溫石棉細(xì)小纖維性能及其對(duì)石棉膠乳抄取板質(zhì)量的影響

夏新興 成艷娜

(陜西科技大學(xué)造紙工程學(xué)院,陜西西安,710021)

·石棉膠乳抄取板·

溫石棉細(xì)小纖維性能及其對(duì)石棉膠乳抄取板質(zhì)量的影響

夏新興 成艷娜

(陜西科技大學(xué)造紙工程學(xué)院,陜西西安,710021)

以五級(jí)溫石棉為研究對(duì)象,通過(guò)篩分的方法,把石棉纖維分成長(zhǎng)纖維和細(xì)小纖維兩部分,對(duì)長(zhǎng)纖維單獨(dú)磨漿,然后與篩分收集到的細(xì)小纖維以不同比例混合后配抄,探討長(zhǎng)纖維磨漿轉(zhuǎn)數(shù)、細(xì)小纖維含量對(duì)石棉膠乳抄取板性能的影響。結(jié)果表明,與直接對(duì)石棉原料進(jìn)行磨漿相比,單獨(dú)對(duì)篩分得到的長(zhǎng)纖維磨漿然后與細(xì)小纖維混合后配抄,可使抄取板的抗張指數(shù)提高64.5%。長(zhǎng)纖維最佳的磨漿轉(zhuǎn)數(shù)為1500轉(zhuǎn),當(dāng)細(xì)小纖維含量為30%時(shí),抄取板的抗張指數(shù)最大,為11.3 N·m/g。

石棉纖維;篩分;磨漿;細(xì)小纖維;抗張指數(shù)

(＊E-mail:chengyanna01@yahoo.cn)

Abstract:The asbestoswas fractionated to long fibers and fine components,the long fibers were refined separately by PFImill and mixed with the fines in various ratios to make the asbestos sheet.The influence of PEI revolution,amount of the fines on the properly of the sheet was studied.The results indicated that compared to the asbestos refined before fractionated,the long fiber component refined separately can increase the tensile index of the sheet by 64.5%.When long fibers are refined to 1500 revolution and the amountof fine is 30%,the tensile index of the sheet reaches to the maximum,11.3 N·m/g.

Key words:asbestos fiber;fractionated;beating;fines;tensile index

溫石棉是由硅氧四面體片和“氫氧鎂石”八面體片組成的結(jié)構(gòu)層卷曲的管狀纖維礦物,是相關(guān)材料工業(yè)的重要多功能性原材料[1]。在密封行業(yè),石棉橡膠制品的生產(chǎn)工藝主要有造紙法和混煉模壓法。造紙工藝法生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、污染少[2]。但是國(guó)內(nèi)利用造紙法生產(chǎn)的抄取板的強(qiáng)度指標(biāo)一直不是特別理想。

石棉膠乳抄取板的主要組成部分是石棉纖維、填料、膠黏劑和各種輔料[3]。其中溫石棉纖維是石棉膠乳抄取板的重要組成部分,主要起耐熱和增強(qiáng)作用,并直接影響抄取板的成張工藝性,它的物理化學(xué)特性也直接決定了石棉膠乳抄取板的最終性能。一般工廠在使用前都會(huì)對(duì)石棉纖維進(jìn)行打漿,以改善纖維的分絲效果,增強(qiáng)與各種助劑的結(jié)合能力。用于生產(chǎn)石棉膠乳抄取板的五級(jí)溫石棉纖維中,通過(guò)0.075 mm(即200目篩網(wǎng))的細(xì)小石棉所占比例均超過(guò)50%,有的高達(dá)76%[4]。如果直接對(duì)石棉原料進(jìn)行打漿處理,一方面會(huì)使長(zhǎng)纖維被切斷,產(chǎn)生更多的細(xì)小纖維,另一方面會(huì)使原料中本來(lái)就存在的細(xì)小纖維變得更加細(xì)小,這將影響石棉膠乳抄取板的生產(chǎn)過(guò)程,造成濾水困難,助劑功效降低,產(chǎn)品強(qiáng)度差。為獲得較高強(qiáng)度的抄取板,本研究將溫石棉原料預(yù)先進(jìn)行篩分,分別收集長(zhǎng)纖維和細(xì)小纖維,對(duì)長(zhǎng)纖維單獨(dú)進(jìn)行打漿,然后與細(xì)小纖維以不同比例混合配抄。主要探討溫石棉長(zhǎng)纖維磨漿轉(zhuǎn)數(shù)和細(xì)小纖維含量對(duì)漿料及石棉膠乳抄取板(以下簡(jiǎn)稱抄取板)強(qiáng)度性能的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料與主要設(shè)備

