科技成果

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成果名称: 新成分高硅氧产品研究与开发

成果登记号: 9612017Y0477

第一完成单位: 陕西华特新材料股份有限公司

联 系 人: 许联盟

成果类型: 应用技术

成果体现形式 : 新技术

技术领域: 新材料及其应用

应用行业: 制造业

成果简介:

    1、高硅氧纤维是高纯氧化硅非晶体连续纤维的简称,其氧化硅含量96-98%,连续耐温摄氏1000度,短暂耐温摄氏1400度;其制成品主要包括连续纱、绳带、套管、网布、缝编制品。高硅氧纤维在摄氏1000度时能长久保持良好的强度和弹性,是超高温热流和喷射火焰的有效热屏障、及人员设施的可靠防护装置;其导热系数低、对高热冲击有良好的抵御性能,对绝大多数化学品呈惰性,对高温下的化合物、腐蚀性矿物质、弱碱性熔融合金有良好的耐腐蚀性,在高热、强辐射条件下正常持续工作。广泛应用于航天器防热烧蚀材料、耐高温绝热体、高温气体收尘、液体过滤、金属溶化过滤、净化等方面,具有十分广阔的应用前景和巨大的市场潜力。

    2、高硅氧玻璃纤维的生产的原始玻璃组分,目前主要有以E玻璃以及Si02-B203-Na2O和Si02-B203二元系统为原始玻璃组分,我国主要采用三组分的钠硼硅酸盐玻璃,其主要生产厂家为我单位陕西华特新材料股份有限公司。但三元组份由于使用比较贵的硼类化工原料,其原料成本是二元系统的三倍。钠硅酸盐两元系统玻璃,其化学成分主要为Si02 (质量分数约80%)Na2O (质量分数约20%),添加有少量有助于改善玻璃料性的少量氧化物。在酸沥滤处理过程中,质量损失较少,形成的内部缺陷相对较少,强度保留率高。但由于化学结构的特性,容易产生分相,在纤维的表面产生"析碱"现象,尤其在湿度较大的环境下更为显著,需要在纤维表面涂覆憎水性的保护性涂层。目前以前苏联国家为主生产,我国在近20年来一直不断开发可以长久保存的二元系钠硅酸盐玻璃纤维原纱制品,但效果不很理想。

    3、针对此项课题,我公司多年来一直组织研究,特备是这次在延长集团立项的情况下,公司专门组织项目研发小组,经过研究和实验,取得了从二元高硅氧玻璃原料配方、玻璃窑炉设计、玻璃电熔工艺、拉丝工艺、酸热处理工艺、生产运行制度、基础研究及针刺毡生产工艺等22项研究成果,且全部应用良好,生产的二元高硅氧制品效率提高,质量稳定,成本大幅降低,得到了国内外用户的认可,在二元系钠硅酸盐玻璃即新成分高硅氧产品研究与开发方面取得了重大进展,距离下一步的织布还有一步之遥。

    4、简要技术说明

    (1)结构分析

    高硅氧玻璃纤维其工艺原理是利用玻璃在熔融或冷却过程中,二个或二个以上互不相容的液相彼此分离,成微不均匀性,利用其结构的分相而生产的,高硅氧玻璃成分去组成落于分相区内,当玻璃冷却或再加热时,会分离成两相,一相几乎全是Si02,另一相是)Na2O,他们很容易被酸溶出。而Si02相对酸很稳定,Na2O则易溶于酸。高硅氧玻璃纤维的生产就是利用这种原理,将具有基础玻璃成分的纱或织物在一定条件下进行酸沥滤,使Na2O相转入溶液中,留下微孔结构的硅氧骨架,然后再经600-800℃高温处理,使微孔闭合,骨架结构趋于紧密,从而获得高稳定性的纤维材料,这样钠硅酸盐玻璃就转化成高硅氧玻璃纤维了。

    (2)纤维成型工艺

    高硅氧玻璃其硬化速度较低,拉丝温度在1150℃左右,析晶上限温度远低于拉丝温度,所以在拉丝过程中很少出现析晶现象.但玻璃液与漏板铂金的浸润角较小,所以在漏板设计中,要考虑各个因素的影响,并在拉丝中对强制冷却气流的控制以及专用浸润剂都提出了较高的要求。

    (3)酸沥滤工艺

    酸沥滤是将结构中分相的非硅质相在酸作用下使其析出,以使结构中Si02含量达到96%以上。离子的分相迁移速率受酸的浓度、沥滤时间、温度、沥滤速度等因素的影响,对各工艺的设定和各参数的合理控制是生产高硅氧玻纤制品的关键。

    (4)热烧结工艺

    经酸沥滤的高硅氧玻纤制品,其分相中易溶组分Na2O被酸沥滤出来,留下连续的富Si02的多孔骨架,需在600-800℃或更高温度下进行热烧结,使其微孔闭合,强度有所恢复,但当温度过高时,将会使玻璃表面的微裂纹在内应力作用下扩大,从而使制品的强力反而下降。同酸沥滤一样会对制品的物理力学性能产生较大的影响。所以在生产过程中,需对热烧结的温度制度和烧结时间进行合理的控制,在保证恢复最大强力的同时使制品在应用条件下的线收缩率不大于3%。

    5、制品性能

(1)软化点接近1700℃,可长期在1000℃环境下使用,瞬间可以耐数千度的气流部刷。

(2)在有机和无机酸中(氢氟酸、磷酸和盐酸除外)甚至在高温下,以及弱碱中保持良好的性能稳定。

(3)对热冲击和超高辐射有较高的稳定性,在高温和高湿条件绝缘性能优良,与高温胶具有良好的黏结性能。

(4)耐湿耐日光辐射并且抗震,可用于各种密封材料,制品结构牢固,在许多高温条件下保持柔软性。

 (5) 结构及性能稳定,对人体没有危害,可代替陶瓷纤维和石棉纤维(高温下发生晶相转变)。

(6)防火温度高,在汽油中燃烧不氧化、不变色,强度高,不会造成二次污染。

(7)具有良好的耐磨性与绝缘性能,大多数情况下价格具有竞争优势。

(8)其骨架可以适当得以控制,制作各种膜件,用于液体过滤、气体分离或作为催化剂或酶的载体。