CN1100166C - 耐碱性玄武岩连续纤维的制造方法 - Google Patents

耐碱性玄武岩连续纤维的制造方法 Download PDF

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耐碱性玄武岩连续纤维及其制造方法，涉及无机非金属材料耐碱纤维的研制开发领域。其制造方法包括原料自备、熔制、拉丝和退并纺四个工序组成。产品原料有玄武岩粉、萤石粉和锆英石粉，按重量百分比混合。熔制工艺包括熔融、澄清、作业及漏板成型。本发明生产工艺简单，原料来源丰富，制造成本低，产品具有优良的物理化学性能，可替代抗碱玻璃纤维及其他纤维，还可做为防火、保温、绝缘等材料，用途极为广泛。

Description

耐碱性玄武岩连续纤维的制造方法
本发明公布的是一种无机非金属材料，耐碱性玄武岩连续纤维及其制造方法。
目前，世界各国都非常重视抗碱玻璃纤维的研究和应用，特别是禁用石棉的国家尤其重视，为的是用它来替代石棉。又因为抗碱玻璃纤维增强水泥复合材料在建筑业中大量应用，就必须有大量的抗碱玻璃纤维作为原材料，但抗碱玻璃纤维必须与低碱度早强水泥复合使用，这种水泥生产成本很高。而抗碱玻璃纤维又不能与普通硅酸盐水泥复合使用。然而抗碱玻璃纤维的生产工艺又非常复杂，成本非常高。因此能够找出一种能够替代抗碱玻璃纤维、降低复合水泥构件的生产成本、又能够与普通水泥复合使用的无机非金属材料成了各国研究和开发的重点问题。到目前为止，还没有与本发明相同产品及其制造方法在有关出版物上发表，或在生产中使用。
本发明的目的是提供一种制造方法简单、产品可替代抗碱玻璃纤维、又具有优良的物理、化学、机械力学性能的耐碱性玄武岩连续纤维及它的制造方法。
本发明是按如下所述的技术方案得以实现的。它的制造方法由原料制备、熔制、拉丝、退并纺四个工序组成。
一、原料制备
玄武岩矿石是地球上分布广泛的基性火山喷出岩，由于分布广泛，它的形成条件、地质构造不同，所以它的物理化学成分也不相同。因此必须选用物理化学成分指标符合拉丝工艺需要的矿石，经试验，它的主要成分应是：
成分   SiO2   AL2O3   Fe2O3  TiO2 CaO     MgO   K2O   Na2O
  We％   45～50   12～18   6～10  1～3 6～12     5～6  1～4   1～5
然后，将玄武岩矿石进行破碎、磁选，配制成制造耐碱纤维的原料。破碎可选用腭式破碎机、雷猛粉碎机。破碎后的矿粉要求达到40～60目。
经破碎、除铁后的矿粉。再混入萤石粉、锆英石粉即可配成耐碱连续纤维的原料。其配方是：
原材料名称                   重量百分比
玄武岩粉                     85.0～90.0％
萤 石 粉                     1.0～5.0％
锆英石粉                     5.0～10.0％
在混合前，对于三种原材料还要进行除铁处理，仍采用磁选机进行磁选处理。待处理后再混合备用。
二、熔制
熔制的过程是在高温熔窑里完成。在窑炉常温下先装入一定数量的原料，然后进行升温烤窑，随着温度的不断升高，不断地补充填料，直至达到炉窑的设计容量为止。原料在炉窑中熔化成玻璃状熔融物。这时的炉窑温度控制在1450～1550℃范围内。随着原料不断熔融，不断填料，熔融后的原料向后部流动，分别经过澄清部、通道、作业部。此期间的温度分别控制在澄清部为1425～1485℃、通道为1295～1305℃、作业部为1280～1250℃，作业部最后的漏板温度控制在1200～1220℃。以上各部温度要求在24小时内波动不得超过±10℃，漏板温度波动不得超过±3℃。
三、拉丝
在原料经过炉窑各部最后通过漏板成型后，要经过浸润剂处理。浸润处理就是在拉丝机前部设有浸润剂槽，内装浸润剂。浸润处理是将拉出丝经过浸润剂槽，使纤维表面涂复一层浸润剂。然后直接送至拉丝机进行高温拉丝。拉丝机选用自动换筒拉丝机。机头转速控制在3500～7000转/分。拉出纤维丝的直径要求在6～20μ。其浸润剂的配方是：(重量百分比)
水溶性酚醛树脂               2.0～2.5
固    色    剂               2.0～3.0
聚醋酸乙烯乳液               3.0～3.5
EL--40(蓖麻油)               0.3～0.5
KH--550(硅烷偶联剂)          0.3～0.5
水                           90.0～92.4
四、退并纺工艺
拉丝机拉出的耐碱性玄武岩连续纤维，首先是缠绕在绕丝筒上，通过退绕、合股和纺纱等工序，可以织出各种所需要的产品。采用MB-III型无捻粗纱机，可以退解成多股纱无捻粗纱，采用150B-I型或II型纺纱机，可以退解成单股、合股有捻纱，其捻度可以控制在80～200捻范围内。
本发明的耐碱性玄武岩连续纤维的成分如下：
成  分                     we(％)
SiO2                      45.0～55.0
Al2O3                    12.0～15.0
Fe2O3                    9.0～12.0
TiO2                      2.0～3.0
CaO                        5.0～8.0
MgO                        5.0～8.0
K2O                       1.5～3.0
Na2O                      2.0～3.5
ZrO2                      3.0～10.0
本发明生产工艺简单，原料来源丰富，制造成本低，生产出来的产品是一种用途广泛的无机非金属材料。具有优良的物理化学性能，与普通玻璃纤维和耐碱玻璃纤维相比，其抗拉强度高，弹性模量大，化学稳定性好，且生产成本低。可替代无碱、中碱、高碱和抗碱玻璃纤维。可做为增强水泥复合材料。还可做为防火、保温、绝缘、耐老化、耐腐蚀等材料。用途极为广泛。
本发明无附图
本发明的实施涉及专业设备，可采用世界上最先进的全电熔池窑熔化玄武岩矿石原料，整个窑炉分为熔化部、澄清部、通道和作业部四个部分，这样的窑炉结构有利于温度自动控制程度和精度。
窑炉是采用33#和41#电熔刚玉砖和天然的白泡石作耐火材料砌筑而成。电极是采用8mm厚的钼板加工而成的。窑炉温度采用可控硅交流调压控制。采用热电偶进行窑内温度监测。窑炉成型拉丝漏板用铂铑(Pt-Rh)合金制成。孔数在200孔～400孔。孔径在1.6～2.2mm，根据拉制纤维要求而定。按照本说明书第五部分的要求操作，即可实现。
耐碱性玄武岩连续纤维的主要性能为耐碱性，其耐碱性能的测定方法有两个：一是将该纤维在100℃的饱和Ca(OH)2溶液中浸泡4小时，纤维的抗拉强度应＞800Mpa，单丝强度保留率＞75％，直径缩减率＜10％。
二是将该纤维在100℃、10％的NaOH溶液中浸泡一小时后，其质量减少率＜5.0％。符合上述两条件之一者，即被认为是合格的耐碱性玄武岩连续纤维。