五級(jí)溫石棉,取自西安信力石棉總廠。

篩漿機(jī):陜西科技大學(xué)機(jī)械廠;DCS-041PT型PFI磨漿機(jī):加拿大產(chǎn);ZQJ-BT型紙樣抄取器:陜西科技大學(xué)機(jī)械廠;PCD-3膠體電荷滴定儀:德國(guó)MüTEK公司;DDJ動(dòng)態(tài)濾水儀:美國(guó)造紙研究材料(PRM)公司;SZP-06型Zeta電位測(cè)定儀:德國(guó)MüTEK公司;Nano-2s型納米粒度儀及Zeta電位測(cè)定儀:英國(guó)馬爾文公司;多媒體顯微鏡:奧地利MOTI C公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 篩分

采用直徑為300 mm的篩漿機(jī),選用200目的篩網(wǎng),對(duì)經(jīng)過(guò)疏解的溫石棉原料進(jìn)行篩分,分別收集長(zhǎng)纖維和細(xì)小纖維。

1.2.2 磨漿

采用PFI磨漿機(jī)對(duì)收集到的長(zhǎng)纖維進(jìn)行磨漿,磨漿轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定為800、1500和2500轉(zhuǎn),磨漿濃度10%,磨漿間隙為0.2 mm。

1.2.3 抄紙

將不同磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的溫石棉長(zhǎng)纖維與篩分收集到的細(xì)小纖維以不同的比例充分混合均勻(細(xì)小纖維的含量:0、10%、20%、30%、40%、50%、60%),依次加入填料、膠乳、助留助濾劑,稀釋至漿濃為0.5%,然后抄片。

1.2.4 分析檢測(cè)

分別檢測(cè)不同磨漿轉(zhuǎn)數(shù)和細(xì)小纖維含量下漿料的打漿度、Zeta電位。按照GB/T453—1989檢測(cè)抄取板的抗張強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫石棉原料經(jīng)篩分后的基本物理性能

測(cè)定溫石棉纖維篩分所收集的長(zhǎng)纖維和細(xì)小纖維的基本性能指標(biāo),如打漿度、電荷密度、Zeta電位,結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同篩分纖維的漿料性能對(duì)比

從表1中可以看出,溫石棉纖維為正電性,經(jīng)過(guò)篩分收集的長(zhǎng)纖維為正電性而細(xì)小纖維為弱的負(fù)電性,溫石棉長(zhǎng)纖維的正電性和電荷密度均高于溫石棉原料。溫石棉纖維帶正電性的原因是由于溫石棉纖維中常含有FeO、Fe2O3、Al2O3、CaO、MnO2、Cr2O3等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)有些直接進(jìn)入晶格,取代結(jié)構(gòu)中的部分Mg,形成類(lèi)質(zhì)同相混合物,有些是機(jī)械混合物,分布于石棉纖維中,從而使溫石棉纖維帶正電[5]。長(zhǎng)纖維中含有較多的這些雜質(zhì),因此,帶較高的正電性。相對(duì)來(lái)說(shuō),由于細(xì)小纖維體積很小,因此包裹的這些雜質(zhì)也較少,同時(shí),由于細(xì)小纖維比表面積很大,因此,在水中時(shí),Al3+、Fe3+、Mn4+等雜質(zhì)容易從纖維表面溶出,從而使纖維帶弱負(fù)電性。

