[0001] 本发明涉及一种超高厚氧化铝纤维毯的制备方法及针刺系统，属于耐火纤维材料技术领域。

[0002] 耐火纤维材料具有众多特殊属性，耐高温、质量轻、隔热性能极佳、热容低、延伸性好、有较强的稳定性，能在中性、氧化气氛下长期使用。氧化铝纤维毯是由耐火材料氧化铝纤维制备而成，其广泛应用于化工产业、建筑行业、电子行业，航空航天业、军工业耐火隔热领域，常采用喷吹或挤出成型的生产工艺，经针刺、热定型、打卷等工序制成，需要确保产品纤维直径均匀、渣球含量低、厚度均匀。

[0003] 目前已有氧化铝纤维毯的制备方法，如专利CN111270411B通过将特定含水率的前驱体纤维在特定的温度和湿度下进行养护处理，在保证纤维内部含水率的情况下，保证了纤维具有更高的强度，减少了纤维与纤维间的阻力，从而可在不添加任何润滑脂的情况下，实现前驱体纤维坯针刺交织定型成毯，然而该方法存在纤维较粗，强力较低的问题。

[0004] 静电纺丝是均匀制备纳微米纤维最为有效的方式，但是纺丝产量低，不易于批量生产。传统生产工艺为保证纤维毯的一定均匀性和低损伤，只能生产6～30mm厚的氧化铝纤维毯，无法直接形成高厚组织；想要形成高厚组织的氧化铝纤维毯，需要操作人员使用组块加工设备对纤维毯进行重复堆砌、预压缩和折叠，以特定尺寸进行加工制作，保证折叠块间形成无缝隙的整体，才能最终得到需要的厚度，而这会对纤维造成了不可逆的损伤，效率降低且自动生产化减弱，不能满足日益增长的生产需求。

[0005] 由于现有氧化铝纤维毯的生产工艺存在连续化程度较低；制备氧化铝纤维毯存在成型过程中纤维损伤大，整体强度降低等问题，因此难以连续化生产超高厚的氧化铝纤维毯。

[0076] 以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。

[0077] 测试方法：

[0078] 1、抗拉强度测试：

[0079] 采用《GB/T 17911‑2018耐火纤维制品试验方法》抗拉强度的测定；

[0080] 2、容重测试：

[0081] 采用《GB/T 17911‑2018耐火纤维制品试验方法》体积密度的测定；

[0082] 3、使用温度测试：

[0083] 裁取长×宽为100mm×100mm的样品，在1400℃下保温24h，对长和宽进行测量，得到处理后的尺寸，线收缩率＝(样品原尺寸‑处理后尺寸)/样品原尺寸×100％，若热处理线收缩小于5％，则表明纤维毯适用于此使用温度。

[0084] 实施例1

[0085] 如图1所示，本实施例提供一种超高厚氧化铝纤维毯针刺系统，包括静电溶吹装置1、铺网装置2、高温烧结装置3、喷胶柔顺装置4、热风烘干装置5、交叉铺网装置6、压缩预刺装置7、叠刺装置8和输网装置9；各装置依次排布通过输网装置9连接；静电溶吹装置1的数量为两个，用于将铝溶胶纺丝液在铺网装置2上形成纤维网，两个静电溶吹装置1并列排布，且二者之间间距40～60cm，并通过隔板隔开来保证静电溶吹装置内温湿度在10～20％RH，使喷出纤维不易损伤；铺网装置2用于铺设纤维网，纤维网通过输网装置9依次通过高温烧结装置3、喷胶柔顺装置4、热风烘干装置5、交叉铺网装置6、压缩预刺装置7和叠刺装置8；高温烧结装置3用于纤维烧制成型，喷胶柔顺装置4用于柔顺纤维，减少纤维在后续针刺中的变形；热风烘干装置5用于干燥喷胶；交叉铺网装置6用于将成型纤维网初步层叠以便于进行压缩预刺；压缩预刺装置7用于将叠放好的纤维网进行初步针刺，使层叠的纤维网紧密结
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合以提高层叠的纤维网的密度，使密度达到50～60g/cm ；叠刺装置8用于将纤维网针刺形成超高厚氧化铝纤维毯。

[0086] 静电溶吹装置1包括电压场发生装置和喷丝板，且使得喷丝板处于电场中，如图2所示，喷丝板包括进料口10，进气口11，喷气口12和喷丝口13，其中喷气口12环绕在喷丝口13外部；电压场发生装置用于产生电场力，电场力的方向与液体表面张力的作用方向相反。

[0087] 铺网装置为非织造布铺网机；

[0088] 高温烧结装置为高温烧结炉；

[0089] 喷胶柔顺装置为全自动喷胶机；

[0090] 热风烘干装置为热风干燥箱；

[0091] 交叉铺网装置为交叉铺网机；

[0092] 压缩预刺装置为全自动针刺机；

[0093] 叠刺装置的针刺机构的结构如图4所示，包括连接柱14，针刺板15，输网板16和输网装置传动轴17组成，针刺板15由连接柱14控制上下移动，连接柱14和输网装置传动轴17由控制电机直接控制，在生产过程中可以通过程序自动调整或手动调整来控制针刺升度和输网方向和速度，提高针刺效率，从而提高生产效率。

