硅酸铝纤维纸胶粘剂的探讨

硅酸铝纤维纸也称无机纤维纸，国外称为A1uminosilicate Fibers，它是由耐火纤维做原料并配以多种添加剂而制成的薄片制品，它具有较好的耐高温性能和优良的隔热性能，可用作高温隔热材料、高温绝缘材料、高温缓冲材料等等。硅酸铝纤维自身之间无结合能力彼此之间难于形成具有较高强度的片状织物，工艺上为了提高纸的强度一般在制造过程中加入粘合剂、分散剂、结合剂。目前，这种无机纤维纸的生产和消费量正在迅速增长，大量应用在航天航空、汽车、钢铁工业上，已成为耐高温隔热行业用应材料研究的一个热点。

1  实验过程   

1．1原料与仪器

    硅酸铝纤维来自章丘天通耐火材料厂。喷吹纤维球渣含量(6—8％)，纤维直径(2—4)μm，长度≥20 mm，Si0₂含量46％。

  仪器：纤维疏解机，方形抄片器、烘缸

  抄片纸张的定量、厚度、抗张强度均按照国家标准方法测定。

1．2实验内容

1．2．1原料处理   

选用的硅酸铝纤维是采用喷吹成纤普通纤维，纤维比较长，并且在其生产过程中伴有一些晶渣生成，这些晶渣在抄纸过程中会影响纸页的匀度，所以首先需要对纤维进行预处理。

    处理工艺为先打浆，再除渣。如果先进行除渣的话，纤维过长，不利于纤维的分散。实验仪器：改进型纤维粉碎机；磁力搅拌器

    硅酸铝纤维虽然与植物纤维有相似的性能，但是其纤维结构有质的区别，硅酸铝纤维属于无机纤维，表面光滑，不会产生分丝帚化，所以打浆主要是以切断为主，但是这种纤维的强度比植物纤维要小的多，非常脆，传统的造纸用打浆设备并不适用于这种纤维的打浆。

通过实验室的不断摸索，我们选用干法捶打式打浆方式，并对粉碎机进行改进，降低粉碎机的切断能力，缩短纤维在粉碎机滞留时间，最终，获得比较满意的切断效果。打浆后纤维长度2—3mm。纤维除渣采用水洗法。硅酸铝纤维表面光滑，具有一定的疏水性。在纤维的生产过程中，部分晶渣混杂在纤维当中。我们通过将其分散在水中，利用他们不同的沉降速度对其进行分离。将打浆后的纤维分散在水中，浓度在1％左右，用磁力搅拌器搅拌半个小时，然后静置5分钟，选用20目浆网将纤维从水中捞出。

1．2．2对于胶粘剂的选择

规定其他影响抄纸因素不变的情况下，选用合适的胶粘剂进行抄纸实验，纸的定量规定为100g／m²，使用聚乙烯醇抄纸时会出现泡沫现象，需加入一定量的消泡剂。

表1    几种结合剂对硅酸铝纤维纸的增强效果

注：以上几种胶粘剂抄造过程都是在相同的条件下进行的

    表格分析如下：纸浆浓度在0．5％左右时，抄造的纸张匀度和抗张强度都比较的好，但是由于所甲基纤维素、淀粉以及聚乙烯醇都是有机胶粘剂，高温下会失去粘结效果，只能在低温下使用，因此在200℃以下可选用PVA、CMC以及改性淀粉等作为结合剂进行抄造，以满足工艺和生产的要求。为了扩展其用应范围和用应领域则需要选用无机胶粘剂(改性水玻璃、硅溶胶、铝溶胶和磷酸盐)，其耐温程度都在400℃以上。单独使用时出现脆性现象，并且随着时间的推移脆性程度越来越大，导致纸越容易断裂。这就要求对胶粘剂进行改性，这是改性原因之一；又由于单独使用时不管是有机还是无机胶粘剂所承受的温度并不是很高，在某些行业不能达到所需，这也要求对胶粘剂改性。综上两个原因选择对无机胶粘剂进行改性。

1．2．3对水玻璃的改性

    纸的表观强度主要取决于结合剂的粘结强度，它们是以胶体粒子的形式分散在水中，这就要求我们可以选用有机试剂对水玻璃改性，在低温的情况下，两种胶粘剂共同起作用，在高温的情况下有机试剂受热碳化，分解成二氧化碳和水挥发，剩下的无机胶粘剂起到连接作用。同样也可以选择无机试剂对水玻璃进行改性，不仅能够使得纸张的强度达到标准，而且使纸的脆性也大大的降低，纸张不易断裂。实验如表二所示。

    采用改性剂对水玻璃改性的最佳用量分别是2％、4％、7％。在此时改性水玻璃的固含量为46．28％时粘度356mpa·s，。磷酸氢二钠对水玻璃工艺性能的影响由图l可见，磷酸氢二钠可以提高水玻璃的吹C0₂硬化强度，降低水玻璃的高温残留强度，改善其溃散性。水玻璃中磷酸氢二钠的加入量为2％～4％效果变化较好，加4％以后效果变化不大。在溶解度内，磷酸氢二钠加入到水玻璃以后，通过搅拌或搅拌同时加热，易溶解于水玻璃中，形成均匀稳定的溶液，长期存放不析出、不反应，外观无变化。硼砂与水玻璃的反应过程是当硼砂溶液加人到水玻璃中时，立即结聚成块。试验证明，团块是以无定形二氧化硅胶体为主的混合物。由于溶液呈碱性，在碱的作用下，团块会逐渐回溶，但时间较长，若将团块搓捻开并不断搅拌，团块会较快溶解在水玻璃溶液中。硼砂溶液加到水玻璃中并没有发生实质性化学反应，仅是硅酸钠与硼砂的混合溶液。由于本实验的混合溶液中的Na₂0含量超过20％，所以此混合溶液不会产生分相这种混合溶液的均匀性、稳定性很好，长期存放无沉淀物析出，外观无变化，无色无味，比同一质量分数未改性的水玻璃稍微粘稠一些。

表2    采用无机和有机试剂对水玻璃进行改性

图1  磷酸氢二钠对水玻璃的影响

    图2  改性前后水玻璃对纸张强度的影响

    由图2可以看出纸张的抗张比改性之前有很大的提高，因为磷酸氢二钠、四硼酸钠可以提高水玻璃的粘结强度，都易溶于水玻璃，并能与硅酸盐形成相应的复合玻璃体网络，抄纸时减少了胶体离子的流失，由于胶体粒子保留了下来，致使纤维与纤维之间的结合比较的紧密，硅酸铝纤维纸的抗张强度也就相应的有所提高。

2结论

    磷酸氢二钠可以提高水玻璃的粘结强度，磷酸氢二钠易溶于水玻璃，并能与硅酸盐形成[P0₄]、[Si0₄]复合玻璃体网络。四硼酸钠可以提高水玻璃的粘结强度，四硼酸钠可溶于水玻璃，并能与硅酸盐形成[B0₄]、[Si0₄]复合玻璃体网络，四硼酸钠可以提高水玻璃的抗吸湿性。在此基础上以硅酸铝耐火纤维为原料，配以适量的纤维改性结合剂，严格的控制纸浆浓度、干燥温度和时间，可以得到强度较大的耐火纤维纸。