利用DDJ動(dòng)態(tài)濾水儀測(cè)定溫石棉中的細(xì)小纖維含量[6],由表1可見(jiàn),通過(guò)200目篩網(wǎng)的細(xì)小纖維在漿料中約占51.29%,可見(jiàn)溫石棉原料中的細(xì)小纖維含量很高,不適宜對(duì)其直接打漿。

2.2 篩分對(duì)漿料性能及抄取板強(qiáng)度的影響

將溫石棉原料磨漿1500轉(zhuǎn),記為篩分前的漿料;將溫石棉原料預(yù)先篩分,然后單獨(dú)對(duì)長(zhǎng)纖維磨漿1500轉(zhuǎn),再與篩分收集到的細(xì)小纖維混合均勻,記為篩分后的漿料。在兩種漿料中依次加入填料、膠乳以及助留助濾劑,測(cè)定打漿度、Zeta電位,并抄片測(cè)抗張強(qiáng)度,結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 篩分前后漿料性能及抄取板強(qiáng)度

由表2可見(jiàn),同樣是磨漿1500轉(zhuǎn),篩分后的漿料與未經(jīng)篩分的漿料相比,打漿度降低,Zeta電位上升,而抄取板的抗張指數(shù)提高了64.5%。因此,單獨(dú)對(duì)長(zhǎng)纖維進(jìn)行打漿處理,可降低細(xì)小纖維的含量,改善濾水性能,提高抄取板的強(qiáng)度。

由此可見(jiàn),溫石棉纖維篩分并單獨(dú)對(duì)長(zhǎng)纖維打漿處理是一種更合理的漿料處理工藝。

2.3 長(zhǎng)纖維和細(xì)小纖維的形態(tài)觀測(cè)

溫石棉原料經(jīng)過(guò)篩漿機(jī)篩分后得到長(zhǎng)纖維和細(xì)小纖維,其電子顯微鏡照片如圖1所示。對(duì)比可知,兩者差別明顯。長(zhǎng)纖維呈細(xì)絲狀,縱橫交錯(cuò),比較柔軟;而細(xì)小纖維部分主要是短小的纖維和碎片,進(jìn)一步證明細(xì)小纖維加入量過(guò)多時(shí)會(huì)堵塞纖維網(wǎng)絡(luò),導(dǎo)致濾水性能變差。溫石棉長(zhǎng)纖維中存在著大量的長(zhǎng)纖維束,因此,在打漿過(guò)程中應(yīng)將這些纖維束進(jìn)行充分的疏解分絲,以提高纖維之間的交織能力,從而改善抄取板的強(qiáng)度。

2.4 打漿對(duì)溫石棉長(zhǎng)纖維性能的影響

取一定量不同磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的石棉長(zhǎng)纖維,分散稀釋,依次加入填料、膠乳和助留助濾劑,配制成一定的漿料濃度,測(cè)定打漿度、Zeta電位,抄片測(cè)抗張強(qiáng)度。其結(jié)果如表3所示。

表3 打漿對(duì)溫石棉長(zhǎng)纖維性能的影響

由表3知,隨著磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加,溫石棉長(zhǎng)纖維的打漿度迅速上升,Zeta電位下降,細(xì)小纖維含量增加,而抄取板的抗張指數(shù)先增大后減小。這是由于溫石棉纖維打漿過(guò)程中容易發(fā)生脆裂,使得細(xì)小纖維的含量增加,打漿度上升。由于在打漿過(guò)程中,隨著纖維的細(xì)纖維化,纖維中的Al3+、Fe3+、Mn4+等雜質(zhì)從纖維中溶出,從而使纖維的Zeta電位不斷下降。

