CN104973776B - 高强纯玄武岩连续纤维的生产工艺及其拉丝漏板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强纯玄武岩连续纤维的生产工艺及其拉丝漏板，涉及无机非金属纤维生产技术领域。本发明实施例提供的技术方案，通过在拉丝之前，对流动的熔制熔液进行瞬时冷却，使经过漏板进行拉丝的熔制熔液温度分布均匀，得到强度一致且性能稳定的拉丝，以及通过在拉丝之后，对流动的拉丝进行瞬时冷却，使拉丝形成后，可以立即冷却凝固，不仅增强了拉丝的强度，而且避免了拉丝之间的粘连，提高了成丝率。因此，采用本实施例提供的生产工艺及其拉丝漏板，得到的高强纯玄武岩连续纤维的强度达到了0.6‑0.7N/tex，比国家标准规定的强度0.4N/tex，提高了50％‑70％，与现有工艺相比，成丝率提高了10％。

Description

高强纯玄武岩连续纤维的生产工艺及其拉丝漏板

技术领域

本发明涉及无机非金属纤维生产技术领域，尤其涉及一种高强纯玄武岩连续纤维的生产工艺及其拉丝漏板。

背景技术

玄武岩纤维轻质高强，并具有耐高温、抗氧化、防辐射、绝热、绝缘、隔音等优异性能。同时，它在生产过程中，无有害气体、废水排放，不产生废渣，是无污染不致癌的绿色材料，因此，玄武岩纤维被大量生产，广泛应用于消防、环保、航空、航天、军工、汽车、船舶制造、交通运输、电子电气、装备防护、公共设施、化工建筑等领域。

目前，玄武岩连续纤维的生产工艺一般参照玻璃纤维的生产工艺，生产原料主要是天然玄武岩，同时还添加一些其他矿物原料形成矿物原料组合物，并进行除铁操作。

而采用上述生产原料和生产工艺，不仅得到的玄武岩连续纤维产品的性能不稳定，而且产品的强度、化学稳定性、热稳定性等基本性能相对较低，产品的强度不能达到国家标准规定，严重影响其应用效果，同时，生产过程的成丝率低，生产效率低，造成生产成本的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强纯玄武岩连续纤维的生产工艺及其拉丝漏板，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高强纯玄武岩连续纤维的生产工艺，包括如下步骤：

S1，对玄武岩矿石进行预处理后，得到制备原料；

S2，将制备原料进行升温熔制，得到熔制熔液；

S3，将熔制熔液送至拉丝漏板的流液槽内，从流液槽底部的漏嘴拉出拉丝，所述熔制熔液在输送的过程中，流经设置在流液槽顶部周围的第一冷却器的外侧，使流液槽内熔制熔液的温度为1150℃-1230℃；

S4，拉丝从漏嘴拉出后，将拉丝输送至涂油器进行浸润，在输送的途中，拉丝流经漏嘴下方2-5mm位置处设置的第二冷却器的两侧；

S5，集束缠绕、烘纱、退并和成品检验，得到平均断裂强度稳定在0.6-0.7N/tex的高强纯玄武岩连续纤维。

优选地，S4中，拉丝经过漏嘴下方2-5mm位置处设置的第二冷却器的两侧后，进行浸润之前，还包括在所述漏嘴下方10-20cm的范围内，使用水雾对拉丝进行喷淋冷却的步骤。

更优选地，所述水雾的喷淋方向与所述拉丝的流动方向垂直。

优选地，S1中，所述对玄武岩矿石进行预处理，包括：遴选、采石、破碎、筛选、清洗和挑拣。

一种用于生产高强纯玄武岩连续纤维的拉丝漏板，包括板体，所述板体的上部设置有流液槽，所述流液槽的顶部周围设置有第一冷却器，所述板体的下部、所述流液槽的下方设置有漏嘴。

