[0038] 下面结合实施例对本发明作进一步的描述。以下实施例只是用于详细说明本发明,并不以任何方式限制本发明的保护范围。
[0039] 实施例1
[0040] 一种高强度耐高温织物,按重量份计,包括以下原料:改性耐火纤维100份,硅溶胶35份,苯丙乳液4份,Al2O3粉体3.5份,ZrO2粉体4.5份,TiO2粉体2.5份,水150份。所述硅溶胶中,二氧化硅的含量为25wt%,二氧化硅的粒径为50‑80nm;所述Al2O3粉体、ZrO2粉体和TiO2粉体的粒径为50‑100nm。
[0041] 一种所述高强度耐高温织物的制备方法,包括以下步骤:
[0042] (1)制备SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒:
[0043] (1.1)将石墨粉分散到12.0mol/L的硝酸溶液中,在55℃下搅拌1.5h,经离心分离和干燥后,获得表面活化的石墨粉;将硫脲和氯化铁溶于乙醇体积分数为40%的酒精中,向其中加入表面活化的石墨粉,所述硫脲、氯化铁、表面活化的石墨粉和酒精的质量体积比为1.0g:0.7g:1g:40mL,分散均匀后,搅拌2h后,蒸干,在氮气氛围中以800℃的温度煅烧5h,经研磨后,获得SO2氧化催化剂;
[0044] (1.2)将SO2氧化催化剂置于密闭容器中,将温度保持在700℃,分别以4L/min和4L/min的流速通入氮气和乙炔,持续4h,获得SO2氧化催化剂@碳颗粒;
[0045] (1.3)将SO2氧化催化剂@碳颗粒分散到0.02mol/L的氯化钡溶液中,搅拌30min后,逐滴加入0.1mol/L的硫酸钠溶液,在80min内滴加完成,所述SO2氧化催化剂@碳颗粒、氯化钡溶液和硫酸钠溶液的质量体积比为1g:30mL:6mL,分离产物,获得SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒,其中,SO2氧化催化剂层的直径为0.5‑2.5μm,碳层的厚度为0.78‑1.40μm,硫酸钡层的厚度为0.36‑0.48μm。
[0046] (2)制备改性耐火纤维:
[0047] (2.1)按重量份称取以下原料:硅砂55份,粉煤灰8份,氧化铝25份,硼砂18份,生石灰8份,滑石粉15份,锆英粉8份,SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒5‑7份;
[0048] (2.2)将所有原料共混并研磨后,加热至1650℃,并在1650℃下搅拌7h,获得熔融液;
[0049] (2.3)将熔融液加入甩丝机中进行离心甩丝成纤,获得玻璃态耐火纤维;
[0050] (2.4)将玻璃态耐火纤维浸没到25wt%的双氧水中,浸泡0.5h后取出,洗涤、干燥后,获得改性耐火纤维。
[0051] (3)制备织物:
[0052] (3.1)以耐火纤维为原料,进行开松、梳理和交叉铺网后,形成纤维网,对纤维网进行铺层、针刺成型和热压定型后,获得耐火纤维基布;
[0053] (3.2)将分散剂、硅溶胶、苯丙乳液和水混合均匀后,向其中加入Al2O3粉体、ZrO2粉体和TiO2粉体,分散均匀后,获得混合浆料;
[0054] (3.3)将混合浆料涂覆到耐火纤维基布上,经辊压、烘干后,在500℃下煅烧1.5h,冷却,获得高强度耐高温织物。
[0055] 实施例2
[0056] 一种高强度耐高温织物,按重量份计,包括以下原料:改性耐火纤维100份,硅溶胶30份,苯丙乳液5份,Al2O3粉体4.5份,ZrO2粉体5.5份,TiO2粉体3.5份,十二烷基硫酸钠0.06份,水180份。所述硅溶胶中,二氧化硅的含量为30wt%,二氧化硅的粒径为50‑80nm;所述Al2O3粉体、ZrO2粉体和TiO2粉体的粒径为50‑100nm。
