耐火纤维的特性一般用化学成分和纤维直径、长度、渣球含量、加热线收缩、热导率、压缩性和回弹性等物理性能表示。(表3)
表3 各种耐火纤维性能
性能指标 |
普通硅酸 铝纤维 |
高纯硅酸 铝纤维 |
含铬硅酸 铝纤维 |
高铝 纤维 |
莫来石 纤维 |
氧化铝纤维(1) |
氧化铝纤维(2) |
氧化锆 纤维 |
Al2O3/% |
47.2 |
51.7 |
43.5 |
61.4 |
72~74 |
79.90 |
94.82 |
|
SiO2/% |
49.8 |
47.6 |
51.0 |
38.1 |
20~22 |
19.70 |
4.96 |
|
Fe2O3/% |
0.9 |
0.2 |
0.2 |
0.1 |
0.05 |
0.09 |
||
Cr2O3/% |
4.2 |
|||||||
ZrO2 HfO2 Y2O3/% |
99 |
|||||||
主晶相 |
玻璃 |
玻璃 |
玻璃 |
玻璃 |
莫来石 |
莫来石 θ-Al2O3 |
γ-Al2O3 |
四方, 立方 ZrO2 |
直径/μm |
2~3 |
3~4 |
1.6~3.2 |
1~3 |
2~7 |
6~7 |
2~7 |
<8 |
长度/mm |
12~250 |
30~40 |
>15 |
20~50 |
10~100 |
10~100 |
10 |
|
熔点/℃ |
>1760 |
>1760 |
>1800 |
|||||
最高使用 温度/℃ |
1260 |
1300 |
1480 |
1400 |
1500 |
|||
长期使用 温度/℃ |
1000 |
1100 |
1300 |
1200 |
1350 |
1400 |
>1400 |
1600 |
加热线变化/ % (℃, h) |
3.1(1150, 6) |
3.3(1260, 24) |
2.5(1400, 8) |
2.5(1400, 8) |
1.3(1500, 6) |
≤3(1500, 6) |
2.57(1500,6) |
1.6(1600, 6) |
纤维直径任意取100根纤维,用显微镜或其它精密仪器测定其直径,可得出纤维直径的分布范围和平均直径。熔融法生产的非晶质耐火纤维,其直径分布较宽,一般在1~8μm,其中喷吹法生产的耐火纤维平均直径为2.5~3.5μm,而甩丝法生产的为3~5μm。纤维直径的大小直接影响纤维的强度和热导率。纤维直径大、热导率高,保温性能差。理想的纤维直径应在3μm以下。
纤维长度测定纤维长度也采用抽丝法,这只是一种统计概念,尚缺乏统一的有效方法。甩丝法生产的纤维较长,能达到100~250mm,喷吹法较短,一般10~50mm,纤维长度大,则制品强度高。
渣球含量渣球是在纤维化过程中未成纤的球状粒子。渣球含量是指试样中残留在筛孔为0.25mm筛子上的非纤维物质占试样的百分数。把耐火纤维试样经热处理,研磨后利用淘洗原理把纤维与渣球分开。再经过烘干、过筛、称量并计算出渣球含量百分率。对熔融法生产工艺来说,渣球是不可避免的产物。用喷吹法成纤,有时渣球含量高达20%~40%。中国国家标准(GB3003—82)规定,普通硅酸铝耐火纤维毡的渣球含量应不大于5%,故耐火纤维在制成制品前需要进行除渣处理。渣球含量高会降低纤维的保温绝热性,并降低纤维的强度和弹性。
热导率在单位温度梯度下,通过纤维材料单位面积的热流速率。通常以符号λ表示。测定方法有两种,即量热器法和热线法。量热器法导热仪是在单向热流稳定状态传递的条件下测定试样的热导率。热线法是一种非稳态法,其原理是测量沿试样长度方向埋设在试样中线形热源在一定时间内的温升,通过焊接在热线中点的热电偶测量热线温度随时间的变化测定热导率。热导率的大小在很大程度上取决于试样内部的空隙含量及分布,故纤维材质,纤维直径大小,渣球含量等均对热导率有影响,而试样体积密度起决定作用。因此测量纤维制品的热导率时,制样方法和试样的体积密度有无代表性,就显得特别重要。
加热线变化把纤维按规定方法制成试样,加热到指定温度,保温一定时间,冷却到室温后所产生的收缩百分率。玻璃态耐火纤维从800℃左右开始,发生反玻璃化过程,即析晶。这时单根纤维会发生卷曲,而测定加热线收缩的试样是纤维的集合体,则表现为体积收缩。随着温度的升高,晶粒长大,收缩增加。对于结晶质纤维,随着加热温度的升高,也发生小晶粒向大晶粒转化的现象,引起纤维体积收缩。加热线收缩的大小,标志着纤维的耐高温程度,有些国家把试样保温24h,加热线收缩达到或接近2.5%时所对应的温度定义为该种纤维的最高使用温度。
压缩性和回弹性耐火纤维具有优良的压缩性和回弹性。利用这一特性,在耐火纤维炉衬安装时,可以采用预压缩的方法来抵消使用过程中产生的收缩。采用耐火纤维填塞炉衬的膨胀缝,当炉衬受热膨胀时,耐火纤维被压缩。当炉衬冷却收缩时,因纤维有回弹性,使纤维占据缝隙。耐火纤维的压缩性和回弹性是它作为高温密封材料所必需的性能。