优选地，所述流液槽的上方设置有过滤网，所述过滤网用于拦截熔制熔液中未熔化的颗粒。

优选地，所述漏嘴的下方2-5mm位置处设置有悬空的第二冷却器，所述第二冷却器设置为一个或多个，且均匀设置。

更优选地，所述第一冷却器和所述第二冷却器均为水冷却管。

优选地，所述流液槽设置在所述板体的中心位置。

优选地，所述漏嘴设置为多排，每排设置多个漏嘴。

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的高强纯玄武岩连续纤维的生产工艺及其拉丝漏板，通过在拉丝之前，对流动的熔制熔液进行瞬时冷却，使经过漏板进行拉丝的熔制熔液温度分布均匀，得到强度一致且性能稳定的拉丝，以及通过在拉丝之后，对流动的拉丝进行瞬时冷却，使拉丝形成后，可以立即冷却凝固，不仅增强了拉丝的强度，而且避免了拉丝之间的粘连，提高了成丝率。因此，采用本实施例提供的生产工艺及其拉丝漏板，得到的高强纯玄武岩连续纤维的强度达到了0.6-0.7N/tex，比国家标准规定的强度0.4N/tex，提高了50％-70％，与现有工艺相比，成丝率提高了10％。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的高强纯玄武岩连续纤维的生产工艺流程示意图；

图2是本发明实施例二提供的用于生产高强纯玄武岩连续纤维的拉丝漏板的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的用于生产高强纯玄武岩连续纤维的拉丝漏板过滤网示意图；

图4是本发明实施例提供的第一冷却器的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的第二冷却器的结构示意图；

图6是图5的A-A剖视图；

图7是图5的B-B剖视图。

图中，各符号的含义如下：

1板体，2流液槽，3第一冷却器，4漏嘴，5第二冷却器，6过滤网。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种高强纯玄武岩连续纤维的生产工艺，包括如下步骤：

S1，对玄武岩矿石进行预处理后，得到制备原料；所述对纯玄武岩矿石进行预处理，包括：遴选、采石、破碎、筛选、清洗和挑拣。

S2，将制备原料进行升温熔制，得到熔制熔液；

S3，将熔制熔液送至拉丝漏板的流液槽内，从流液槽底部的漏嘴拉出拉丝，所述熔制熔液在输送的过程中，流经设置在流液槽顶部周围的第一冷却器的外侧，使流液槽内熔制熔液的温度为1150℃-1230℃；

S4，拉丝从漏嘴拉出后，将拉丝输送至涂油器进行浸润，在输送的途中，拉丝流经漏嘴下方2-5mm位置处设置的第二冷却器的两侧；拉丝经过漏嘴下方2-5mm位置处设置的第二冷却器的两侧后，进行浸润之前，还包括在所述漏嘴下方10-20cm的范围内，使用水雾对拉丝进行喷淋冷却的步骤。其中，所述水雾的喷淋方向与所述拉丝的流动方向垂直。

S5，集束缠绕、烘纱、退并和成品检验，得到平均断裂强度稳定在0.6-0.7N/tex的高强纯玄武岩连续纤维。

玄武岩是由火山爆发喷溢出的熔岩流经冷却后形成，因熔岩经地壳下岩浆囊千万年甚至几亿年的高压高温充分熔融运移，再经突然爆发喷溢，所以熔岩早已熟化均质，有毒气体早已挥发殆尽，且具有显著地耐酸碱、耐高温、理化性能稳定等特点。

而由于玄武岩是火山爆发的产物，在全球分布很广，火山爆发是地球活动的地质现象，与生具有。因其地质年代、地理分布、地质构造、动力机制、岩浆成因、运移过程、立地条件等不同，并且一般玄武岩矿床是多在不同时段经多次不同类型的爆发所筑成的层状复试矿体，所以不同的分布区域、矿点以及各层面、部位之间的玄武岩矿石，其氧化物属性和含量以及化学成分都有较大波动。

因此，在选择纯玄武岩作为原料，制备高强纯玄武岩连续纤维时，首先需要对玄武岩矿石进行预处理，包括：遴选、采石、破碎、筛选、清洗和挑拣，得到符合条件的原料。

其中，遴选的结果是：得到纯的天然玄武岩，且天然玄武岩的晶质结构均匀，纯度高，基本氧化物酸性模量：MK＝(SiO₂+Al₂O₃+TiO₂)/(CaO+MgO+K₂O)，基本氧化物酸性模量保持在4.2-5.0范围内，同时Fe₂O₃+FeO控制在8％—11％之间，将符合上述特征的天然玄武岩作为单一组份原料进行玄武岩连续纤维产品的生产。

