管和纤维材料在涂覆耐热涂层制品中的应用

管和纤维材料在涂覆耐热涂层制品中的应用

1涂覆加工过程在许多耐寒纤维产品中，涂层纤维纳米产品的设计得到了广泛应用。涂覆耐热无机材料的玻璃纤维制品与未涂覆的制品相比,耐热性能大大提高,具有耐高温、隔火阻燃等优越性能。涂覆蛭石玻璃纤维制品作为涂覆耐热涂层制品中的一员,近20年来得到迅速的发展。这种涂覆玻璃纤维制品具有优良的隔热阻燃性能。与耐高温纤维制品如陶瓷纤维制品、高硅氧玻璃纤维制品相比,这种涂层制品制作工艺相对简单,价格便宜,因此倍受人们的关注,应用领域得到日益扩大。在国外,涂覆蛭石的耐热玻璃纤维制品如今品种繁多,日趋成熟,如美国奥伯恩公司的商品名为VEXTRA的系列制品。这些耐热玻璃纤维制品广泛用于焊接防护、窑炉挡帘、管道包扎、膨胀节、隔热屏、机器保护、排气支管包扎等方面。2涂层材料的确定当前,涂覆蛭石玻璃纤维制品主要由无碱玻璃纤维及蛭石组成,其中玻璃纤维为基材,蛭石为涂层材料。生产工艺先将蛭石悬浮液均匀涂覆于玻璃纤维制品上,然后再经后道工序烘干,蛭石沉降在玻璃纤维制品上,从而制得不同厚度、不同规格的涂覆蛭石玻璃纤维制品。2.1无碱纤维制品在各种不同的玻璃纤维中,通常采用无碱玻璃纤维作为涂覆蛭石玻璃纤维制品的基材。与有碱玻璃纤维相比,无碱玻璃纤维具有较高的耐温性能,此外无碱玻璃纤维还具有较好的耐水性能,这在涂覆烘干生产过程中能减小来自水溶性蛭石悬浮液的腐蚀,降低强度损失。与高强度玻璃纤维、玄武岩纤维相比,无碱玻璃纤维来源广泛,生产工艺十分成熟,价格便宜。所以国外一般选用无碱玻璃纤维制品作为涂覆蛭石玻璃纤维制品的基材。在不同的玻璃纤维制品中,通常选用有纺织物作为这种涂层制品的基材。与非织造织物相比,有纺织物的织物结构整齐严密,整体强度大,有利于涂层材料均匀涂覆,提高涂覆质量。涂覆蛭石玻璃纤维制品一般多选用平纹膨体纱织物,织物制品可以是布、带、绳、管等多种形式。2.2新型跨界面生物石的化学组成和成分组成蛭石作为一种片状硅酸盐矿物,能耐1250℃高温,导热系数低,具有优良的耐热绝热性能。蛭石可由多种自然作用如黑云母的热蚀变、热液风化等生成,这种不同的自然条件作用导致蛭石的化学成份不同,所以至今为止,虽然有关蛭石的化学成份和结构的研究有不少,但还不能精确地表述它的化学式和成分组成,总体上可由下式表示:(H20)-(Mg,Ca,K)-(AI,Fe,Mg)-(Si,Al,Fe)4O10(OH)2。一般来说,蛭石的化学组成为:SiO2:37%～42%、AI2O3:9%～17%、Fe2O3:5%～18%、MgO:11%～23%、H2O:5%～11%,Ca、Na、K含量不定。国外发达国家通过特殊的制作工艺将蛭石制成胶体悬浮液,然后涂覆于玻璃纤维制品上,干燥后的蛭石大大提高玻璃纤维制品的耐热绝热性能。美国格雷斯公司将蛭石进行化学膨化,生产商品名为Microlite的蛭石悬浮液系列产品,这种悬浮液是胶体悬浮液,长期静置不分层,稳定性好。在英国,FIRESPRAY国际公司将蛭石研磨成超细粉体后,与合成树脂混合生产商品名为Aqua-Lite的蛭石悬浮液。