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矿物纤维

矿物纤维 [1] 是从纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维,主要组成物质为各种氧化物,如二氧化硅氧化铝、氧化镁等,其主要来源为各类石棉,如温石棉,青石棉等。在对矿物质纤维进行简单的概述的基础上,介绍了几种常见的矿物质纤维,如硅酸铝纤维、玻璃纤维、石膏纤维、碳纤维等。矿物纤维在造纸工业中的应用越来越广泛。它的一些优良性能能够使纸张具备植物纤维没有的功能。

矿物纤维是从纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维,主要组成物质为各种氧化物,如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等,其主要来源为各类石棉,如温石棉,青石棉等 [2]

SiO2:40-60-;Al2O3 :15-25-;Fe2O3:3-7-;

CaO+MgO: 25-30-; Na2O+K2O:3-6-。

具有良好的分散性,适合用各类混料机混拌。用本厂人造岩棉纤维所生产的制动衬片产品,磨削面无棉团颗粒,产品外观均匀一致,质感好。 在生产工艺中配有专用分离渣球的设备对渣球进行分离,渣球含量低;<3-,制成制动衬片后,制运噪音小 [1]

客货车用鼓式制动衬片:15----35-,

盘式制动衬片:8---25-

梨耙式混料机:610分钟

立轴式高速混料机(配有高速铰刀):46分钟

技术指标

1 纤维平均长度 1.0~3.5mm

2 纤维平均直径 3.0~8.0μ m

3 纤维分布 40# 30~40- 60# 40~60-

4 纤维烧矢量(根据客户需要调整) <1- (800℃/h)

5 渣球含量 <3-

6 纤维含水量 <1.5-

7 纤维容量 0.10~0.25g/cm3

8 石棉成份 0

施工前的准备

1、基层

基层应牢固、不开裂、不掉粉、不起砂、不空鼓、无剥离、无石灰爆裂点和无附着力不良的旧涂层、金属材料表面无锈蚀起皮等;基层应清洁,表面无灰尘、无浮浆、无油迹、无锈斑、无霉点、无盐类折出物和无青苔等杂物;喷涂前应对基层进行查验,合格后方可进行喷涂施工。安装各种管线的吊挂件位置尺寸经过验收达到设计和质量要求,预留管线口应进行标注 [3]

2、气候条件

施工环境温度和喷涂基层温度应不低于4℃,施工环境内的风力不大于3级的条件下才可正常施工。在不影响喷涂施工环境温度最低要求的前提下,施工现场应保持通风条件,以加快喷涂材料的干燥固化。

3、喷涂设备及材料
  纤维喷涂棉数包,喷涂胶粘剂数桶,疏理喷吹一体式专用喷棉机、高压胶泵、专用喷枪和电动搅拌器、厚度标尺、测厚针尺、放线工具、模具压板、水桶和液体量筒等、电源设备和喷涂施工脚手架。

喷涂施工

1、基层处理

用压缩空气或清水清理喷涂基面灰尘和污垢;检查吊挂件及预埋件是否牢靠,应将松动部件紧固,如原基面已经损坏或有严重裂缝,应先进行修补。对门窗及各种设备、管线和非喷涂部位用塑料薄膜进行防护遮挡,堵塞非喷涂部位及通风管线通孔。清理工作面的障碍物,保证喷涂手的顺畅移动空间及其安全性,保持最佳喷射距离和喷涂角度。

2、喷涂底涂层

胶粘剂调配,使用前,胶粘剂必须用洁净的水,严格按照质量比胶:水=10:1进行配比,不得随意加水稀释,使用约160升塑料桶混合,利用搅拌器充分搅拌以确保粘结剂和水完全均匀混合,如果使用量小于整桶,须搅拌均匀再按照用量量取。