采石是指根据遴选确定的矿点及其层面部位，使用采矿挖掘设备，通过剥离挖取，将选定的玄武岩矿石开采出来。

破碎、筛选、清洗是指将开采出来的玄武岩矿石，用破碎石机进行破碎筛选，筛选出6-13mm的颗粒状，并用清水清洗干净。

挑拣是指将冲洗干净的玄武岩矿石原料摊开晾干，经人工细致挑拣，将带有锈蚀斑点的颗粒或异类杂石杂物进行剔除。

将挑选好的玄武岩矿石原料投入进料漏斗，实施自控方式，定时定量陆续将其漏送到炉窑内进行升温熔制，就是将合格玄武岩矿石原料在炉窑内加温，炉窑内装置两个以上加热点，玄武岩矿石原料在炉窑熔制过程中升温达到1430℃-1700℃，熔制时间要控制在12小时以上，玄武岩矿石颗粒经高温充分均匀熔化，促使溶液进一步融合均化，排除气泡，组分扩散，玄武岩矿石逐渐由固态变为高粘态，蠕蠕漫流到铂铑合金拉丝漏板的漏嘴处，拉出拉丝。

本发明实施例中，玄武岩熔制熔液向拉丝漏板的流液槽内输送的过程中，会流经设置在流液槽顶部周围的第一冷却器的外侧，经过第一冷却器的瞬时冷却作用后，得到温度为1150℃-1230℃，且分布均匀的熔制熔液，立即进入流液槽底部的漏嘴，拉出拉丝，从而使拉丝的性能稳定且均一，有利于提高连续纤维的强度和成丝率。

如本领域技术人员可以理解的，当流液槽内的熔制熔液的温度控制在1150℃-1230℃之间时，可以使其处于粘弹态，从而进入漏嘴时，可以瞬时形成拉丝。

如果经过第一冷却器的冷却后，得到的温度偏低，则可以使用加热装置对熔制熔液进行加热，使其温度保持在1150℃-1230℃之间。

熔制熔液从漏嘴拉出拉丝后，在向下运动的过程中，又流动经过漏嘴下方2-5mm位置处设置的第二冷却器的外侧，冷却器中流动的冷却剂对拉丝进行瞬时冷却，使拉丝瞬时冷却凝固，不仅增强了拉丝的强度，而且避免了拉丝之间的粘连，提高了成丝率。

得到拉丝后，要进入涂油器进行浸润，本实施例中，拉丝在向涂油器输送的途中，在漏嘴下方10-20cm的范围内，使用水雾对拉丝进行喷淋冷却。这种操作，可以进一步使粘弹态纤维迅速转变为凝固态，起到固化增强作用，避免纤维之间的碰撞摩擦，粘连断丝，从而提高了纤维的强度和成丝率。

其中，水雾的形成可以采用现有技术中常见的具有喷雾作用的设备。水可以采用常温水。

其中，本实施例中，所述水雾的喷淋方向与所述拉丝的流动方向垂直。

得到拉丝后，再经过浸润、集束缠绕、烘纱、退并和成品检验，就可以得到平均断裂强度稳定在0.6-0.7N/tex的高强纯玄武岩连续纤维。

其中，浸润是指使用内置浸润剂的涂油器，对拉出的纤维及时进行涂滚浸润处理；集束缠绕是指纤维在拉丝机的牵引下，再经集束轮集束缠绕在拉丝机的滚筒上；烘纱是指拉制出的纤维，及时送入烘箱内进行加温烘烤，使纤维表面附着的浸润剂均匀扩散成膜，水份得到蒸发，纤维进一步增加强度，烘烤时间可以1-2小时，温度可以控制在110℃-135℃之间；退并是指将烘烤好的原纱进行退解并股，形成完整的高强纯玄武岩连续纤维；成品检验是指将并股的高强纯玄武岩连续纤维作断裂强度检验。

