耐火纖維的制取工藝和生產制造方法

耐火纖維的分類

耐火纖維現已廣泛應用于各行各業(yè)，根據使用要求的不同，產品的物理和化學性能及安裝方法也千差萬別。其產品分類如下：按材質可分為標準型(1260型)、含鋯型(1425型)、含鉻型(1425型)、和多晶氧化鋁型(1600型)。按形態(tài)可分為纖維棉、纖維毯、纖維板、纖維氈、纖維折疊塊、組件及纖維紙、繩、布等。

目前，電阻法噴吹成纖、干法針刺制毯和電阻法甩絲成纖、干法針刺制毯仍為國際上耐火纖維生產的兩種典型的工藝技術。由于耐火纖維的應用范圍越來越擴大，以及隨著高新技術的發(fā)展，要求耐火纖維產品向功能性方向發(fā)展，以滿足特定領域內所需的專用功能性產品，如使產品具有優(yōu)良的耐高溫性能、機械力學性能、柔韌性能和可紡性能等。

耐火纖維制造方法

在制造方法方面，熔融法與化學法(膠體法)同時并存且同步發(fā)展，以適應不同品種的用途的需要。

(1)熔融法，常用于生產非晶質(玻璃態(tài))纖維(小斷面積，短纖維的生產)，其技術含量低，生產成本低，產品的應用量大面廣，主要用于工業(yè)窯爐、加熱裝置耐火、隔熱應用領域中的基礎材料。

(2)化學法，用于生產多晶質纖維，該法技術含量高，生產成本也高，附加值高，但產品仍較少。主要用于1300℃以上高溫工業(yè)窯爐的耐火隔熱及航天、航空、核能等技術領域增強體材料。

玻璃態(tài)耐火纖維成纖工藝方法就是采用高溫熔融噴吹和離心甩絲法。連續(xù)纖維和多晶質耐火纖維其制取方法及工藝比較多，目前各種新的制作方法及工藝仍在試驗中，已應用的工藝方法有：

(1)拉絲法(獲取連續(xù)纖維)，將熔體或紡絲溶膠放入白金或其他材質的坩堝內，利用加熱或其他方法，使它具有拉絲時所需的黏度。該液料從坩堝漏板上的小孔中拉出，再經高速拉伸即可獲得所需直徑的纖維。通過調整黏度、漏板孔的直徑和拉絲速度可獲得不同直徑的纖維。

(2)擠壓一拉絲法(獲取連續(xù)纖維)。將紡絲溶膠放入坩堝內，并施加一定的壓力，使溶膠擠過漏板上的小孔，再經高速拉伸可獲所需直徑的纖維。該法適合制備各種連續(xù)耐火纖維的前驅體纖維。

(3)噴吹法(獲取短纖維)。將垂直流下的熔體流股，用從水平或成一定角度的噴嘴中，噴射出高速氣流或過熱蒸汽流，使熔體分裂，牽伸成纖維的工藝方法。一般用于熔點不高的耐火纖維或溶膠制耐火纖維前驅體的制造中。適合制造各種短纖維。

(4)離心甩絲法(獲取短纖維)，亦稱為多輥離心法。采用3根或4根不同轉速和直徑的高速旋轉輥，借其產生離心力，將落在輥外緣的熔體或溶膠逐級分離、加速甩成纖維。適合于制備短纖維。

1)有機纖維浸漬法。該方法是前驅體法制陶瓷纖維的方法之一。以有機纖維(人工合成或天然有機纖維)作為前驅體，將它放在稀鹽酸或乙二胺等溶液中浸泡、膨脹，使有機纖維的非晶態(tài)區(qū)域膨脹，再置于金屬鹽的水溶液中，使它進人非晶態(tài)的空穴中，經特定條件處理后，鹽類分解為氧化物而獲得穩(wěn)定的耐火纖維的工藝方法。

2)無機鹽法是前驅體法制陶瓷纖維的方法之一。將無機鹽與有機聚合物混合，調配至合適黏度后，再用拉絲或噴吹工藝制成前驅體纖維，在一定的工藝條件下熱處理即可制成耐火纖維。

3)無機聚合物前驅體法。聚合物前軀體法是由聚硼氮烷熔融紡絲制成纖維后.進行交聯。生產不熔化的纖維，再經裂解制成纖維。

4)泥漿溶液法。前驅體法制陶瓷纖維的方法之一。將陶瓷組分的細顆粒，加入所需的化合物溶液中，制成泥漿，經干法拉絲，熱處理后成為陶瓷纖維。

5)化學轉化法。制備陶瓷纖維的方法之一。以熔點較低的組分(如玻璃等)，經熔化、拉絲后，再通過物理化學方法處理，使它轉化成具有高溫特性的耐火纖維。目前有兩種方法：浸析法和化學反應法。

①浸析法。制備陶瓷纖維的方法之一。將低熔點玻璃熔化、拉絲成纖后，通過化學浸漬方法，使低溫玻纖的化學成分發(fā)生變化，即溶出低熔組分保留所需的成分，便可成為具有高熔點性能的耐火纖維，如石英纖維的制備。

②化學反應法。制備陶瓷纖維的方法之一。用低熔點玻璃，經熔化拉絲成纖后，與一定成分的氣相或液相反應而轉化為高熔點的耐火纖維，如BN纖維的制備。

耐火纖維制取工藝

化學氣相反應(CVR)法是以B2O3為原料，經熔紡制成B2O3纖維，再置于較低的溫度和氨氣中加熱，使B2O3與氨氣反應生成硼氨中間化合物，再將這種晶型不穩(wěn)定的纖維在張力下，進一步在氨氣或氨與氮的混合氣體中加熱至1800℃，使之轉化成BN纖維，其強度可高達2.1GPa，模量可達345GPa。

化學氣相沉積(CVD)法系由鎢芯硼纖維氮化而成。制造時，先將硼纖維加熱至560℃進行氧化，再將氧化纖維置于氨中加熱至10001400℃，反應約6 h后即可制得BN纖維。

Si3N4纖維有兩種制法：一是以氯硅烷和六甲基二硅氮烷為起始原料，先合成穩(wěn)定的氫化聚硅氦烷。經熔融紡絲制成纖維，再經不熔化和燒制而得到Si3N4纖維;二是以吡啶和二氧化硅烷為原料，在惰性氣體保護下反應生成白色的固體加成物，再置于氮氣中進行氨分解得到全氫聚硅氮烷，再置于烴類有機溶劑中深解配置成紡絲溶液，經干法紡絲制成纖維，然后在惰性氣體或氨氣中于1100～1200℃溫度下進行熱處理而得氮化硅纖維。

SiBN3C纖維也是采用聚合物前軀體法生產的，是一種的耐火纖維，起始原料為聚硅氨烷，經熔融紡絲、交聯、不熔化和裂解后制得纖維。

SiO2纖維是通過與制備高硅氧玻璃纖維相同的工藝制得的，先制成玻璃料塊，再進行二次熔化，采用鉑金坩堝拉絲爐進行熔融紡絲，溫度約1150℃，得到紆維或進一步加工成織物等成品后用熱鹽酸處理，除掉B2O3HNa2O成分，再進行燒結使纖維中SiO2的質量分數達到95%～。另外，還有以SiO2為原料，配制成高黏度的溶膠后進行紡絲，制得前軀體纖維后，再加熱至1000℃，便可制得純度為99.999%的石英纖維。此外，還可用石英棒或管用氫氧焰熔融拉成粗纖維，然后再以恒定速度通過氫氧焰或煤氣火焰高速拉成直徑為4～10μm的連續(xù)長纖維，SiO2含量為99%。

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