调试纤维喷涂机,应严格按照设备操作说明调验喷涂主机风压、胶泵压力和给料装置,通过样板试喷、胶液流量和出棉量的测量,逐步调整风压范围和进料搅拌速度,直到纤维喷涂状态稳定,达到喷涂工艺的要求。保证胶粘剂保持雾化状态,喷枪嘴喷涂连续稳定。喷涂角度应确保在喷枪前20-30厘米距离处胶粘剂和纤维棉相遇。喷涂主机风压控制在20~30KPa,要保持稳定,喷涂胶粘剂泵的压力控制在1~2KPa,喷棉量宜为0.8/min~1.25/min,胶水混合液应保证与喷棉量保持一致,已达到良好的粘结效果。

按测量的分区放置厚度标尺,以每5面积设置一个,作为喷涂厚度参照,标尺高度应高于设计喷涂厚度的20-,保证整形后达到设计要求。

基层表面清洁后,即可用已配好的喷涂胶粘剂水溶液对基面预喷胶处理,胶量适当和均匀,不得露底、不流淌。

3、喷涂保温层

喷涂绝热层施工,调整好工作风压、给料装置,保证纤维进料均匀,搅拌速度为25~30r/min;调节好用水量和胶量比例,搅合均匀,随用随拌,一起喷到基面。喷枪距基面宜为400-600,保证连续均匀喷在基层上,喷涂角度60-75°不得露底,不得直喷,喷涂至标尺厚度再匀速移动喷枪,保证最低的喷涂回弹量。

4、表面整形

待喷涂绝热层表面干燥约半小时后,根据保温或吸声工程的不同要求,使用专用压板整形工具进行表面加工,将压板整平时,宜向下压至设计要求厚度,阴阳角处应整理齐整,保持直角状态。
  5、喷涂面涂层

在整形后的产品表面再次均匀喷涂胶粘剂面涂层,以增强表面强度。如设计要求表面着色,可在面涂层完工后喷涂色浆着色。喷涂后的施工现场应及时清理,将回弹料清除现场,并拆除喷涂防护围挡、脚手架等。

硅酸铝纤维又称“耐火纤维”和“陶瓷纤维”,是用高岭土或黏土等为原料经1 700 ℃以上高温煅烧而成,见图1。

目前硅酸铝纤维及其制品的生产方法有两种:一是电弧炉熔喷吹湿法生产工艺,二是电阻炉熔融喷吹干法生产工艺。我国生产硅酸铝纤维及其制品的主要方法是电弧炉熔喷吹湿法生产工艺,主要以生产毡、板制品为主。
  硅酸铝纤维可以与植物纤维配抄,李翠珍等 [4] 采用植物纤维提高陶瓷纤维纸强度的试验,通过添加不同木浆的含量,提高耐火纸张的强度。除此之外,硅酸铝纤维还可以代替部分造纸填料。逄锦江等将硅酸铝纤维作为填料在纸张中应用,并与轻质碳酸钙( PCC) 填料,探讨硅酸铝纤维作为填料的最佳加入量及与PCC混合后对纸张性能的影响。通过试验得出, 添加硅酸铝纤维后, 纸张的灰分和填料留着率都有不同程度的提高, 纸张的抗张强度、耐折度有所降低,撕裂指数基本上保持不变; 填料加入量控制在10-以内, 基本上能够达到强度要求; 且撕裂指数基本上保持不变; 纸张的白度、不透明度等光学性能有不同程度的提高。

玻璃纤维与天然生成的纤维素纤维不同之处在于其截面呈圆形,笔直且直径不变,能制得很微细,密度比纤维素纤维和大多数人造纤维高得多,可用的温度范围也大得多。玻璃纤维毫无天然纤维那样的润胀或帚化现象,以及不算太优异的耐化学性和非吸湿性, 因此玻璃纤维是一种良好的过滤材料。但是由于玻璃纤维成纸强度不好,所以,可以与其他强度好的植物纤维进行配抄来获得性能很好的过滤材料。罗果等 [5] 对玻璃纤维与植物纤维的配抄性能研究,试验发现:用25-的玻璃纤维和75-的剑麻纤维,打浆度为36 SR时进行配抄,其强度和松厚度能达到过滤材料的要求。