Claims (2)

1、耐碱性玄武岩连续纤维的制造方法，由原料制备、熔制、拉丝和退并纺工艺组成，其特征是：
一、原料制备
原料制备包括选矿和配制，选择的玄武岩矿石的主要应分应是：
成分            重量百分比
SiO2           45～5
Al2O3         12～18
Fe2O3         6～10
TiO2           1～3
CaO             6～12
MgO             5～6
K2O            1～4
Na2O           1～5
然后将玄武岩矿石破碎，破碎后的矿粉要求达到40～60目，再进行磁选处理：
原料配制
原材料名称              重量百分比
玄武岩粉                80.0～90.0
萤 石 粉                   1.0～50
锆英石粉                   5.0～10.0
在混合前，对于三种原材料还要进行磁选处理
二、熔制
熔制的过程是在高温熔窑里完成，窑炉温度控制在1450～1500℃内，澄清部温度控制在1425～1485℃、通道为1295～1305℃、作业部为1280～1250℃，作业部最后的漏板温度控制在1200～1220℃，以上各部温度要求在24小时内波动不得超过±10℃，漏板温度波动不得超过±3℃。
三、拉丝
拉丝机选用自动换筒拉丝机，机头转数控制在3500～7000转/分，拉出纤维的直径要求在6～20μm，拉丝成型过程中，还要进行浸润处理，
2、根据权利要求1所述的方法，浸润剂的配方如下：
成分                         重量百分比
水溶性酚醛树脂                       2.0～2.5
固    色    剂                       2.0～3.0
聚醋酸乙烯乳液                       3.0～3.5
EL——40                             0.3～0.5
KI——550                            0.3～0.5
水                                   90.0～92.4。
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