CN103833230A - 一种连续超细玻璃纤维及其离心制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续超细玻璃纤维，所述玻璃纤维按质量计由60-67份SiO2，2-6份Al2O3，3-7份CaO，1.5-4.5份MgO，0.1-2份K2O，14-18份Na2O和3-8份B2O3组成；其直径为1-5μm，长度为150-50000mm。本发明生产所述连续超细玻璃纤维的方法，首先选取一定量的选取硼砂、石英砂、钾长石粉、钠长石粉、白云石、纯碱、方解石并混合熔炼得玻璃液；然后将玻璃液引入转速为3800-4500r/min的离心盘，经离心形成玻璃细流；最后用高温燃气喷吹拉伸玻璃细流得玻璃纤维成品。本发明的玻璃纤维纤维直径为1-5μm，而且长度可达150-50000mm，强度高。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料领域，涉及一种玻璃纤维，特别涉及一种连续超细玻璃纤维；本发明还涉及一种离心制造连续超细玻璃纤维的方法。
背景技术
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，按形态及长度可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉。连续纤维又称纺织纤维，其长度理论上是无限延续的，经纺织加工后，可以制成玻纱、绳、布、带、无捻粗纱、短切丝等制品；定长纤维长度一般在300～500mm；玻璃棉长度较短，一般小于150mm，玻璃棉内部纤维蓬松交错，存在大量微小孔隙，可以用作建筑、工业等领域的保温隔热、吸音降噪。
目前，国内普遍采用漏板拉制的方法生产连续玻璃纤维，中国专利CN101186445A公开了一种漏板拉伸生产连续玻璃纤维的工艺，首先将玻璃原料投入熔化部熔制，然后通过漏板拉制连续玻璃纤维。
离心喷吹法是指将玻璃溶液送入侧壁设有小孔的离心盘进行离心生成初次纤维，然后用高速高温燃气喷出拉伸初次纤维得到二次纤维成品。中国专利CN103130410A公开了一种通过离心喷吹生产玻璃纤维棉的方法，该方法成纤稳定、产量高、可以同时制备不同直径的玻璃纤维。但是，目前国内尚不能用离心喷吹法生产连续玻璃微纤维，只能制备长度在150mm以下的玻璃棉及其制品，这一点在《玻璃纤维与矿物棉全书》（ISBN7-5025-3108-4）中有详细说明。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种连续超细玻璃纤维及离心制造连续超细玻璃纤维的方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：连续超细玻璃纤维，按质量计由60-67份SiO2，2-6份Al2O3，3-7份CaO，1.5-4.5份MgO，0.1-2份K2O，14-18份Na2O、3-8份B2O3和不可避免的杂质组成；其直径为1-5μm，长度为150-50000mm。
进一步，所述玻璃纤维的抗拉强度为600-2500MPa。
进一步，所述玻璃纤维含水率≤0.5%wt。
进一步，所述超玻璃纤维直径为1-2.5μm，长度为300-50000mm。
一种生产连续超细玻璃纤维的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、按质量计，选取硼砂8-12份、石英砂40-42份、钾长石粉7-9份、钠长石粉4-6份、白云石11-13份、纯碱18-20份、方解石1-3份；
2）、将步骤1）所选原材料加热到1460-1500℃熔炼得玻璃液；
3）、将步骤2）的玻璃液引入转速为3800-4500r/min的离心盘，玻璃液从离心盘侧壁小孔喷射而出形成玻璃细流；
4）、用高温燃气喷吹拉伸步骤3）的玻璃细流得玻璃纤维成品。
