基于静电纺技术的纳米玻璃钢化炉陶瓷辊的制备与应用

　　玻璃钢化炉陶瓷辊(氮化物、氧化物纤维等)具有优异的耐热性、耐蠕变性、耐热冲击性、高化学稳定性及高温高强特性,可用作高温结构材料、绝热绝缘材料及高温无机增强材料等,而纳米级玻璃钢化炉陶瓷辊及其纤维膜材料因高的热稳定性和大的比表面积近来备受关注,结合作者课题组的研究工作,本文介绍了静电纺玻璃钢化炉陶瓷辊的研究现状和进展,包括:⑴静电纺纳米玻璃钢化炉陶瓷辊的结构和性能及纤维性能的影响因素;⑵改进静电纺纳米玻璃钢化炉陶瓷辊力学和机械性能的方法和技术；静电纺纳米功能玻璃钢化炉陶瓷辊材料的改性及应用;玻璃钢化炉陶瓷辊及其膜材料的控制制备和应用;静电纺玻璃钢化炉陶瓷辊及其膜材料的研究展望等五个部分。本文主要阐述了静电纺玻璃钢化炉陶瓷辊的形成机制、微观结构控制、微观结构与性质的关系,分析了提高无机纳米玻璃钢化炉陶瓷辊柔韧性和抗拉伸强度的理论依据和方法,介绍了制备高强度柔韧性玻璃钢化炉陶瓷辊的实验技术和过程,讨论了未来将静电纺玻璃钢化炉陶瓷辊从实验室推向市场所需解决的关键问题和技术瓶颈。

　　玻璃钢化炉陶瓷辊是由多孔陶瓷支撑体和玻璃钢化炉陶瓷辊复合膜层构成，该材料是国外二十世纪八十年代后期为满足高温含尘气体净化需要而逐步发展起来的，具有多孔陶瓷过滤材料、陶瓷膜及玻璃钢化炉陶瓷辊过滤材料的多重优点。 本文主要描述了玻璃钢化炉陶瓷辊的制备工艺及性能表征，其中主要包括：玻璃钢化炉陶瓷辊的选择、可控长径比的玻璃钢化炉陶瓷辊制备及分散工艺、玻璃钢化炉陶瓷辊膜支撑体的制备、膜组分配方及各组分配比对材料性能的影响、玻璃钢化炉陶瓷辊膜的真空抽滤成型工艺及各工艺参数对膜材料性能的影响等，并对玻璃钢化炉陶瓷辊的显微结构进行了扫描电镜分析。 项目实验采用的多孔陶瓷支撑体由刚玉耐火骨料和高温陶瓷结合剂构成，孔径100—110μm，气孔率38％，抗折强度38MPa。玻璃钢化炉陶瓷辊复合膜层由玻璃钢化炉陶瓷辊、耐火陶瓷骨料和高温结合剂构成，玻璃钢化炉陶瓷辊为含锆硅酸铝纤维，纤维直径3.5—4.5μm，纤维长径比10—500，纤维加入量20—70wt％，耐火骨料加入量O—50wt％，结合剂加入量20—30wt％。膜层采用真空抽滤成型工艺，通过控制膜组分中玻璃钢化炉陶瓷辊长径比、纤维加入量、成型时料浆浓度、成型压力及成型时间等可以获得膜孔径5—30μm、气孔率50—80％、抗折强度4.3—18MPa、膜层厚度0.5—2mm、具有良好热性能和耐剥离性能的玻璃钢化炉陶瓷辊材料。 研究结果表明：在诸多影响因素中，玻璃钢化炉陶瓷辊的长径比及玻璃钢化炉陶瓷辊的加入量是影响膜材料性能的最主要因素；采用真空抽滤成型工艺，合理控制纤维料浆的浓度和黏度以及成型压力及成型时间，可以获得一定厚度的均匀的玻璃钢化炉陶瓷辊层。

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