经过检验后，发现采用本发明实施例提供的工艺，生产得到的武岩连续纤维平均断裂强度能够稳定在0.6-0.7N/tex，比国家标准要求的0.4N/tex，提高了50％-70％，与现有工艺相比，成丝率提高了10％。

其中，纤维的断裂强度可以采用现有的测量方法进行测量。

实施例二

如图2所示，本发明实施例提供了一种用于生产高强纯玄武岩连续纤维的拉丝漏板，包括板体1，板体1的上部设置有流液槽2，流液槽2的顶部周围设置有第一冷却器3(参见图4)，板体1的下部、流液槽2的下方设置有漏嘴4。

其中，第一冷却器的进水端和出水端可以均设置在板体的一侧，从而形成围绕流液槽的循环水。

采用上述结构，升温熔制后得到的玄武岩熔制熔液，流动至拉丝漏板板体上部的流液槽内，然后从流液槽下方的漏嘴中拉出，得到拉丝。而在熔制熔液流经流液槽时，由于流液槽的周围设置有第一冷却器，其中流动的冷却剂就会对高温的、流动中的熔制熔液进行瞬时冷却，使流经流液槽预进入漏嘴拉丝的熔制熔液温度下降，为1150-1230℃，且分布均匀，从而使从漏嘴拉出的所有的拉丝的性能均一且稳定。

本发明实施例提供的拉丝漏板，流液槽2的上方设置有过滤网6(参见图3)，过滤网6用于拦截熔制熔液中未熔化的颗粒。

挑选好的玄武岩矿石原料在炉窑内升温熔制后，得到的熔制熔液中，可能存在一些未能完全熔化的小颗粒，本实施例中，在流液槽的上方设置了过滤网，当熔制熔液向流液槽输送的过程中，首先流过过滤网，通过过滤网的拦截作用，阻挡熔制熔液中未能熔化的小颗粒进入流液槽，从而保证后续的拉丝的成丝率高，不会由于小颗粒的存在出现断丝的现象。

本发明实施例提供的拉丝漏板，在漏嘴4的下方2-5mm位置处设置有悬空的第二冷却器5(参见图5-7)，第二冷却器5设置为一个或多个，且均匀设置。

采用上述结构，可以在生产高强纯玄武岩连续纤维的过程中，使熔制熔液从漏嘴拉出拉丝后，在向下运动的过程中，通过流动经过漏嘴下方2-5mm位置处设置的第二冷却器的两侧，冷却器中流动的冷却剂对拉丝进行瞬时冷却，使拉丝瞬时冷却凝固，不仅增强了拉丝的强度，而且避免了拉丝之间的粘连，提高了成丝率。

基于第二冷却器的上述功能，本实施例中，为了使第二冷却器对所有的拉丝都能够发挥上述作用，可以根据漏嘴的数量和漏嘴的分布情况，设置一个或多个第二冷却器，而且，可以每间隔两排漏嘴设置一个第二冷却器，则，如果设置了四排漏嘴，则可以在中间两排漏嘴之间设置一个第二冷却器，如果设置了六排漏嘴，则可以每间隔两排漏嘴设置一个第二冷却器，共布置两个第二冷却器。即保证第二冷却器在漏嘴的下方均匀设置，从而保证所有的拉丝都能够均匀的受到第二冷却器的冷却作用。

将第二水冷却管在漏嘴4的下方2-5mm位置处，悬空设置，主要是为了能够使从漏嘴出来的拉丝能够在这个位置得到冷却，在这个位置处，既可以保证熔制熔液从漏嘴出来后由足够的时间成丝，也能够保证得到拉丝后，拉丝能够尽快的得到冷却，尽快的从高粘态变成固态，增强纤维产品的强度。