隨著長(zhǎng)纖維磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加,抄取板的抗張指數(shù)先增大后減小,其中磨漿轉(zhuǎn)數(shù)為1500轉(zhuǎn)時(shí),抗張指數(shù)最大。這是因?yàn)槲茨{的長(zhǎng)纖維中含有較多的纖維束(如圖1所示),而磨漿2500轉(zhuǎn)時(shí)細(xì)小纖維含量達(dá)到46.62%,這都會(huì)影響帶有高正電性的溫石棉長(zhǎng)纖維與負(fù)電性的膠乳及填料之間的結(jié)合;磨漿800轉(zhuǎn)和1500轉(zhuǎn)時(shí)纖維能夠產(chǎn)生較好的分絲效果(見(jiàn)圖2),細(xì)小纖維含量相對(duì)較少,為30%到38%,此時(shí)纖維的相互交織能力較強(qiáng),導(dǎo)致抄取板的抗張指數(shù)較高。因此溫石棉長(zhǎng)纖維最佳的磨漿轉(zhuǎn)數(shù)為1500轉(zhuǎn)。

2.5 長(zhǎng)纖維打漿轉(zhuǎn)數(shù)及細(xì)小纖維含量對(duì)溫石棉漿料性能和抄取板強(qiáng)度的影響

取溫石棉長(zhǎng)纖維(不同磨漿轉(zhuǎn)數(shù)),依次加入篩分收集到的細(xì)小纖維(不同比例)、填料、膠乳以及助留助濾劑,利用疏解機(jī)使其分散均勻,分別測(cè)定漿料的打漿度、Zeta電位,并抄片測(cè)抗張強(qiáng)度,結(jié)果見(jiàn)圖3～圖5。

2.5.1 對(duì)打漿度的影響

由圖3可知,總體而言,隨著長(zhǎng)纖維磨漿轉(zhuǎn)數(shù)和細(xì)小纖維含量的增加,打漿度呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。這是因?yàn)?漿料的打漿度主要受纖維分絲疏解程度和細(xì)小組分含量?jī)蓚€(gè)因素的影響。溫石棉纖維是一種脆性較高的礦物纖維,其在打漿過(guò)程中產(chǎn)生分絲細(xì)纖維化的同時(shí)也會(huì)受到擠壓、揉搓等作用,容易發(fā)生脆裂[5],使得細(xì)小纖維的含量增加,打漿度上升。

2.5.2 對(duì)Zeta電位的影響

由圖4可見(jiàn),隨著細(xì)小纖維添加量的增加,溫石棉漿料的Zeta電位呈現(xiàn)下降趨勢(shì),這是因?yàn)榧?xì)小纖維本身帶有負(fù)電性,當(dāng)加入到呈正電性的溫石棉長(zhǎng)纖維漿料中時(shí),細(xì)小纖維會(huì)吸附到溫石棉長(zhǎng)纖維表面,對(duì)纖維的雙電層的“壓縮作用”增大,使得漿料的Zeta電位下降,并且隨著細(xì)小纖維含量的增加,這種“壓縮作用”增大,造成Zeta電位逐漸下降。

由圖4還可以看出,在相同的細(xì)小纖維含量下,隨著長(zhǎng)纖維磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加,溫石棉漿料的Zeta電位下降。其板的抗張指數(shù)先增大后減小,其中磨漿轉(zhuǎn)數(shù)為1500轉(zhuǎn)時(shí),抗張指數(shù)最大。其原因與溫石棉長(zhǎng)纖維打漿對(duì)抗張指數(shù)的影響相同。

綜合以上實(shí)驗(yàn)可知,溫石棉長(zhǎng)纖維最佳的磨漿轉(zhuǎn)數(shù)為1500轉(zhuǎn),當(dāng)細(xì)小纖維添加量為30%時(shí),抗張指數(shù)最大,為11.3 N·m/g。