进一步，步骤3）之前还包打磨使离心盘小孔内壁光滑的步骤。
进一步，离心过程中离心盘内玻璃液温度为1200-1480℃。
进一步，所述离心盘侧壁设有8000-15000个直径为0.7-0.8mm的小孔，其环形火口的宽度精度小于0.1mm，主轴与火口的同心度精度小于0.1mm。
进一步，步骤4）喷吹时高温燃气温度为1180-1220℃，喷吹速度为9-11m/s。
进一步，步骤4）所喷吹的高温燃气为天然气与空气的混合物，天然气与空气体积比为1:14-1：16。
本发明的有益效果在于：本发明的玻璃纤维原材料简单，制备工艺复杂，纤维直径为1-5μm，而且长度可达150-50000mm，强度远高于传统离心法获得的玻璃纤维，可用于生产玻璃纤维短切丝棉、毡、板或其他制品。本发明制造玻璃纤维的方法，所选用的原材料中金属氧化物的含量高，降低了原材料熔化温度和玻璃液粘度，使得反应过程容易控制；本发明制备玻璃纤维时在特定的离心盘进行，该离心盘火口宽度精度小于0.1mm，主轴与与火口的同心度精度小于0.1mm，而且小孔内壁光滑，这使得离心盘高速旋转过程平稳无振动，避免振动和小孔粗糙影响玻璃纤维的连续性，最终得到的玻璃纤维的直径离散度≤10%（不同根纤维的离散度）；本发明制备方法离心盘内玻璃液温度控制在1200-1480℃，使得玻璃液粘度适宜，进一步保证玻璃细流的连续性；本发明制备方法通过选择合适的燃气选用天然气可空气，其体积比为1:14-1：16，使得燃料燃烧过程中燃烧均匀，温度稳定；本发明制备方法严格控制燃气温度和喷吹速度，有利于控制纤维的拉伸比和冷却过程；不仅使得玻璃液能够顺利从离心盘的小孔中甩出，而且增强玻璃纤维成品的强度。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1：
本实施例离心法制造的短切连续超细玻璃纤维的制作方法，包括以下步骤：
1）、按质量计，选取硼砂10份、石英砂41份、钾长石粉8份、钠长石粉5份、白云石12份、纯碱19份、方解石2份；
2）、将步骤1）所选原材料加热到1480℃熔炼得玻璃液；
3）、用水磨料打磨使离心盘小孔内壁光滑，将步骤2）的玻璃液引入转速为4000r/min的离心盘，玻璃液从离心盘侧壁小孔喷射而出形成玻璃细流；控制离心过程中离心盘内玻璃液温度为1300℃；本实施例所用离心盘侧壁设有10000个直径为0.75mm的小孔，其环形火口的宽度精度小于0.1mm，主轴与火口的同心度精度小于0.1mm。
4）、用高温燃气喷吹拉伸步骤3）的玻璃细流得玻璃纤维成品，本实施例所喷吹的高温燃气为天然气与空气的混合物，天然气与空气体积比为1:15，喷吹时高温燃气温度为1200℃，喷吹速度为10m/s。
5）纤维收集、分切：将步骤4）得到的连续纤维降落到纤维收集机上进行收集，在分切机上按一定长度切成短切纤维；
6）检验包装：将步骤5）得到的连续纤维短切丝经检验后称量、包装。
经检测，本实施例所制得玻璃纤维主要由60-67份SiO2，2-6份Al2O3，3-7份CaO，1.5-4.5份MgO，0.1-2份K2O，14-18份Na2O和3-8份B2O3组成。
实施例2：
本实施例离心法制造的短切连续超细玻璃纤维的制作方法，包括以下步骤：
1）、按质量计，选取硼砂8份、石英砂42份、钾长石粉7份、钠长石粉6份、白云石11份、纯碱20份、方解石1份；
2）、将步骤1）所选原材料加热到1500℃熔炼得玻璃液；
3）、用水磨料打磨使离心盘小孔内壁光滑，将步骤2）的玻璃液引入转速为3800r/min的离心盘，玻璃液从离心盘侧壁小孔喷射而出形成玻璃细流；控制离心过程中离心盘内玻璃液温度为1480℃；本实施例所用离心盘侧壁设有8000个直径为0.8mm的小孔，其环形火口的宽度精度小于0.1mm，主轴与火口的同心度精度小于0.1mm。