石膏微纤维又名纤维硫酸钙,也称石膏晶须。其化学性能稳定,水溶性低。它具有正交斜方晶系,有白色光泽,在特定条件下形成的纤维状结晶具有高强度和较大的长径比(约100∶1),长度数10至数100 μm,最长约250μm,纤维直径基本一致。它是一种性能优良、价格低廉的矿物纤维。石膏微纤维主要用于树脂、橡胶、涂料,造纸中的增强剂或功能型填料, 也可用于摩擦材料、建筑材料、密封材料、保温及阻燃材料等。石膏微纤维具有优良的性能,作为增强剂可使制品强度提高30-左右。在造纸方面应用的石膏纤维长径比≥100,可代替部分或大部分纸浆(50-~70-)作为制造特种石膏纸,长径比≤50的可作纸张的高级填料(加填量15-~ 20 - ),这样可以大大增加纸的产量,降低木材(木浆)消耗,既保护了环境,又减少造纸厂中的废水排放,减少污染。

石膏微纤维资源丰富,如能在造纸工业中推广使用,将带来可观的经济效益。李鸿魁等 [6] 将石膏纤维加入到植物纤维进行抄纸,结果发现,在针叶木浆中添加38-的石膏微纤维,成纸物理强度性能最好;裂断长、耐折度、撕裂指数和耐破指数分别比空白样提高了22.8-、60.6-、39.9-和25.4-。在阔叶木浆中添加22-的石膏微纤维,成纸物理强度性能最好;裂断长、耐折度、撕裂指数和耐破指数分别比空白样提高了19.6-、46.9-、19.1-和44.1-。

碳纤维纸是使用碳纤维或活性碳纤维及碳纤维或活性碳纤维与其它植物或非植物纤维混合生产的具有特殊性能的功能纸。碳纤维自身之间不具有像植物纤维一样的万相交织和氢键结合的性质, 必须使用黏合剂。具有一定碳纤维含量的功能纸,湿法造纸中,开始碳纤维的含量可在5-~60-之间调节。

随着现代造纸技术发展,特别是干法造纸技术和斜网纸机在功能纸生产领域的应用,碳纤维纸的碳纤维的含量理论上可以在0-~100-之间变化。

一定量的碳纤维配以相应含量的纸浆纤维(植物纤维、矿物纤维、合成纤维)抄造得到具有特殊性能的碳纤维纸的工艺越来越引起人们重视。作为功能材料碳纤维具有的性能,碳纤维纸作为其复合材料也具有,而且在碳纤维纸中碳纤维是以短纤维无规则的形式存在,各向同性。在一些领域是利用长纤维复合成型难得材料无法比
  拟的,碳纤维纸具有以下性能。

(1)优异的电热性能,作为发热装置。

(2)导电性能,碳纤维纸的自身电阻、密度、厚度以及加工工艺会影响碳纤维纸的导电性使碳纤维电阻发生变化。通过控制生产工艺可以得到不同电导率的碳纤维纸,应用于不同领域。

(3)多孔性,碳纤维是均匀的多孔性材料,加之碳纤维自身的比表面积大,故碳纤维纸是重要的过滤材料。

另外,碳纤维纸还具有轻量化、耐高温、耐腐蚀等性能。总的来说,从原料碳纤维的功能特点来看,其用途广泛,有利用其导电性的面状发热体,耐药品性制造的FRP基材,机械特性制造的土木用基材,吸附性制造的过滤材料、电池电极等 [7]

