開始融化，此時恒 溫保持攬拌30分鐘，然后升溫至1800°C烙融，此時配方中微量的膨脹石墨納米粉并不能完 全融化，但是在高溫體系下會分布得十分均勻，肉眼不可見； 烙融液通過甩絲方式，經集棉器集棉，制得需要厚度的纖維棉巧，然后經過針刺， 680-720°C熱處理，最后經過切割，打卷而成耐火纖維。
[0010] 本發明采用標準標準Gamble溶液模擬肺液進行生物相溶性的檢測。典型的 Gamble溶液的配方如下表所示：
在甩絲過程中，通常可溶性陶瓷纖維原料烙體有不同程度的析晶傾向，運種析晶傾向 稱之為析晶性能。在纖維的生產中，析晶是絕對不允許的，它將導致纖維的斷裂，強度降 低。為避免甩絲過程中陶瓷纖維產生析晶，成型溫度必須要高于原料的析晶溫度。測定析 晶上限溫度是決定成型溫度的關鍵。在可溶性陶瓷纖維的使用過程中，隨著時間和溫度的 增加，纖維出現析晶可能使纖維收縮和破壞。
[0011] 玻璃在它的平衡液相線溫度W下，相對于結晶相而言，處于介穩狀態，體系能量較 高，因此有向晶相轉變的趨勢。玻璃發生析晶轉變時，體系總能量的變化由玻璃相與晶相兩 相化學自由能之差AG,析出的晶相與玻璃相形成的界面能Uf和應變能UsS部分組成。在 玻璃的析晶轉變過程中，Uf+Us=AG,因此主要考慮體系化學自由能的變化。玻璃中形成 的晶核，其生長取決于玻璃相與晶相界面附近原子的躍遷過程。原子的振動頻率為V其從 玻璃相越過界面轉入晶相需要活化能E。
[0012] 原子從玻璃相越過界面轉入晶相的頻率為V1 =Vexp[-E/(RT)]式中，R為 氣體常數，T為熱力學溫度，V為原子振動頻率。由于原子的遷移而導致體系自由能下降 AG。對于反向過程，即原子從晶相轉入玻璃相需要越過勢壘（E+AG),躍遷頻率為V2 =V exp[ (E+AG) / (RT)]于是原子從玻璃相到晶相的凈躍遷頻率為VI-V2。設晶核表面生長 一層原子，相界面遷移距離為凡則晶核沿一維方向生長速率： U=A(vI-V2) =AVexp(-E/(RT) {1-exp[-AG/(RT) ]} (I) 令kO=V{1-exp[-AG/(RT) ]} (2) 則式（1)可寫成1]=^^[6邱(-6/巧1')]，6為玻璃析晶活化能。^一般被稱為頻率因 子，且被認為與溫度T無關，而實際上運只有在等溫條件下才嚴格成立。對于非等溫過程， 由式（2)可知，kO與T有關，用不同的方法求得的kO的值有時會相差一個數量級。只有在 一定的溫度范圍內，溫度的上升導致V增大與玻璃相和晶相的自由能差AG的減小相互抵 消一部分時才可W近似看作常數。
[0013] 在本發明的特殊工藝下，并沒有發生析晶現象。
[0014] 本發明人意外地發現，配制特定的配方，使用特定的生產工藝，可W制備出生物相 溶性好，耐火性能強，耐存放的生物相溶性耐火纖維。
[0015] 本發明的有益之處在于： (1)本發明的生物相溶性耐火纖維及其制備工藝，其沒有析晶現象。
[0016] (2)本發明制備得到的生物相溶性耐火纖維具有很好的耐存放性能。
[0017] (3)本發明制備得到的生物相溶性耐火纖維在肺液中可W快速溶解，并且耐高溫 性能良好。
【具體實施方式】 [001引 實施例1: 快速生物相溶性耐火纖維的生產工藝： (1) 配備原料： W娃灰石、石英砂、滑石、焦寶石作為主原料，控制質量分數，其中Si0258 %，化0 28%，MgO8%，剩余4%為改性添加物質，將主原料和改性添加物質混合后； 所述改性添加物質的制備方法為： 按照重量份數，將下述原料稱取后娠磨混合均勻：將5份氧化鋒，五氧化二憐15份，海 藻糖8份，高分子甲殼素10份，膨脹石墨納米份1份； (2) 制備耐火纖維： 將混合均勻的原料置于電阻爐中，先經300°C烙融，此時有部分原料開始融化，此時恒 溫保持攬拌30分鐘，然后升溫至1800°C烙融，此時配方中微量的膨脹石墨納米粉并不能完 全融化，但是在高溫體系下會分布得十分均勻，肉眼不可見； 烙融液通過甩絲方式，經集棉器集棉，制得需要厚度的纖維棉巧，然后經過針刺，68(TC熱處理，最后經過切割，打卷而成耐火纖維。
[001引無析晶現象發生。
[0020] 生產出來后立刻在Gamble溶液中檢測72小時的溶解性，檢測結果為： 可溶，其溶解速率常數為：580ng/cm2，h; 連續使用可耐高溫1400°C。
[0021] 40°C下加速存放半年后，其連續使用可耐高溫性能沒有發現降低。
[002引實施例2: 快速生物相溶性耐火纖維的生產工藝： (1) 配備原料： W娃灰石、石英砂、滑石、焦寶石作為主原料，控制質量分數，其中Si02 58 %，化0 28%，MgO8%，剩余4%為改性添加物質，將主原料和改性添加物質混合后； 所述改性添加物質的制備方法為： 按照重量份數，將下述原料稱取后娠磨混合均勻：將8份氧化鋒，五氧化二憐10