石棉纤维

概念 | 天然纤维状的硅质矿物的泛称

石棉 是天然纤维状的硅质矿物的泛称,是一种被广泛应用于建材 防火板 的硅酸盐类矿物纤维,也是唯一的天然矿物纤维。岩石受动力变质条件产生。石棉纤维是指 蛇纹岩角闪石 系的无机 矿物纤维 ,基本成分是水合硅酸镁(3Mg0·3 SiO2 ·2H2O)。石棉纤维的特点是耐热、不燃、耐水、耐酸、耐化学腐蚀。石棉纤维的类型有30余种,但工业上使用最多的有3种,即 温石棉青石棉 、铁石棉。石棉有致癌性,在石棉粉尘严重的环境中有感染癌型间皮瘤和肺癌的可能性,因此,在操作时应注意防护。用作胶粘剂粘接时耐高温和阻燃增强 填充剂

历史渊源

人类对石棉的使用已被证明上溯到古埃及,当时,石棉被用来制作法老们的裹尸布。在芬兰,石棉纤维还在旧石器时代的陶器作坊被发现了。希腊历史学家赫罗多托斯(公元前5世纪)曾谈到用来装盛被焚烧尸体骨架的耐火容器。据说夏勒马澳拥有一块用石棉制成的白色台布,他在一次宴请客人的饭后将桌布扔于火中以使客人感到惊奇。中国 周代 已能用石棉纤维制做织物,因沾污后经火烧即洁白如新,故有 火浣布火烷布 之称。列子书中就有记载:“火浣之布,浣之必投于火,布则火色垢则布色。出火而振之,皓然疑乎雪”。 马可波罗 曾说道一种“矿物物质”,被 鞑靼人 用来制作 防火服 。在法国, 拿破仑 皇帝曾对石棉很感兴趣,并鼓励在意大利进行实验。最古老的石棉矿是在 克里特岛 (希腊)、塞浦路斯、希腊、印度和埃及发现的。在18世纪,欧洲共记载了20个石棉矿,最大的是位于德国的赖兴斯坦(Reichenstein)。在美洲大陆,宾夕法尼亚州开采石棉始于17世纪末期。1860年以后工业采矿发展起来,这既是受到了意大利和英格兰纺织工业的驱动,又是因为在南非、北美和俄国发现了大型石棉矿藏。1900年前后,全世界开采的石棉数量大约是每年30万吨。石棉采矿自工业时代开始一直不断发展,1975年约500万吨的石棉被开采出来,此后,吸入石棉粉尘带来的健康风险被广为传播开来,使用石棉的数量逐步下降,到1998年降至300万吨上下。

特点

(1)比密度和容重都较小。比密度平均为2.75,容重为1600~2200kg/m3,是很好的 轻质材料

(2)导热性低。 导热系数 为0.198~0.244W(m·K).

(3) 导电率 低。其寿命比 铸铁管 长,机械强度高,能程受较大压力。是一种较好的电绝缘材料。

(4)容易切削加工。用钉子也能很好地将其制品凿通,这点与木材性质相似。

(5)化学性质稳定。虽不耐酸,但在矿物水中比 混凝土管 耐久。

成分结构

对纤蛇纹石石棉的化学成分、晶体结构、形态特征和活性进行了研究,探讨了纤蛇纹石石棉制备纤维状纳米SiO2的原理,并对试验产物进行了分析。纤蛇纹石石棉是天然产出的纳米管状材料,其内管直径为3.5~24nm,多数小于11nm,外管直径为16~56nm,绝大多数在20~50nm范围内。纯净的纤蛇纹石石棉样品的化学成分主要为SiO2、MgO和H2O+,其质量分数SiO2约为42%,MgO约为42%,结构水H2O+约为13%。 纤蛇纹石 具有卷管状结构,化学键特点决定了其具有很好的化学活性和可改造性,为制备纤维状纳米SiO2粉体材料创造了基础。纤蛇纹石石棉纤维经酸处理后,MgO等组分被浸取出来转变为 硫酸盐 ,而残留下 非晶质 纳米SiO2纤维残骸;经后处理即可获得纤维状SiO2纳米材料。