[0057] 一种所述高强度耐高温织物的制备方法,包括以下步骤:
[0058] (1)制备SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒:
[0059] (1.1)将石墨粉分散到13.0mol/L的硝酸溶液中,在55℃下搅拌1h,经离心分离和干燥后,获得表面活化的石墨粉;将硫脲和氯化铁溶于乙醇体积分数为35%的酒精中,向其中加入表面活化的石墨粉,所述硫脲、氯化铁、表面活化的石墨粉和酒精的质量体积比为1.2g:0.8g:1g:50mL,分散均匀后,搅拌3.5h后,蒸干,在氮气氛围中以850℃的温度煅烧4h,经研磨后,获得SO2氧化催化剂;
[0060] (1.2)将SO2氧化催化剂置于密闭容器中,将温度保持在800℃,分别以5L/min和7L/min的流速通入氮气和乙炔,持续3.5h,获得SO2氧化催化剂@碳颗粒;
[0061] (1.3)将SO2氧化催化剂@碳颗粒分散到0.03mol/L的氯化钡溶液中,搅拌40min后,逐滴加入0.15mol/L的硫酸钠溶液,在70min内滴加完成,所述SO2氧化催化剂@碳颗粒、氯化钡溶液和硫酸钠溶液的质量体积比为1g:25mL:5mL,分离产物,获得SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒,其中,SO2氧化催化剂层的直径为0.5‑2.5μm,碳层的厚度为0.74‑1.35μm,硫酸钡层的厚度为0.35‑0.46μm。
[0062] (2)制备改性耐火纤维:
[0063] (2.1)按重量份称取以下原料:硅砂60份,粉煤灰4份,氧化铝30份,硼砂15份,生石灰10份,滑石粉13份,锆英粉10份,SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒6份;
[0064] (2.2)将所有原料共混并研磨后,加热至1700℃,并在1700℃下搅拌6.5h,获得熔融液;
[0065] (2.3)将熔融液加入甩丝机中进行离心甩丝成纤,获得玻璃态耐火纤维;
[0066] (2.4)将玻璃态耐火纤维浸没到20wt%的双氧水中,浸泡45min后取出,洗涤、干燥后,获得改性耐火纤维。
[0067] (3)制备织物:
[0068] (3.1)以耐火纤维为原料,进行开松、梳理和交叉铺网后,形成纤维网,对纤维网进行铺层、针刺成型和热压定型后,获得耐火纤维基布;
[0069] (3.2)将分散剂、硅溶胶、苯丙乳液和水混合均匀后,向其中加入Al2O3粉体、ZrO2粉体和TiO2粉体,分散均匀后,获得混合浆料;
[0070] (3.3)将混合浆料涂覆到耐火纤维基布上,经辊压、烘干后,在500℃下煅烧1.5h,冷却,获得高强度耐高温织物。
[0071] 实施例3
[0072] 一种高强度耐高温织物,按重量份计,包括以下原料:改性耐火纤维100份,硅溶胶25份,苯丙乳液6份,Al2O3粉体5.5份,ZrO2粉体6.5份,TiO2粉体4.0份,水200份。所述硅溶胶中,二氧化硅的含量为35wt%,二氧化硅的粒径为50‑80nm;所述Al2O3粉体、ZrO2粉体和TiO2粉体的粒径为50‑100nm。
[0073] 一种所述高强度耐高温织物的制备方法,包括以下步骤:
[0074] (1)制备SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒:
[0075] (1.1)将石墨粉分散到14.5mol/L的硝酸溶液中,在50℃下搅拌1h,经离心分离和干燥后,获得表面活化的石墨粉;将硫脲和氯化铁溶于乙醇体积分数为30%的酒精中,向其中加入表面活化的石墨粉,所述硫脲、氯化铁、表面活化的石墨粉和酒精的质量体积比为1.4g:0.9g:1g:60mL,分散均匀后,搅拌5h后,蒸干,在氮气氛围中以900℃的温度煅烧3h,经研磨后,获得SO2氧化催化剂;