表1列出美国TMO公司的涂覆蛭石玻璃纤维制品的化学组成。3应用于吉米娜的发明和发明3.1热处理时纤维的性能众所周知,玻璃纤维具有较高的软化温度,达550～750℃,因此短期耐热温度较高。俄罗斯学者A.φ.扎克曾经研究过长时间热处理玻璃纤维对强度的影响,发现当处理温度高于200℃以上时,纤维的强度开始显著下降。玻璃纤维制品布、纱在热处理时强度损失比单根纤维大,但变化规律相似。这表明玻璃纤维制品具有较高的短期使用温度,但长期使用温度相对较低。一般认为玻璃纤维的长期使用温度不大于400℃。尽管玻璃纤维制品具有较高的耐热温度,但是当明火喷烧(温度为750～1100℃)其表面时,受热部位迅速熔化烧穿。此外玻璃纤维制品的阻火性能较差,火焰通常较容易穿透织物。所以一般玻璃纤维织物若不进行表层涂覆处理,就不适合于400℃以上的场合长期使用,也不适合于用作隔火阻燃材料。3.2涂覆加工过程中的热辐射和阻燃涂覆蛭石玻璃纤维制品其表面被覆有一层蛭石膜,这层膜就象铠甲一样保护玻璃纤维。当明火喷烧(温度为750℃～1300℃)在涂覆蛭石玻璃纤维制品上时,火焰被蛭石膜阻挡,同时蛭石膜吸收火焰辐射出来的热,使玻璃纤维免受火焰直接加热作用,从而延长玻璃纤维涂层制品的耐热时间,提高耐温性能。此时,在玻璃纤维受热点的背侧,由于火焰不能直接穿透涂覆布,热辐射又被蛭石膜和玻璃纤维有效吸收,使得背侧点温度较受热点温度大幅度降低。这样,涂覆蛭石玻璃纤维制品表现出优越的隔热阻燃性能。相反没有涂覆蛭石的无碱玻璃纤维布,当火焰喷烧到布面时,火焰直接穿透玻璃布,致使玻璃纤维完全暴露于高温的火焰下,受热部位迅速烧穿。涂覆蛭石膜越厚,阻挡火焰效果越好,隔热阻燃性能随之提高。图2为用2000°F丙烷火焰喷烧涂覆12%蛭石的玻璃纤维毯耐火性能测试结果图,本图表明涂覆蛭石膜的玻璃纤维制品具有优良的耐火隔热性能。通常,涂覆蛭石玻璃纤维制品与未涂覆的制品相比,耐热性能提高50%,具有热传导率低、不燃烧、强度重量比高、受热后收缩和膨胀率小、化学稳定性好、高温下具有较好的柔软性等特点,尤其适合于隔离火焰的高温场合示使用。美国奥伯恩公司的VEXTRA系列制品,连续使用温度为538℃,短期使用温度为815℃。这种涂覆蛭石的玻璃纤维在815℃下长期加热,虽然大部分强度受损失,但不收缩,不变形,不产生挥发物。TMO公司的涂覆蛭石玻璃纤维制品,连续使用温度为538℃,短期使用温度为760℃;英国卫安公司的蛭石涂层制品能耐1100℃的丙烷火焰达60min之久。4品种及制品形式当前,美国生产涂覆蛭石玻璃纤维制品的厂家有十多家,品种数百种,以TMO、奥伯恩两家公司品种最多。制品形式主要有以下几大类别:涂覆睡石玻璃纤维布;涂覆蛭石玻璃纤维毯或窗帘;涂覆睡石玻璃纤维带;涂覆蛭石玻璃纤维绳;涂覆蛭石玻璃纤维套管及管材包装材料。国外规模化生产蛭石涂层布、带的工艺一般有以下两种。4.1面涂覆方法及涂层布的制备刮胶法涂覆生产示意图如图3表示,生产流程可以用下图表示。刮胶法涂覆工艺采取单面涂覆方法,坯布经过涂覆设备辊子施加一定的张力后,平整地通过刮胶器,刮胶器将蛭石悬浮液均匀涂覆于坯布上,经过加热烘干区烘干,制得涂层布。