[0094] 本实施例中，铝溶胶纺丝液的粘度调节为20000mPa·s；静电溶吹装置的喷丝板结构如图2所示，由进料口10，进气口11，喷丝口12和喷气口13组成；进料口10与喷丝口12连通，喷气口13于进气口11连通，喷气口12环绕在喷丝口13外部，通过进气口11内部通道进行供气；在喷丝板上方设置电压场发生装置，在喷丝口12喷出纤维时，同时受电场力和喷气的拉伸，伸长下落至喷丝板下方纤维收集处，吹风口将喷丝口环绕，使喷出纤维受风力均匀，便于拉伸成型，生产出强力高、柔软性好的氧化铝纤维；电压场的电压为85kV，吹风口的风速为0.05m·pa；铺网装置2的运动速度为0.2m/s；高温烧结装置3的温度为1100℃；喷胶柔顺装置4采用短纤浸润剂，流速为1L/min，喷胶装置4与输网装置9的出口高度间距为0.3m；热风烘干装置5的烘干温度为110℃；交叉铺网装置6的数量为1个，移动铺网速度为0.3m/s；
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压缩预刺装置7的针刺方式为垂直针刺，针刺密度为30针/cm ，针刺频率为25次/min；叠刺装置8包括放卷机构、输网机构和针刺机构(如图3所示)；所述放卷机构位于针刺机构两侧，输网机构在放卷机构和针刺机构下方；输网机构将前置工艺生产的预刺纤维网输入和进行回退，针刺机构进行针刺，放卷机构在纤维网输入和回退过程中进行添加纤维网叠放；放卷机构和输网机构的第一高度间距为1.5m；针刺机构的针刺方式为垂直针刺，针刺密度为25
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针/cm，针刺频率为40次/min；叠刺装置的步进量为10mm，开始针刺的初始层数为2层，运输长度为4米，初始针刺升度(刺针穿出底层纤维网的长度)为6mm，在叠刺装置中纤维网达到运输长度，通过输网机构进行回退，回退至机前通过放卷装置叠放一层纤维网，叠放完成后通过输网机构进行前进再次通过针刺机构，总针刺层数为35层，升度在每叠放3层纤维网进行调整，升度的每次调整为上升3mm，叠刺工艺如图5所示。

[0095] 本实施例得到的超高厚氧化铝纤维毯的纤维平均直径为5μm，厚度为100mm，容重3
为120kg/cm ，抗拉强度为192kPa，热处理线收缩(1400℃×24h)为0.4％，使用温度为1400℃。

[0096] 实施例2

[0097] 与实施例1不同的是，超高厚氧化铝纤维毯的总针刺层数为40层，其他条件与实施例1一致。

[0098] 本实施例得到的超高厚氧化铝纤维毯的厚度为110.3mm，容重为128kg/cm3，抗拉强度为187Kpa，热处理线收缩(1400℃×24h)为0.9％，使用温度为1400℃。

[0099] 实施例3

[0100] 与实施例1不同的是，叠刺装置8初始步进量改为8mm，其他条件与实施例1一致。

[0101] 该实施例得到的超高厚氧化铝纤维毯的厚度为97.8mm，容重为130kg/cm3，抗拉强度为190kPa，热处理线收缩(1400℃×24h)为0.8％，使用温度为1400℃。

[0102] 对照例1

[0103] 与实施例1不同的是，针刺升度的每次调整为上升2mm，其他条件与实施例1一致。

[0104] 测试结果发现，氧化铝纤维毯底部产生过多孔洞，纤维露出，部分破坏，厚度约为3
92.3mm，容重约为133kg/cm，抗拉强度为121kPa。

[0105] 对照例2

[0106] 与实施例1不同的是，针刺升度的每次调整为上升5mm，其他条件与实施例1一致。

[0107] 测试结果发现，氧化铝纤维毯内部针刺不完全，上下分层、纤维脱散，厚度约为122mm，抗拉强度为80kPa。

[0108] 对照例3

[0109] 与实施例1不同的是，升度改为在每叠放5层纤维网进行调整，其他条件与实施例1一致。

[0110] 测试结果发现，氧化铝纤维毯内部被刺针穿透过度，沿针刺方向开裂，厚度约为89mm，抗拉强度为50kPa。

[0111] 对照例4

[0112] 与实施例1不同的是，在静电溶吹装置中关闭吹风口，其他条件与实施例1一致。

[0113] 测试结果发现，产出氧化铝纤维毯纤维直径在7～14μm，渣球率为4％，厚度约为112mm，抗拉强度为48kPa。

[0114] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。