陶瓷纤维材料在节能环保中的发展应用

我国的工业化进程与社会经济水平伴随改革开放的这四十几年来得到了飞速发展，国家 GDP的增长百分比在很大程度上其背后付出的代价也是不容忽视的，工业化发展带来的最大问题就是环保问题。因此开发使用各种清洁能源和节能环保材料对于调整产业结构、走绿色发展道路是极为重要的事情。陶瓷纤维作为一种轻质、高效的保温耐火绝热材料，在工业生产及其他应用上能减少热能的损失，减少资源的浪费，已被广泛应用于工业、民用、航天、国防等领域的耐高温、绝热部位。

图1.陶瓷纤维材料制品图片概览©粉体圈

1.陶瓷纤维的发展时间线：

①最早于1941年由美国巴布·维尔考克斯公司用天然高岭土，用电弧炉熔融喷吹成纤维。②20世纪40年代后期，美国两家公司生产硅酸铝系列纤维，并首次应用于航空工业。③20世纪50年代，陶瓷纤维投入工业化生产。④20世纪60年代，美国研制出多种陶瓷纤维制品，并用于工业窑炉壁衬。⑤20世纪70年代，陶瓷纤维在我国开始生产使用⑥20世纪80年代，陶瓷纤维应用技术在国内得到迅速推广，但主要适用温度范围在1000℃以下，应用技术相对简单落后。⑦进入90年代，随着含锆纤维和多晶氧化锆纤维的推广应用，使用温度提高到1000℃~1400℃，但因产品质量缺陷和应用技术的落后，应用领域方式均有限制。⑧进入21世纪，各种陶瓷纤维材料伴随着科学技术的发展与研制的成功，已成为耐火耐高温应用中的常见客，并在质量与品种上日益丰富和完善。

从上面列举的时间线可以看出，陶瓷纤维生产在我国起步较晚，到20世纪70年代才先后在北京耐火材料厂和上海耐火材料厂研制成功并进行批量生产，并且初期生产的陶瓷纤维制品工艺技术落后，产品种类单一。直至1984年首钢公司耐火材料厂从美国CE公司引进电阻法甩丝成纤陶瓷纤维针刺毯生产线开始，我国多地耐火材料厂开始了国外生产线与技术的引进，从而改变了陶瓷纤维生产工艺、生产设备落后和产品单一的局势。在过去近50年里，中国陶瓷纤维行业历经了从无到有、从小到大、从多到少的发展历程，从单一的纤维棉发展到纤维喷涂、客诉率、浇注等多种形式的二次加工或深加工产品、从传统的棉、毯、毡产品到纤维模块、板、异型件、纸、纤维纺织品等，逐渐满足各个行业对耐火陶瓷纤维制品的使用要求。

2.陶瓷纤维的分类

表1.陶瓷纤维的分类via参考文献【3】

注意：

1）表1是国内诸生产厂家产品样本数据的综合整理，只用于对耐火纤维的概念化了解

2）耐火纤维制品的性能参数与耐火纤维有所区别，用户应根据生产厂家产品样本数据选用

3.陶瓷纤维在节能环保上的应用3.1作为高温绝热保温材料的应用

陶瓷纤维属于高效节能绝热保温材料，材料本身具有一般纤维的特点，同时又拥有普通纤维所没有的耐高温、耐腐蚀和抗氧化性能，更重要的一点是避免了一般耐火材料的脆性，从而在一定程度上取代着传统重质耐火砖被用作工业窑炉壁衬材料。其一，使窑炉的厚度减小了1/2，质量减轻了60-80%，窑炉砌筑时的筑炉钢材就节省了30-50%，不仅节省了窑炉的砌筑成本，也在很大程度上减轻了窑炉的钢结构负荷，从而延长炉体的使用寿命；其二，用轻质、低导热率、低热容量的纤维材料作窑炉炉壁可降低窑壁表面温度，加快窑炉的升温速度，从而减少了炉温操作控制中的能源消耗量，这在对加热炉的启炉、停炉起到了非常显著的节能效果。

因此以陶瓷纤维作为窑炉炉壁砌筑而成的工业窑炉在使用中最大的优点就是节能了。

3.2作为过滤材料的应用

纤维过滤材料与传统粒状滤料相比有更大的界面吸附并能截留悬浮物；相比于泡沫陶瓷过滤器具有更小的孔径和更高的过滤精度；相比于有机纤维过滤器又具有更良好的热稳定性、化学稳定性和抗热震性。因此陶瓷纤维材料凭借其强度高、抗热冲击性好、耐化学腐蚀等特点，在空气净化、高温烟气过滤、柴油机尾气微滤捕集、化工过滤、金属液过滤等方面得到了广泛的应用。【1】陶瓷纤维过滤器可以分为陶瓷纤维复合膜材料、陶瓷纤维纸、陶瓷辖内网（布）、陶瓷纤维过滤体。每种材料的制成工艺与应用范围均不相同，这在极大程度上满足了多种生产场景对过滤标准的要求。陶瓷纤维过滤技术在空气净化、高温烟气过滤、柴油机尾气微滤捕集上可减少大气环境污染与人体有害因素，在金属液过滤、化工过滤上降低废品率，减少无效废料的产生，这在节能环保上都发挥着重要作用。

3.3作为吸声隔音材料的应用

陶瓷纤维制品是微细纤维多孔的集合体，具有优异的吸声隔音性能。首先因为纤维制品本身在纤维之间就具有许多相连通的微小孔隙，所以当声波入射到纤维材料并在其内部传播时，孔隙中的空气存在的粘滞阻力以及纤维间的摩擦阻力，会将一部分声能转化为热能形成损耗。其次孔隙内空气被压缩时周围环境温度升高，稀疏时温度降低，纤维的热传导会再损耗一部分声能。陶瓷纤维主要已制成棉板的产品形态来作为吸声材料，除超细玻璃棉板和矿渣棉板的吸声系数较低除外，其它陶瓷纤维棉板的平均吸声系数均高于0.80，属于高吸声材料，【2】在工业、建筑、交通等领域得到了广泛的应用。在隔绝噪声污染上是一种值得推广的吸声制品。

尽管陶瓷纤维制品在高温工业等领域发挥了重要的作用，但世间并无十全十美之物，其存在的弊端也不容忽视，最突出的就是陶瓷纤维材料比较松软，需要护面材料，施工安装过程中易引起粉尘，刺激皮肤，也存在可吸入性，在生产制造过程中会对环境空气和人体造成一定的危害。这方面就需要在实践中在不改变陶瓷纤维本身优异性的同时，不断提升产品使用性能，“去其糟粕，取其精华”才是任何事物保持持续发展生命力的宗旨。