CN108793776A - 一种纤维棉酸沥滤处理的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于玻璃纤维技术领域，公开了一种纤维棉酸沥滤处理的方法及其装置。所述方法为将所述纤维棉与酸混合后对所述纤维棉与酸的混合体系以(2～5)℃/分的升温速率匀速加热至(65～75)℃，随后保温至少1小时，再以(0.5～1.5)℃/分的升温速率匀速加热至(95～100)℃，随后保温至少2小时。本发明的酸沥滤升温过程匀速缓慢进行，反应速率较慢，纤维与酸液的接触面适中，不会造成反应产物在纤维表面大量富集，有利于纤维内部杂质离子的迁移，提高纤维产品中二氧化硅的含量。
Description
技术领域
本发明属于玻璃纤维技术领域，具体涉及一种纤维棉酸沥滤处理的方法及装置。
背景技术
随着科学技术的进步和航空航天技术的发展，人们对高温隔热材料的需求也日益提高和多样化，传统的高温隔热材料如石棉、岩棉等由于导热系数较高已经不能满足高标准的耐温需求。高硅氧玻璃纤维作为一种耐高温的无机纤维特种材料，其具有较高的软化点、相对较低的导热系数以及透波性好、质量轻、柔软性好、易成形的特点，因此引起社会广泛关注。
高硅氧玻璃纤维棉是高硅氧玻璃纤维产品的一种，现有技术中，其一般以无碱玻璃纤维棉、二元玻璃纤维棉或三元玻璃纤维棉为原料，通过酸沥滤、水洗、烘干和热烧结制得。其中，酸沥滤生产工序是高硅氧玻璃纤维棉生产环节中最关键、最核心的工序。然而，由于棉的比表面积很大，纤维与酸液接触面大，用常规的酸沥滤处理工艺容易使反应产生的碱性产物在纤维表面大量富集，进而堵住形成的孔道，使得纤维内部的杂质离子无法迁移，由此得到的纤维产品中二氧化硅含量较低，严重影响了高硅氧玻璃纤维产品的应用。此外，现有技术中酸沥滤处理设备中加热装置均设置在酸反应桶内，如：中国专利文献CN205443065U公开了一种高硅氧玻璃纤维酸沥滤处理的设备，其包括酸反应桶及设置于其内的加热器，为满足耐高温强酸腐蚀的要求，该设备中的加热器采用内层为钛合金，外层为聚四氟乙烯的复合管制成；同时，为避免搅拌过程中玻璃纤维棉缠绕滞留在加热管间以及使体系加热更均匀，限定加热器与酸反应桶内壁之间的水平距离及与桶底之间的垂直距离。如此操作，增大了酸沥滤反应的成本及工艺的复杂性，不利于工业化生产。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的纤维棉酸沥滤处理的方法得到的纤维产品中二氧化硅含量较低的缺陷，从而提供一种纤维棉酸沥滤处理的方法。
本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有的纤维棉酸沥滤处理装置因加热装置设置在反应体系内而导致成本高及操作复杂的缺陷，从而提供一种纤维棉酸沥滤处理的装置。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种纤维棉酸沥滤处理的方法，包括将所述纤维棉与酸混合的步骤，其中，还包括对所述纤维棉与酸的混合体系以(2～5)℃/分的升温速率匀速加热至(65～75)℃，随后保温至少1小时，再以(0.5～1.5)℃/分的升温速率匀速加热至(95～100)℃，随后保温至少2小时。
进一步地，所述纤维棉为无碱玻璃纤维棉、二元玻璃纤维棉、三元玻璃纤维棉或玄武岩棉中的一种或几种。
进一步地，所述纤维棉与酸的质量比为1：(60～100)。
更进一步地，所述酸中H+的浓度为1.5～2.5mol/L。
进一步地，所述酸沥滤处理时以50～150转/分的速度双向搅拌所述纤维棉与酸的混合体系。
本发明还提供了一种纤维棉酸沥滤处理的装置，包括：酸反应桶，其两端分别设置有进料口和出料口；还包括：
微波加热装置，其设置在所述酸反应桶的侧壁上，且向所述酸反应桶内发射微波；
控制装置，其与所述微波加热装置连接，用以控制所述微波加热装置的工作。
进一步地，所述微波加热装置为沿所述酸反应桶延伸方向设置在所述酸反应桶两侧的多个磁控管，且分别位于所述酸反应桶两侧上的所述磁控管交错分布。
进一步地，所述纤维棉酸沥滤处理的装置还包括：
搅拌装置，其包括旋转轴和设置在所述旋转轴上的搅拌叶片，所述旋转轴的一端设置有驱动装置，所述驱动装置与所述控制装置连接。
进一步地，所述搅拌叶片为同轴设置的多级搅拌叶片，且相邻两级所述搅拌叶片的旋转方向相反。