本发明实施例中，第一冷却器3和第二冷却器5均可以为水冷却管。

其中，两个水冷却管在使用的过程中，均可以通入常温水，由于玄武岩熔制熔液的温度非常高，所以，常温水与其的温差很大，可以起到冷却的作用，而且能够达到冷却温度的要求。

采用常温水作为冷却剂，其生产成本低，且容易实现。

上述结构简单，操作易实施，其中，第一水冷却管可以埋设在板体的上部，流液槽的周围，以使漏板拉丝更加整齐，同时，也避免冷却管受到外界因素的损坏。

本发明实施例中，流液槽2可以设置在板体1的中心位置。

采用这种结构，可以使熔制熔液和拉丝在拉丝漏板上均匀分布。

比如，对于一个长30cm，宽10cm的板体，其流液槽的宽度可以为5cm，长度可以为25cm，使得流液槽的边缘距离板体边缘均为2.5cm，使流液槽处于板体的中心位置，则从流液槽下方的漏嘴拉出的拉丝也处于板体的中心位置，且可以均匀分布。

本发明实施例中，漏嘴4可以设置为多排，且每排设置多个漏嘴4。

漏嘴设置的排数，以及每排的漏嘴数，均可以根据板体的大小、流液槽的大小以及熔制熔液初始温度和拉丝时熔制熔液的温度等因素进行考虑。

而第二冷却器的作用是对拉丝进行冷却，所以，其数量也可以根据漏嘴的数量进行设置。比如，当设置有四排漏嘴，每排设置50个漏嘴时，可以在中间两排漏嘴之间设置一个第二冷却器。而如果设置八排漏嘴，每排设置50个漏嘴时，可以将相邻的四排做为一组，在每一组的中间两排设置一个第二冷却器，在两组之间设置一个第二冷却器，从而共设置三个第二冷却器。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的高强纯玄武岩连续纤维的生产工艺及其拉丝漏板，通过在拉丝之前，对流动的熔制熔液进行瞬时冷却，使经过漏板进行拉丝的熔制熔液温度分布均匀，得到强度一致且性能稳定的拉丝，以及通过在拉丝之后，对流动的拉丝进行瞬时冷却，使拉丝形成后，可以立即冷却成型，不仅增强了拉丝的强度，而且避免了拉丝之间的粘连，提高了成丝率。因此，采用本实施例提供的生产工艺及其拉丝漏板，得到的高强纯玄武岩连续纤维的强度达到了0.6-0.7N/tex，比国家标准规定的强度0.4N/tex，提高了50％-70％，与现有工艺相比，成丝率提高了10％。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种高强纯玄武岩连续纤维的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1，对玄武岩矿石进行预处理后，得到制备原料；

S2，将制备原料进行升温熔制，得到熔制熔液；

S3，将熔制熔液送至拉丝漏板的流液槽内，从流液槽底部的漏嘴拉出拉丝，所述熔制熔液在输送的过程中，流经设置在流液槽顶部周围的第一冷却器的外侧，使流液槽内熔制熔液的温度为1150℃-1230℃；

S4，拉丝从漏嘴拉出后，将拉丝输送至涂油器进行浸润，在输送的途中，拉丝流经漏嘴下方2-5mm位置处设置的第二冷却器的两侧；

S5，集束缠绕、烘纱、退并和成品检验，得到平均断裂强度稳定在0.6-0.7N/tex的高强纯玄武岩连续纤维；

所述拉丝漏板，包括板体，所述板体的上部设置有流液槽，所述流液槽的顶部周围设置有第一冷却器，所述板体的下部、所述流液槽的下方设置有漏嘴；

S4中，拉丝经过漏嘴下方2-5mm位置处设置的第二冷却器的两侧后，进行浸润之前，还包括在所述漏嘴下方10-20cm的范围内，使用水雾对拉丝进行喷淋冷却的步骤；

所述水雾的喷淋方向与所述拉丝的流动方向垂直；

S1中，所述对玄武岩矿石进行预处理，包括：遴选、采石、破碎、筛选、清洗和挑拣；

所述流液槽的上方设置有过滤网，所述过滤网用于拦截熔制熔液中未熔化的颗粒；

所述漏嘴的下方2-5mm位置处设置有悬空的第二冷却器，所述第二冷却器设置为一个或多个，且均匀设置；

所述第一冷却器和所述第二冷却器均为水冷却管；

所述流液槽设置在所述板体的中心位置；

所述漏嘴设置为多排，每排设置多个漏嘴。