本方法一般要求悬浮液粘度大些好,若粘度太小,则刮胶器涂覆作用不明显,适用于涂覆较厚的涂层布。4.2社会石悬浮液压张力,通过压压机构造出涂层布浸渍法涂覆生产示意图如图4表示,生产流程可以用下图表示。浸渍法涂覆工艺采取双面涂覆方法,坯布经过涂覆设备辊子施加一定的张力后,首先通过浸胶辊,完全浸没于悬浮液中,然后经过刮浆辊,刮浆辊将蛭石悬浮液均匀涂覆于坯布上,经过加热烘干区烘干,制得涂层布。本方法一般要求悬浮液粘度小些好,若粘度太大,则刮浆器涂覆作用不理想,涂覆不均匀,适用于涂覆较薄的涂层布。浸胶辊、刮浆辊能将悬浮液挤入坯布中,改善涂覆效果。5混成型混织制品涂覆蛭石的玻璃纤维制品由于具有较好的耐高温性能、优良的隔热阻燃性能,因此被用作高硅氧纤维制品、石英纤维制品、陶瓷纤维制品的经济代用材料。涂覆蛭石玻璃纤维制品具有多种形式,如蛭石布、带、绳、盘根、毯、帘、管等,此外还可与金属丝混编成混织制品。在美国,如今这些制品已广泛用于焊接防护、窑炉挡火帘、隔热屏、膨胀节、管道包扎、机器保护、热端补偿、热端密封、排气支管包扎等耐火绝热、防火防护领域。如奥伯恩公司制品广泛用于焊接防护、熔炉窗帘、管道包扎/绝缘、膨胀节、火焰隔离等领域。TMO公司生产的涂覆蛭石玻璃纤维制品带较未涂覆的玻璃纤维制品具有更高的热稳定性能、耐明火性能、耐磨性能,此外产品表层涂覆的蛭石膜还有密封气体、液体的功能,因此这种玻璃纤维带广泛用于烘箱门的密封、电绝缘材料、电缆保护、管道包扎、管道缠绕、高温密封垫等场合。美国METRO工业公司生产型号为MM64PG的涂覆蛭石玻璃纤维织物,该产品为纯无机涂层织物,适用于焊接等高温场所热防护、锅炉管道包扎、锅炉检修炉门的密封、烘箱炉门密封等等。6质构及4个月静置不分层的有机硅胶悬浮液层压合成布的应用涂覆蛭石的玻璃纤维制品具有较好的耐热性能。与涂覆有机硅涂层制品相比,具有更高的耐温性能,与高硅氧纤维、陶瓷纤维制品相比,又有价格低廉的优势,因此在发达国家得到日益不断的发展,应用领域也得到日益增大,前景十分看好。在我国涂覆蛭石的玻璃纤维制品还处于落后阶段,生产品种单一,质量不高。近年来,我国有几家厂家在生产涂覆蛭石玻璃纤维制品,他们通过物理机械方法将蛭石粉磨到一定的细度后,加入少量合成树脂,混合制成蛭石悬浮液,这种悬浮液不稳定,静置后易分层,在涂覆前需再次搅均,然后才能使用。这种悬浮液中的蛭石呈颗粒状或近似球型颗粒,涂覆于玻璃纤维后,成膜性较差,因而对玻璃纤维织物不能充分地形成有效保护。此外由于使用了合成树脂作为成膜剂,因此一定程度上影响这种涂层制品的耐温性能。近年我国个别科研院所开始了涂覆蛭石玻璃纤维耐热制品的研究,已取得了阶段性成果。通过化学方法对蛭石充分膨化,研磨筛分,制得了性能稳定的(6个月静置不分层)水溶性纯蛭石胶体悬浮液,这种悬浮液中的蛭石呈鲮片状,表面带静电,具有100以上的径厚比。将其涂覆于无碱玻璃纤维布上后,成膜性好,附着强度较大,柔软,能显著地提高玻璃纤维制品的隔热耐火性能。将这种胶体悬浮液以不同厚度对无碱玻璃纤维布进行涂覆,烘干后进行耐火测试。表2为1100℃乙炔火焰水平喷烧不同厚度布的耐火性能测试结果,可以