更进一步地，所述搅拌叶片为锤爪结构。
本发明的技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的纤维棉酸沥滤处理的方法，酸沥滤升温过程匀速缓慢进行，反应速率较慢，纤维与酸液的接触面适中，不会造成反应产物在纤维表面大量富集，有利于纤维内部杂质离子的迁移，提高纤维产品中二氧化硅的含量。
2.本发明提供的纤维棉酸沥滤处理的方法，对纤维棉与酸的投料比及酸的浓度作进一步地限定，降低了生产成本，有利于批量化生产。
3.本发明提供的纤维棉酸沥滤处理的方法，以合适的搅拌速度双向搅拌棉酸的混合体系，使纤维棉在较短时间内即可实现在酸液内的均匀分散，且不发生断裂纤维现象。
4.本发明提供的纤维棉酸沥滤处理的装置，采用微波加热装置对棉酸混合体系进行加热，避免了传统加热方式存在的效率低、成本高及操作复杂的弊端，使加热过程更加节能、高效、便捷。
5.本发明提供的纤维棉酸沥滤处理的装置，采用多级搅拌叶片，双向搅拌棉酸的混合体系，促进了纤维棉在酸液内的均匀分散，大大提高了酸沥滤的生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的纤维棉酸沥滤处理装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-酸反应桶；2-磁控管；3-旋转轴；4-搅拌叶片；5-驱动电机。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
如图1所示，本实施例1提供了一种纤维棉酸沥滤处理的装置，包括酸反应桶1、多个磁控管2、控制装置及至少一个测温装置。酸反应桶1设有顶盖，顶盖上设有加料口，酸反应桶1的桶底设有出料口，用于排出酸沥滤处理后的棉酸混合物以进行下一步操作。多个磁控管2设置在酸反应桶1的两侧，且两侧磁控管2的数量相等，其安装的高度与酸反应桶1内酸液的高度一致。两侧磁控管2交错分布，避免了一侧磁控管2发射的微波直接进入对面的磁控管2。测温装置设置于酸反应桶1内酸液的液面以下，并与控装置直接相连，用于实时测量棉酸反应体系内的温度，并将测量的温度数据实时传送给控制装置。为了使测量的温度更精确，测温装置设置有多个，且优选热电偶或电阻探头。当然，根据实际情况的需要，也可以采用其它温度传感器，如温度计等。控制装置与多个磁控管2分别连接，其通过采集测温装置传送的温度数据，与设定温度相比较计算出偏差量，并经过运算和处理，输出相应的电压控制量，并通过调节微波源功率输出，来实现棉酸反应体系内温度的精确控制。在本实施例中，控制装置优选为PLC控制装置，当然，也可以为其它控制装置，如工控机控制装置。
为了使纤维棉在酸液内分散均匀，如图1所示，本实施例1的纤维棉酸沥滤处理装置还包括搅拌装置，其包括旋转轴3和设置在旋转轴3上的搅拌叶片4，旋转轴3的一端设置有驱动电机5，驱动电机5与控制装置连接，通过控制装置调节其搅拌的速度。搅拌叶片4为同轴设置的多级搅拌叶片，且相邻两级所述搅拌叶片4的旋转方向相反。本实施例中，搅拌叶片为锤爪结构。
为了满足耐高温强酸腐蚀的要求，本实施例中，搅拌装置的旋转轴3和搅拌叶片4均采用聚丙烯(PP)材料制成，根据实际情况的需要，还可以采用如无规共聚聚丙烯(PPR)或聚四氟乙烯(PTFE)等材料；或者在搅拌装置的旋转轴3和搅拌叶片4的表面涂覆聚丙烯(PP)、无规共聚聚丙烯(PPR)或聚四氟乙烯(PTFE)等材料的保护层。
实施例2
本实施例2提供了一种纤维棉酸沥滤处理的方法，具体操作如下：
将玄武岩棉置于浓度为2mol/L的盐酸中，盐酸与玄武岩棉质量比为80：1，加热，使体系以3℃/分的升温速率从常温25℃匀速升至70℃，保温1.5h，再以1℃/分的升温速率匀速升至97℃，保温2.5h。期间保持双向搅拌，搅拌速度为100转/分。整个实验过程中，纤维棉在盐酸中分散均匀，无断裂纤维现象。
经检测，酸沥滤后的纤维产品中二氧化硅的含量为95.17％。
实施例3
本实施例3提供了一种纤维棉酸沥滤处理的方法，具体操作如下：
将二元玻璃纤维棉置于浓度为0.75mol/L的硫酸中，硫酸与二元玻璃纤维棉质量比为60：1，加热，使体系以2℃/分的升温速率从常温25℃匀速升至65℃，保温1h，再以1.5℃/分的升温速率匀速升至100℃，保温2h。期间保持双向搅拌，搅拌速度为50转/分。整个实验过程中，纤维棉在硫酸中分散均匀，无断裂纤维现象。