4）、用高温燃气喷吹拉伸步骤3）的玻璃细流得玻璃纤维成品，本实施例所喷吹的高温燃气为天然气与空气的混合物，天然气与空气体积比为1:14，喷吹时高温燃气温度为1220℃，喷吹速度为9m/s。
5）纤维收集、分切：将步骤4）得到的连续纤维降落到纤维收集机上进行收集，在分切机上按一定长度切成短切纤维；
6）检验包装：将步骤5）得到的连续纤维短切丝经检验后称量、包装。
经检测，本实施例所制得玻璃纤维主要由60-67份SiO2，2-6份Al2O3，3-7份CaO，1.5-4.5份MgO，0.1-2份K2O，14-18份Na2O和3-8份B2O3组成。
实施例3：
本实施例离心法制造的短切连续超细玻璃纤维的制作方法，包括以下步骤：
1）、按质量计，选取硼砂12份、石英砂40份、钾长石粉9份、钠长石粉4份、白云石13份、纯碱18份、方解石3份；
2）、将步骤1）所选原材料加热到1460℃熔炼得玻璃液；
3）、用水磨料打磨使离心盘小孔内壁光滑，将步骤2）的玻璃液引入转速为4500r/min的离心盘，玻璃液从离心盘侧壁小孔喷射而出形成玻璃细流；控制离心过程中离心盘内玻璃液温度为1200℃；本实施例所用离心盘侧壁设有15000个直径为0.7mm的小孔，其环形火口的宽度精度小于0.1mm，主轴与火口的同心度精度小于0.1mm。
4）、用高温燃气喷吹拉伸步骤3）的玻璃细流得玻璃纤维成品，本实施例所喷吹的高温燃气为天然气与空气的混合物，天然气与空气体积比为1：16，喷吹时高温燃气温度为1180℃，喷吹速度为11m/s。
5）纤维收集、分切：将步骤4）得到的连续纤维降落到纤维收集机上进行收集，在分切机上按一定长度切成短切纤维；
6）检验包装：将步骤5）得到的连续纤维短切丝经检验后称量、包装。
经检测，本实施例所制得玻璃纤维主要由60-67份SiO2，2-6份Al2O3，3-7份CaO，1.5-4.5份MgO，0.1-2份K2O，14-18份Na2O和3-8份B2O3组成。
实施例4：
本实施例离心法制造的短切连续超细玻璃纤维的制作方法，包括以下步骤：
1）、按质量计，选取硼砂10份、石英砂40份、钾长石粉8份、钠长石粉5份、白云石13份、纯碱18份、方解石1.5份；
2）、将步骤1）所选原材料加热到1480℃熔炼得玻璃液；
3）、用水磨料打磨使离心盘小孔内壁光滑，将步骤2）的玻璃液引入转速为4200r/min的离心盘，玻璃液从离心盘侧壁小孔喷射而出形成玻璃细流；控制离心过程中离心盘内玻璃液温度为1320℃；本实施例所用离心盘侧壁设有12000个直径为0.77mm的小孔，其环形火口的宽度精度小于0.1mm，主轴与火口的同心度精度小于0.1mm。
4）、用高温燃气喷吹拉伸步骤3）的玻璃细流得玻璃纤维成品，本实施例所喷吹的高温燃气为天然气与空气的混合物，天然气与空气体积比为1:15，喷吹时高温燃气温度为1200℃，喷吹速度为9m/s。
5）纤维收集、分切：将步骤4）得到的连续纤维降落到纤维收集机上进行收集，在分切机上按一定长度切成短切纤维；
6）检验包装：将步骤5）得到的连续纤维短切丝经检验后称量、包装。
经检测，本实施例所制得玻璃纤维主要由60-67份SiO2，2-6份Al2O3，3-7份CaO，1.5-4.5份MgO，0.1-2份K2O，14-18份Na2O和3-8份B2O3组成。
实施例5：
本实施例离心法制造的短切连续超细玻璃纤维的制作方法，包括以下步骤：
1）、按质量计，选取硼砂12份、石英砂41份、钾长石粉8份、钠长石粉5份、白云石12份、纯碱19份、方解石2份；
2）、将步骤1）所选原材料加热到1470℃熔炼得玻璃液；
3）、用水磨料打磨使离心盘小孔内壁光滑，将步骤2）的玻璃液引入转速为4100r/min的离心盘，玻璃液从离心盘侧壁小孔喷射而出形成玻璃细流；控制离心过程中离心盘内玻璃液温度为1400℃；本实施例所用离心盘侧壁设有11000个直径为0.72mm的小孔，其环形火口的宽度精度小于0.1mm，主轴与火口的同心度精度小于0.1mm。
