[发明专利]耐辐照玻璃纤维以及利用其制成的针刺毡

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐辐照玻璃纤维以及利用其制成的保温材料制品。

背景技术

随着国家核电中长期发展规划的颁布，未来相当长时间内我国将大力发展压水堆核电站。核电站反应堆压力容器及主管道在正常运行时，要求对其高温外表面发射出来的热量进行隔离，减少散热损失，需设置一保温层，使压力容器产生的热量能有效地用来发电。这就要求保温层材料不仅能够耐高温，还要能在强烈的中子辐照等恶劣条件下运行，且能够保证长期使用不失效。目前核电站中核岛设备的保温基本采用金属反射式保温结构，主要是利用不锈钢金属箔的反射特性使其辐射热在空隙中被多次反射以减少辐射传热，同时利用保温盒内相对密闭的空气减少对流而起到保温作用。但是对于一些异形件的保温，由于异形件形状复杂，例如，一些压力回路管道的弯角位置，加上金属保温材料无法进行加工制造，因此金属反射式保温材料的安装和使用受到限制。

发明内容

本发明目的是解决现有技术中采用金属反射式保温结构带来的问题，提供一种耐辐照玻璃纤维，使利用其制成的针刺毡能够耐高温、耐辐照，并且使用寿命长。

为了实现上述目的，本发明人采用玻璃纤维为原料，用刺针对梳理后的短切玻纤毡进行针刺，用机械方法使毡层玻纤之间纤维相互缠结，纤网得以加固而制成毡状非织造材料。玻璃纤维的主要成分为氧化硅(占50％以上)，本身具有不燃性、耐腐蚀、尺寸稳定、吸湿率接近于零、强度高的优点，长时间使用不会减低其功能特性；同时，玻璃纤维针刺棉毡层间呈单纤维，三维微孔结构，孔隙率高，纤维呈现不规则排列，热传导系数低，为极佳隔热材料。与其他隔热材比较，玻璃纤维针刺毡的质量最轻、最柔，安装简易，若安装在机械上，可减轻其重量与震动的负荷，尺寸可依实际使用要求来任意裁切。

本发明是通过如下的技术方案来实现的：

一种耐辐照玻璃纤维，由如下原料制成：

SiO₂：50～60％，Al₂O₃：18～25％，MgO：10～15％，CaO：3～15％，BaO：0～3.5％，不可避免的杂质为0～0.9％，上述百分比均为质量百分比。

所述不可避免的杂质为Fe₂O₃、Li₂O、Na₂O、K₂O、B₂O₃，其中：Fe₂O₃含量为0～0.4wt％，Li₂O、Na₂O及K₂O的含量和为0～0.5wt％，B₂O₃的含量为0～0.2wt％。玻璃成分中诸元素的热中子吸收截面应尽可能小，因此，凡对热中子有很大俘获截面的氧化物，如Li₂O、B₂O₃等的含量应严格控制在3/1000以下。

SiO₂作为网络形成体，在熔体急冷过程中构成玻璃纤维主体，因此，SiO₂的含量越高，玻璃纤维的显微结构越致密，力学性能越好，但含量过高，导致玻璃高温粘度急剧增加，熔化困难和纤维成型温度显著上升，本发明优选SiO₂的含量范围为50～55％。

Al₂O₃在玻璃结构理论中作为网络中性体，Al³⁺既能以网络外体离子[AlO₆]八面体的结构破坏Si-O网络结构，也会在网络外体离子的作用下以[AlO₄]四面体的形式进入玻璃的网络结构，因此需要控制Al₂O₃的含量，优选SiO₂/Al₂O₃的质量比为(2～3)：1。

MgO和CaO在玻璃结构中属于网络外体，有降低玻璃高温粘度的作用。其中MgO由于Mg-O键强高，对提高玻璃的强度有显著的作用，但影响玻璃的析晶性能；CaO同时能够改善玻璃的析晶性能，降低析晶温度，本发明优选MgO/CaO的质量比为(0.66～5)：1。

BaO属于网络外体，有降低玻璃高温粘度的作用，作为具有较小热中子吸收截面的重金属元素，可阻滞快中子，提高玻璃纤维的耐中子辐照性能，本发明优选BaO的含量为1～2.5wt％。