经检测，酸沥滤后的纤维产品中二氧化硅的含量为94.22％。
实施例4
本实施例4提供了一种纤维棉酸沥滤处理的方法，具体操作如下：
将无碱玻璃纤维棉置于浓度为2.5mol/L的盐酸中，盐酸与无碱玻璃纤维棉质量比为100：1，加热，使体系以5℃/分的升温速率从常温25℃匀速升至75℃，保温1h，再以0.5℃/分的升温速率匀速升至95℃，保温2h。期间保持双向搅拌，搅拌速度为150转/分。整个实验过程中，纤维棉在盐酸中分散均匀，无断裂纤维现象。
经检测，酸沥滤后的纤维产品中二氧化硅的含量为94.13％。
对比例1
本对比例1提供了一种纤维棉酸沥滤处理的方法，具体操作同实施例2，不同之处在于，本对比例1是使体系以15℃/分的升温速率由常温25℃升至97℃，保温2.5h。整个实验过程中，纤维棉在盐酸中分散均匀，无断裂纤维现象。
经检测，酸沥滤后的纤维产品中二氧化硅的含量为74.14％。
对比例2
本对比例2提供了一种纤维棉酸沥滤处理的方法，具体操作同实施例2，不同之处在于，本对比例2在实验过程中保持双向搅拌，搅拌速度为300转/分。实验发现，纤维棉在盐酸中分散均匀，但出现大量断裂纤维。
经检测，酸沥滤后的纤维产品中二氧化硅的含量为82.16％。
对比例3
本对比例3提供了一种纤维棉酸沥滤处理的方法，具体操作同实施例2，不同之处在于，本对比例3的实验过程中为相同方向搅拌，搅拌速度为100转/分。实验发现，纤维棉在盐酸中有少部分不易分撒。
经检测，酸沥滤后的纤维产品中二氧化硅的含量为85.21％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种纤维棉酸沥滤处理的方法，包括将所述纤维棉与酸混合的步骤，其特征在于，还包括对所述纤维棉与酸的混合体系以(2～5)℃/分的升温速率匀速加热至(65～75)℃，随后保温至少1小时，再以(0.5～1.5)℃/分的升温速率匀速加热至(95～100)℃，随后保温至少2小时。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维棉为无碱玻璃纤维棉、二元玻璃纤维棉、三元玻璃纤维棉或玄武岩棉中的一种或几种。
3.根据权利要1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纤维棉与酸的质量比为1：(60～100)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述酸中H+的浓度为1.5～2.5mol/L。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述酸沥滤处理时以50～150转/分的速度双向搅拌所述纤维棉与酸的混合体系。
6.一种纤维棉酸沥滤处理的装置，包括：酸反应桶(1)，其两端分别设置有进料口和出料口；
其特征在于，还包括：
微波加热装置，其设置在所述酸反应桶(1)的侧壁上，且向所述酸反应桶(1)内发射微波；
控制装置，其与所述微波加热装置连接，用以控制所述微波加热装置的工作。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述微波加热装置为沿所述酸反应桶延伸方向设置在所述酸反应桶两侧的多个磁控管(2)，且分别位于所述酸反应桶(1)两侧上的所述磁控管(2)交错分布。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，还包括：
搅拌装置，其包括旋转轴(3)和设置在所述旋转轴(3)上的搅拌叶片(4)，所述旋转轴(3)的一端设置有驱动装置，所述驱动装置与所述控制装置连接。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述搅拌叶片(4)为同轴设置的多级搅拌叶片，且相邻两级所述搅拌叶片(4)的旋转方向相反。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述搅拌叶片(4)为锤爪结构。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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