多晶莫來石耐火纖維的制造工藝，在化學(xué)成分上不同于A80和A95多晶氧化鋁纖維，它是根據(jù)Al2O3•SiO2二元相圖中，以形成最穩(wěn)定相或者說形成單一晶體為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行化學(xué)配比來獲取。多晶莫來石耐火纖維的生產(chǎn)也采用膠體法，配比的化學(xué)成分Al2O3為72%-75%，SiO2為25%~28%。其制造原理將可溶性金屬鋁粉、鹽酸和工業(yè)軟水混合成具有一定黏度的透明膠體溶液，通過轉(zhuǎn)盤甩絲或噴吹成絲的坯體后，進(jìn)行低溫烘干和高溫?zé)崽幚眍A(yù)結(jié)晶化。
多晶莫來石耐火纖維生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。
圖1 多晶莫來石耐火纖維生產(chǎn)工藝流程
(1)溶膠體的制備，采用常溫下膠體工藝，實(shí)質(zhì)上是按晶體種類將含有鋁的鋁鹽和鋁變成相應(yīng)的氧化物，再放入成膠的添加物制成黏度高和能成纖的膠體溶液。根據(jù)這一原理，可選用工業(yè)級結(jié)晶氧化鋁配制成水溶液，并按—定的Al/C1之比在溶液中溶入金屬鋁粉，這種溶液經(jīng)過水解、聚合等劇烈的化學(xué)反應(yīng)形成透明穩(wěn)定的氧氯化鋁無機(jī)膠體——母液。由于所采用的原料即氯化鋁水溶液有強(qiáng)烈的腐蝕性，所以整套設(shè)備及裝置都不能使用金屬。特別是將氯化鋁水溶液加熱至沸騰的容器材質(zhì)很關(guān)鍵。
根據(jù)莫來石晶相的化學(xué)組成，需要在母液里加入硅溶膠配制成膠體。在配制膠體溶液時(shí)，為了避免膠體出現(xiàn)凝膠和沉淀現(xiàn)象，同時(shí)也為了抑制纖維坯體在預(yù)結(jié)晶加熱時(shí)，形成晶相后造成SiO2在晶界富集，從而為產(chǎn)生方石英創(chuàng)造條件，可以摻入一些有機(jī)酸。配好后的膠體要加熱濃縮，必須排除一部分溶劑(主要是物理水)，使膠體聚合黏度達(dá)到成纖要求的指標(biāo)。為了控制膠體的流變性能，應(yīng)向膠液中加入一定量的高分子聚合物。由于膠體溶液濃縮工藝量大、時(shí)間長、溫度控制嚴(yán)格、均勻性要求高、黏度控制要求精確，因此應(yīng)當(dāng)采取增大蒸發(fā)面積和改善膠體液面環(huán)境等一系列措施，并設(shè)計(jì)出一套高效的濃縮系統(tǒng)。
(2)成纖工藝。成纖或稱為成絲，是生產(chǎn)多晶莫來石耐火纖維的關(guān)鍵，也是技術(shù)難度和操作難度較大的一個(gè)環(huán)節(jié)。為了提高纖維的質(zhì)量，減少渣球和夾雜的含量，可采用常溫高速離心甩絲成纖方法。首先將配制好的膠體放入一個(gè)壓力容器內(nèi)，通過氣力輸送到高速旋轉(zhuǎn)的圓盤上，膠體被離心拋出后經(jīng)熱空氣噴吹成纖。在這一工藝環(huán)節(jié)中，膠體的黏度.圓盤的轉(zhuǎn)速、熱氣流溫度和成纖塔這4個(gè)環(huán)節(jié)都有一定的有機(jī)聯(lián)系和相互制約的關(guān)系。
(3)纖維的干燥及熱處理。由膠體成纖工藝制得的多晶纖維坯體其表面積大，極易吸收空氣中的水分而變成泡糊，所以對剛出來的纖維坯體必須迅速進(jìn)行干燥，否則纖維絲之間會(huì)出現(xiàn)粘連，不但會(huì)影響到熱處理質(zhì)量，形成的制品也易脆化。纖維的坯體干燥一定時(shí)間后要立即進(jìn)行熱處埋，以便使纖維在高溫下脫水，燒掉碳?xì)浠衔铮逛X鹽中的氯離子(Cl-)轉(zhuǎn)變成氯化氫氣體逸出。在這一工藝過程中，需嚴(yán)格控制升溫速率，以保證纖維結(jié)構(gòu)不被破壞。在此條件下，熱處理爐升溫速率可隨纖維的直徑減小而加大。在熱處理過程中會(huì)產(chǎn)生有一定溫度(高于500℃)的腐蝕性氣體。這就需要科學(xué)地選用爐體耐火材料和外殼材質(zhì)。
纖維坯體經(jīng)過干燥和熱處理這兩道工序后，形成的是玻璃態(tài)的半成品，這時(shí)的纖維之間不會(huì)發(fā)生粘結(jié)。將半成品再放入爐內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)崽幚?預(yù)結(jié)晶)，要按轉(zhuǎn)晶的升溫曲線加熱升溫，最后得到多晶莫來石耐火纖維。