4）、用高温燃气喷吹拉伸步骤3）的玻璃细流得玻璃纤维成品，本实施例所喷吹的高温燃气为天然气与空气的混合物，天然气与空气体积比为1:15，喷吹时高温燃气温度为1200℃，喷吹速度为10m/s。
5）纤维收集、分切：将步骤4）得到的连续纤维降落到纤维收集机上进行收集，在分切机上按一定长度切成短切纤维；
6）检验包装：将步骤5）得到的连续纤维短切丝经检验后称量、包装。
经检测，本实施例所制得玻璃纤维主要由60-67份SiO2，2-6份Al2O3，3-7份CaO，1.5-4.5份MgO，0.1-2份K2O，14-18份Na2O和3-8份B2O3组成。
将实施例1制备的离心法制造的短切连续超细玻璃纤维与其它离心棉、漏板法C玻璃纤维进行比较检测，结果如下表所示：
由此可见，本发明制得的离心法制造的短切连续超细玻璃纤维的不仅突破了传统离心法和漏板法制造的极限直径＜5um，而且最细能做到直径为1um，；纤维长度突破了传统离心棉最长的150mm，达到最长的50000mm，克服了传统离心棉纤维长度短的缺点；同时，纤维拉伸强度得到极大提高，克服了传统离心棉强度低、易断的缺点，因此，本发明离心法制造的短切连续超细玻璃纤维，不仅能取代传统的离心棉，提高使用离心棉制品的质量，而且能应用到传统离心棉所无法使用的领域。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种连续超细玻璃纤维，其特征在于：所述玻璃纤维按质量计由60-67份SiO2，2-6份Al2O3，3-7份CaO，1.5-4.5份MgO，0.1-2份K2O，14-18份Na2O和3-8份B2O3和不可避免的杂质组成；其直径为1-5μm，长度为150-50000mm。
2.根据权利要求1所述连续超细玻璃纤维，其特征在于：所述玻璃纤维的抗拉强度为600-2500MPa。
3.根据权利要求1所述连续超细玻璃纤维，其特征在于：所述玻璃纤维含水率≤0.5%wt。
4.根据权利要求1-3任意一项所述连续超细玻璃纤维，其特征在于：所述超玻璃纤维直径为1-2.5μm，长度为300-50000mm。
5.一种生产连续超细玻璃纤维的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、按质量计，选取硼砂8-12份、石英砂40-42份、钾长石粉7-9份、钠长石粉4-6份、白云石11-13份、纯碱18-20份、方解石1-3份；
2）、将步骤1）所选原材料加热到1460-1500℃熔炼得玻璃液；
3）、将步骤2）的玻璃液引入转速为3800-4500r/min的离心盘，玻璃液从离心盘侧壁小孔喷射而出形成玻璃细流；
4）、用高温燃气喷吹拉伸步骤3）的玻璃细流得玻璃纤维成品。
6.根据权利要求5所述生产连续超细玻璃纤维的方法，其特征在于：步骤3）之前还包扩打磨使离心盘小孔内壁光滑的步骤。
7.根据权利要求5所述生产连续超细玻璃纤维的方法，其特征在于：离心过程中离心盘内玻璃液温度为1200-1480℃。
8.根据权利要求5所述生产连续超细玻璃纤维的方法，其特征在于：所述离心盘侧壁设有8000-15000个直径为0.7-0.8mm的小孔，其环形火口的宽度精度小于0.1mm，主轴与火口的同心度精度小于0.1mm。
9.根据权利要求5所述生产连续超细玻璃纤维的方法，其特征在于：步骤4）喷吹时高温燃气温度为1180-1220℃，喷吹速度为9-11m/s。
10.根据权利要求5-9任意一项所述生产连续超细玻璃纤维的方法，其特征在于：步骤4）所喷吹的高温燃气为天然气与空气的混合物，天然气与空气体积比为1:14-1：16。
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