3 結(jié) 論

3.1 溫石棉本身為正電性,經(jīng)過(guò)200目篩網(wǎng)篩分收集的長(zhǎng)纖維為正電性,而細(xì)小纖維為負(fù)電性。利用DDJ動(dòng)態(tài)濾水儀測(cè)得通過(guò)200目篩網(wǎng)的細(xì)小纖維在漿料中約占51.29%。與對(duì)溫石棉原料直接進(jìn)行打漿相比,單獨(dú)對(duì)篩分后的長(zhǎng)纖維打漿,然后與細(xì)小纖維混合,可使?jié){料的打漿度下降,Zeta電位上升,抄取板的抗張指數(shù)提高64.5%。因此,長(zhǎng)短纖維分開(kāi)處理效果更好。

3.2 隨著磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加,溫石棉長(zhǎng)纖維中的細(xì)小纖維含量增加,打漿度迅速升高,Zeta電位下降,抗張指數(shù)先增大后減小。長(zhǎng)纖維最佳的磨漿轉(zhuǎn)數(shù)為1500轉(zhuǎn),此時(shí)抗張指數(shù)可達(dá)到10.2 N·m/g。

3.3 在相同的細(xì)小纖維含量下,隨著磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加,長(zhǎng)纖維與細(xì)小纖維混合后漿料的打漿度上升,Zeta電位下降;抄取板的抗張指數(shù)先增大后減小。

3.4 在相同的磨漿轉(zhuǎn)數(shù)下,隨著細(xì)小纖維含量的增加,長(zhǎng)纖維與細(xì)小纖維混合后漿料的打漿度呈現(xiàn)上升趨勢(shì),Zeta電位呈現(xiàn)下降趨勢(shì),抄取板的抗張指數(shù)先增大后減小。磨漿為800轉(zhuǎn)和1500轉(zhuǎn)的石棉長(zhǎng)纖維,當(dāng)細(xì)小纖維含量為30%時(shí)抗張指數(shù)達(dá)到最大,分別為8.07和11.3 N·m/g。原因與長(zhǎng)纖維Zeta電位隨磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加而逐漸下降的原因相同。

2.5.3 對(duì)抄取板抗張強(qiáng)度的影響

由圖5可知,在相同的磨漿轉(zhuǎn)數(shù)下,隨著細(xì)小纖維含量的增加,抄取板的抗張指數(shù)先增大后減小。未磨漿和磨漿2500轉(zhuǎn)的漿料,當(dāng)細(xì)小纖維含量為20%時(shí)抗張指數(shù)達(dá)到最大,分別為7.22和10.7 N·m/g,而磨漿后的漿料當(dāng)細(xì)小纖維含量為30%時(shí)抗張指數(shù)達(dá)到最大,分別為8.07和11.3 N·m/g。這是由于細(xì)小纖維作為一種添加劑加入到溫石棉紙料中,可以與溫石棉纖維較好結(jié)合,從而使得抄取板的強(qiáng)度增大,但是當(dāng)細(xì)小纖維含量過(guò)高時(shí),帶有負(fù)電性的細(xì)小纖維又會(huì)影響帶有高正電性的溫石棉長(zhǎng)纖維與負(fù)電性的膠乳以及填料之間的結(jié)合,使得抄取板的強(qiáng)度下降。

對(duì)比不同磨漿轉(zhuǎn)數(shù)下的抗張指數(shù)可知,在相同的細(xì)小纖維含量下,隨著長(zhǎng)纖維磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加,抄取

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(責(zé)任編輯:馬 忻)

The I nfluences of Ref ined Longer Fibers and Fines on Tensile Strength of the Asbestos Sheet

X IA Xin-xing CHENG Yan-na＊

(College of Paper m aking Engineering,Shaanxi University of Science&Technology,Xi'an,Shaanxi Province,710021)

夏新興先生,博士,教授,研究生導(dǎo)師;主要研究方向:濕部化學(xué)及特種紙。

TS722

A

0254-508X(2010)02-0018-04

2009-07-31(修改稿)