应用

(图)应用 石棉纤维可以织成纱、线、绳、布、盘根等,作为传动、保温、隔热、绝缘、密封等部件的材料或衬料,在建筑上主要用来制成 石棉板石棉纸 防火板, 保温管 和窑垫以及保温、防热、绝缘、隔音、密封等材料。石棉纤维可与水泥混合制成石棉 水泥瓦 、板、屋顶板、石棉管等石棉水泥制品。石棉和 沥青 掺合可以制成石棉沥青制品,如石棉沥青板、布( 油毡 )、纸、砖以及液态的石棉漆、嵌填水泥路面及 膨胀裂缝 用的 油灰 等。国防上石棉与 酚醛聚丙烯 等塑料粘合,可以制成火箭抗 烧蚀材料飞机机翼 、油箱、火箭尾部喷嘴管以及鱼雷高速发射器,船舶、汽车以及飞机、坦克、舰舶中的隔音、隔热材料,石棉与各种橡胶混合压模后,还可做成液体火箭发动机连接件的 密封材料

1.纺织。由于大多石棉纤维的长度较短,比较脆硬,容易折断,用机械加工容易污染空气。为了改进纺纱工艺和防止污染,近年来采用湿法纺纱,首先制成石棉薄膜带,经加拈制成纱线,然后再加工成为各种石棉制品。

2.建筑。石棉水泥制品,常见的如 石棉水泥管 ,石棉水泥瓦和 石棉水泥板 和各种石棉复合板等。各种彩色 石棉瓦 、彩色石棉板等也被逐渐推广,石棉板也可用于建筑物的隔热、 隔音墙板 等。生产石棉水泥制品一般选用硬结构的针状棉,级别要求不甚高,4~5级棉即可满足使用要求。

石棉水泥制品具有较高的抗弯和抗拉强度,可制成薄壁制品;还具有耐蚀、不透水、抗冻性与耐热性好以及易于机械加工等许多优点。其主要缺点是抗冲击强度较低;石棉纤维在沥青中可以提高沥青的软化温度及降低其在低温下的脆性,石棉沥青制品可作为建筑物的防水、保温、防潮、嵌填、绝缘、耐碱等材料。

3.工业

(1)石棉保温隔热制品。例如,锅炉外壁和导管上常用石棉制作保温层,能提高锅炉的热效率;对蒸汽设备隔热,可降低车间温度;冷藏设备采用石棉隔热,可以提高冷藏效果;用于车、船等交通工具的锅炉室隔热,将不致提高车厢或船舱的温度。

(2)石棉橡胶制品:主要用于各种设备的密封、衬垫。主要品种包括: 油浸石棉盘根 、油浸 石棉石墨盘根 、其它 石棉盘根石棉橡胶板 ,耐油板等。生产量最大的是普通石棉橡胶板(高、中、低压)及耐油板,一般用温石棉制造,根据牌号不同选择不同级别。

(3)石棉制动(传动)制品:是任何 传动机械 和交通工具所不可缺少的,因为石棉有较高的机械强度和耐热性,有良好的摩擦性能。

检测

(图)石棉纤维制品 石棉纤维以其特有的化学物理特性被应用于建筑材料、绝缘保温材料、密封材料、摩擦材料等,这些材料广泛存在于人们日常生活中。石棉纤维对人体的健康影响已经有较深入的研究,进入人体内的石棉纤维具有致病可能。