[0076] (1.2)将SO2氧化催化剂置于密闭容器中,将温度保持在900℃,分别以6L/min和10L/min的流速通入氮气和乙炔,持续3h,获得SO2氧化催化剂@碳颗粒;
[0077] (1.3)将SO2氧化催化剂@碳颗粒分散到0.04mol/L的氯化钡溶液中,搅拌50min后,逐滴加入0.2mol/L的硫酸钠溶液,在60min内滴加完成,所述SO2氧化催化剂@碳颗粒、氯化钡溶液和硫酸钠溶液的质量体积比为1g:20mL:4mL,分离产物,获得SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒,其中,SO2氧化催化剂层的直径为0.5‑2.5μm,碳层的厚度为0.62‑1.18μm,硫酸钡层的厚度为0.33‑0.45μm。
[0078] (2)制备改性耐火纤维:
[0079] (2.1)按重量份称取以下原料:硅砂65份,氧化铝35份,硼砂13份,生石灰12份,滑石粉10份,锆英粉12份,SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒7份;
[0080] (2.2)将所有原料共混并研磨后,加热至1750℃,并在1750℃下搅拌6h,获得熔融液;
[0081] (2.3)将熔融液加入甩丝机中进行离心甩丝成纤,获得玻璃态耐火纤维;
[0082] (2.4)将玻璃态耐火纤维浸没到15wt%的双氧水中,浸泡1h后取出,洗涤、干燥后,获得改性耐火纤维。
[0083] (3)制备织物:
[0084] (3.1)以耐火纤维为原料,进行开松、梳理和交叉铺网后,形成纤维网,对纤维网进行铺层、针刺成型和热压定型后,获得耐火纤维基布;
[0085] (3.2)将分散剂、硅溶胶、苯丙乳液和水混合均匀后,向其中加入Al2O3粉体、ZrO2粉体和TiO2粉体,分散均匀后,获得混合浆料;
[0086] (3.3)将混合浆料涂覆到耐火纤维基布上,经辊压、烘干后,在500℃下煅烧1.5h,冷却,获得高强度耐高温织物。
[0087] 对比例1
[0088] 本对比例与实施例3的区别在于,耐火纤维不进行表面氧化处理,即不进行步骤(2.4)。其余原料和制备方法均与实施例3相同。
[0089] 对比例2
[0090] 本对比例与实施例3的区别在于,在步骤(2.1)中,将7份SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒换成碳粉3.5份和硫酸钡2.3份。其余原料和制备方法均与实施例3相同。
[0091] 对比例3
[0092] 本对比例与实施例3的区别在于,在步骤(2.1)中,将7份SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒换成SO2氧化催化剂1.2份、碳粉3.5份和硫酸钡2.3份。其余原料和制备方法均与实施例3相同。
[0093] 对比例4
[0094] 本对比例与实施例3的区别在于,在步骤(2.1)中,将7份SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒换成SO2氧化催化剂@碳颗粒4.7份和硫酸钡2.3份。其余原料和制备方法均与实施例3相同。
[0095] 对比例5
[0096] 本对比例与实施例3的区别在于,步骤(2.1)中,持续时间由3h延长至5h,制得的SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒中,SO2氧化催化剂层的直径为0.5‑2.5μm,碳层的厚度为1.04‑1.81μm,硫酸钡层的厚度为0.27‑0.36μm。其余原料和制备方法均与实施例3相同。