海泡石(Sepiolite)又名坡缕石, 是一种非金属矿,具有较好的胶体流变性、稳定性和吸附性。其颗粒呈纤维状或毛发针状, 莫氏硬度一般在2~2.5之间,体质轻,密度为1~2.2 g/m3。它的化学成分较为简单, 主要为硅和镁, 其中SiO2含量一般为54-~60-, MgO含量多为21-~25-。海泡石热稳定性能极高, 耐高温性能极好,可达到1 500~1 700 ℃ , 其制品可用作耐高温材料, 如防火器材料、绝热保温材料等。高玉杰 [8] 等利用海泡石配抄其他纤维作原料进行造纸研究,湿法抄造不同用途的纸页。对海泡石的打浆特性进行了初步探讨,尝试了用不同黏合剂来提高海泡石的成纸强度。通过海泡石与针叶木浆、玻璃棉浆等其他纤维配抄,制备吸附类用纸、阻燃纸等。海泡石纤维具有较好的抄纸性能,若条件掌握适当,完全可以采用湿法造纸。晏全香等 [9] 对海泡石与植物纤维复合使用,发现添加海泡石后,纸张的耐折度、撕裂度、抗张指数、耐破度等强度有稍微的下降,但幅度不大,而白度增加,海泡石留着率高,显示出特种纸、阻燃纸的功能特性。

硅灰石是一种天然产出的偏硅酸钙(Ca3(SiO9))。硅灰石具有三种同质多象变体, 即主要为低温的三斜晶系变体、低温的单斜变体(副硅灰石)和高温的三斜变体(又称为假硅灰石、B2硅灰石)。由于硅灰石的硅氧四面体呈链状结构,钙氧八面体也呈链状分布,均平行于b轴,且发育有平行于[010] 晶带的{100}、001}、{002}三组解离,使之能通过适当的机械破碎方法加工成具有较高长径比的矿物纤维。孙传敏等 [10] 利用改性硅灰石在新闻纸中的应用。经化学改性处理,添加到脱墨纸浆中制作新闻纸。结果表明,改性硅灰石能极大地改善再生新闻纸的白度、不透明度和适印性。加入有10-~15- 改性硅灰石的新闻纸(定量44~47 g/m2)具有高白度(58-~60-)、高强度(裂断长3 800~4 000 m)和高不透明度(95-~97-),属高质量新闻纸。另一方,由于改性硅灰石具有对油墨粒子、细小纤维和有机物的良好吸附性,添加改性硅灰石的新闻纸在造纸过程中排出的废水易于处理,废水经简单沉淀后所含BOD、COD以及重金属元素含量极低,达到综合排放国家一级标准。改性硅灰石在造纸业方面显现出保护森林和水体的双重环境效应,是造纸行业中一种性能优秀的新型功能填料。

蛭石(又名水云母)是一种铁镁质铝硅酸盐矿物,化学成分为(Mg,Fe,A1)3 [(SiAl)4O10](OH)24H2O。蛭石在天然状态下具有云母的某些特征,呈现出鳞片状、片状,易于劈分成小片,并且具有挠性。当加热到150~950 ℃时,将失水膨胀,体积增大18~25倍。膨胀后的蛭石具有松散、密度低、化学性质稳定、隔热、隔音、抗菌、耐火、耐冷等优良性能。在造纸工业中人们充分利用了蛭石的热膨胀性、隔热、耐火及离子交换性和吸附性等性能来生产特种纸及处理造纸废水。

蛭石表面色彩斑斓,有淡绿、深绿、黄铜、青铜、银灰、金黄等不同颜色,并闪烁珍珠光泽。由于本身具有美丽色泽和特殊质感,在纸页抄造中加入蛭石,即可制成独具特色的纸页,如装饰用纸。目前,国内外都有研究以纸或其他材料为基材,填加蛭石来生产壁纸,其简单生产工艺为:蛭石原矿经烘干、碎解和筛选后与胶黏剂混合涂于纸基上,再进行压花和复卷。经以上工艺生产出的壁纸色彩华丽、耀眼,既具有原始粗犷感、又具有现代典雅感,同时还具有一定的保温、吸音、吸湿和防火性能。另外,由于蛭石本身具有抗菌性,所以添加蛭石生产的壁纸也具有一定的抗菌性能,也就是说,在纸料中加入蛭石可生产出各种集装饰性与功能性为一体的特种纸[13]。

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