随着人们环保意识的不断提高,对于石棉的危害越来越得到关注,石棉材料的安全使用以及含石棉废物的处理处置工作越来越得到重视。另外,随着中国经济建设的不断发展进步以及日益增多的国际交往,我国的很多产品销往国外。由于世界各国对含石棉产品的使用有不同程度的限制,往往给产品的顺利出口带来麻烦。在这种情况下,材料中的 石棉检测 的需求越来越多,能够准确的识别判定材料中是否含有石棉纤维有着非常重要的意义。

国家环境分析测试中心 从上世纪80年代末即开始石棉的测定方法研究和实践,在这一领域有着深厚的工作基础。近年来依托 扫描电镜 -能谱技术和科技部新技术新方法项目,在材料中石棉纤维的识别和空气中石棉纤维的检测方面进行了深入的研究,对样品的采集、前处理、检测等的参数进行了优化,并在实际样品的测定中得到应用和验证。

一.材料中石棉纤维的检测

扫描电镜-能谱系统用来识别判断石棉纤维有着独特的优势:扫描电镜的形貌观测功能可以很好的区别纤维颗粒与其它非纤维颗粒,并能根据形貌特点做出初步判断;能谱系统通过对所观测纤维颗粒进行元素分析,得出所该颗粒的元素组成,与标准谱图进行对比,识别出这种纤维是否属于石棉纤维,并能对石棉的种类做出判断。

近年来为委托单位所测定的材料样品主要有两类,建筑材料(包括水泥、涂料、防水、保温材料等)和摩擦材料(刹车片等)。目前,这样的需求越来越多,仅2007年我们就得到国内十余家单位的委托,共检测样品近百个。

材料样品要通过粉碎、去除有机物、样品制备、样品表面喷涂导电离子, 电镜 观测等步骤进行测定。下面是材料中典型的石棉纤维照片和能谱图。

二.石棉工作场所空气中石棉纤维的检测

空气中石棉纤维的检测需要到现场进行样品采集,利用适合电镜分析的 核孔膜 进行采集工作。剪下一小块采集好的样品膜,用导电 双面胶 布固定在电镜专用样品台上,在表面上喷涂导电粒子,然后放入扫描电镜中进行检测。

石棉纤维的确定方法和材料的方法相同。空气中的石棉纤维的计数原则是:纤维的长度大于5微米,宽度小于3微米,长宽比大于3:1。检测中对符合这个原则的石棉纤维进行计数。检测一定面积中的石棉纤维的根数,推算出整个样品膜上的石棉纤维总的根数,然后除以采样体积,可以折算出单位体积空气中的石棉纤维根数。

防治危害

a.城市中禁止兴建石棉及石棉加工厂,已建工厂则增设高效 除尘装置 ,加强个人防护。

b.制订石棉的排放标准和最高容许标准。

c.禁止喷涂含有石棉纤维的耐火材料。

d.严禁将石棉垃圾倾入江河湖海等水域。

e.通过法规限制使用石棉制品。

注意身边的危害:卫生监督人员指出,一些旧住宅内的天花板,管路的绝热、 隔音材料 大多是石棉制品,当这些石棉材料被拆修、切割、重塑时,也会有大量细小的石棉纤维飘散在空气中,此时作业者必须佩戴 防尘口罩 。另外,由于石棉纤维细小,很容易附着在人身体上带入室内,因此接触石棉的作业者离开工作场所时都应该自觉洗澡换衣,以免危害自己和他人的身体健康。石棉水泥管道作用于输水管会造成 饮用水污染 。专家的调查结果表示,驾驶人每踩一次刹车,则因 刹车碟 磨损而逸出的石棉纤维即弥漫在空气中,在汽车往来频繁的公路,尤其是都市 交通拥挤 的道路四周,地面及空气中累积的石棉纤维灰尘已到危险程度,路人吸进肺部后极易引发疾病。由于石棉纤维能引起石棉肺、胸膜间皮瘤等疾病,许多国家选择了全面禁止使用这种危险性物质,其他一些国家正在审视石棉的危险。

特点
密度和容重都较小
优点
易加工、导热性低
中文名
实质
比密度平均