[0097] 对比例6
[0098] 本对比例与实施例3的区别在于,步骤(2.1)中,持续时间由3h缩短至25h,制得的SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒中,SO2氧化催化剂层的直径为0.5‑2.5μm,碳层的厚度为0.48‑0.93μm,硫酸钡层的厚度为0.38‑0.49μm。其余原料和制备方法均与实施例3相同。
[0099] 对实施例1‑3和对比例1‑6步骤(2.3)中制得的玻璃态耐火纤维进行最高使用温度、长期使用温度和断裂强度测试。其中,最高使用温度的判定依据为:耐火纤维在该温度下保持24h,加热永久线变化不超过4%;长期使用温度的判定依据为:耐火纤维在该温度下保持24h,加热永久线变化不超过3%。测试结果如表1所示。
[0100] 对实施例1‑3和对比例1‑6的织物进行抗拉强度和耐热性能测试。其中,耐热性能的测试方法如下:将织物采用1200℃的高温处理24h,检测加热永久线变化。
[0101] 表1
[0102]
[0103] 分析上表数据,可以看出:
[0104] (1)相较于实施例3而言,对比例1未对玻璃态耐火纤维进行表面氧化改性,其织物的抗拉强度明显减小,这是由于,通过对玻璃态耐火纤维进行表面氧化处理,能够在耐火纤维表面引入羟基,有利于促进耐火纤维与硅溶胶和苯丙乳液之间的结合,提高无机粉体在耐火纤维基布上的结合强度,从而改善耐高温织物的力学性能。
[0105] (2)相较于实施例3而言,对比例2将核壳结构除泡剂换成了硫酸钡和碳粉,其耐火纤维的耐高温性和强度明显下降,这是由于,碳和硫酸钡反应生成的SO2在熔融液中的溶解性较差,部分未排出的SO2会以气泡形式残留在耐火纤维中;而利用SO2氧化催化剂@碳@硫酸钡颗粒,能够在耐火纤维原料熔融后期,使SO2氧化成溶解性更好的SO3,减少含硫气泡残留,并在前期防止SO2被氧化,促进熔融液中的气泡排出,从而减少耐火纤维中的气泡残留,提高耐高温织物的力学性能和耐高温性能。
[0106] (3)相较于实施例3而言,对比例3将核壳结构除泡剂换成了硫酸钡、碳粉和SO2氧化催化剂,其耐火纤维的耐高温性和强度明显下降,这是由于,在熔融前期,SO2氧化催化剂与SO2接触而将其转化成SO3,后者在熔融液中具有较好的溶解性,不利于带动其他气泡排出。
[0107] (4)相较于实施例3而言,对比例4将核壳结构除泡剂换成了硫酸钡和碳包覆的SO2氧化催化剂,其耐火纤维的耐高温性和强度明显下降,这是由于,当将硫酸钡和碳包覆的SO2氧化催化剂分散添加时,不利于两者接触反应,因而不利于熔融液中其他气泡的排出,并且,硫酸钡自身在高温下也能够分解,因而会减少碳的反应量,影响熔融后期SO2与SO2氧化催化剂的接触,进而导致残留的含硫气泡增多。
[0108] (5)相较于实施例3而言,对比例5增大了核壳结构除泡剂中碳层的厚度,其耐火纤维的耐高温性和强度明显下降,这是由于,当碳层相对于硫酸钡层的厚度过大时,会导致硫酸钡完全反应后,碳层中仍未出现孔隙或孔隙过少,造成熔融液中残留的SO2难以被氧化成SO3,进而导致耐火纤维中存在较多的含硫气泡。
[0109] (6)相较于实施例3而言,对比例6减小了核壳结构除泡剂中碳层的厚度,其耐火纤维的耐高温性和强度明显下降,这是由于,当碳层相对于硫酸钡层的厚度过小时,会导致碳层过早出现孔隙,不利于熔融液中其他气泡的排出。
[0110] 上面虽然结合实施例对本发明作了详细的说明,但是所述技术领域的技术人员能够理解,在不脱离本发明宗旨的前提下,在权利要求保护的范围内,还可以对上述实施例进行变更或改变等。