CN110759649A - 一种铝包覆玻璃微粉的物理制备方法及系统 - Google Patents

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/10—Non-chemical treatment
    • C03B37/16—Cutting or severing

Abstract

本发明涉及一种铝包覆玻璃微粉的物理制备方法及系统，所述物理制备方法包括以下步骤：采用物理法将铝涂敷于玻璃纤维的表面，形成全包覆的镀铝玻璃纤维；将得到的镀铝玻璃纤维进行预切割、粉碎处理，即得所述铝包玻璃微粉。发明通过物理方法制备铝包玻璃微粉具有制备效率高、安全、环境友好等突出特点，与现有技术中的化学合成法相比，该方法的制造成本优势及环保优势突出，利于广泛推广应用。

Description

一种铝包覆玻璃微粉的物理制备方法及系统
技术领域
本发明涉及一种铝包覆玻璃微粉的制备方法及系统，特别是涉及一种铝包覆玻璃微粉的物理制备方法及系统。
背景技术
铝包玻璃微粉是一种用途广泛的工业原料，在润滑、油漆改性或用作复合材料导电添加剂等方面具有显著功效，另外，铝包玻璃粉料在军事领域也具有优良的应用效果，例如其可用于装备的红外特性消光、遮蔽作用或作为某些红外干扰材料的前驱体原料。
由于铝是一种活性很高的金属材料，因此用化学合成法将铝包覆于玻璃粉料的合成工艺通常不稳定且成本高昂，另外化工合成该物质的原材料三乙基铝是一种极度易燃的自燃材料，具有较高的危险性，不利于降低该材料的制备技术门槛。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝包覆玻璃微粉的物理制备方法及系统。
为了达成上述的目的，本发明采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其包括以下步骤：
1)采用物理法将铝涂敷于玻璃纤维的表面，形成全包覆的镀铝玻璃纤维；
2)将步骤1)得到的镀铝玻璃纤维进行预切割、粉碎处理，即得所述铝包玻璃微粉。
为解决现有技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中步骤1)中所述物理法选自真空蒸镀法、磁控溅射法或熔融金属浸涂法中的一种。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中步骤1)中所述物理法为熔融金属浸涂法。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中步骤1)具体包括：将玻璃纤维进行拉丝，在拉丝的同时，通过压辊将冷却后的玻璃纤维拉丝压入熔融的铝液中。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中步骤1)中所述玻璃纤维拉丝压入的熔融的铝液中的深度范围为5mm至40mm，优选为20mm。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中步骤1)中所述玻璃纤维拉丝压入的速率为3-4mm/s；所述玻璃纤维拉丝的长度为0.5m-0.6m。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中步骤1)中所述熔融的铝液的温度为680℃-800℃，优选为720℃。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中步骤1)中所述玻璃纤维选自无碱玻璃体系、石英玻璃体系或高强玻璃体系中的一种。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中步骤1)中所述铝液为纯铝或铝合金的熔融液，所述铝合金含有铜或锌中的至少一种，所述铝合金中铝的摩尔含量大于95％且小于100％。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中步骤1)中所述铝的涂敷厚度为0.5微米至1.5微米。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中步骤2)中所述预切割的长度为3.5mm至1.5mm。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中步骤2)中粉碎处理的所述铝包玻璃微粉的纤维长径比小于2:1，其粒度大于或等于300目。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中在步骤2)之后还包括采用目数大于400目的砂轮对前述步骤2)得到的铝包玻璃微粉进行磨削的步骤。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其中磨削处理后的铝包玻璃微粉的粒径为20μm至45μm。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。依据本发明提出的一种铝包覆玻璃微粉的物理制备系统，包括玻璃纤维拉丝机，所述玻璃纤维拉丝机的转向轮和收卷轮之间设有压辊，所述压辊的下方设有铝液槽；所述玻璃纤维拉丝机的一侧设有玻纤短切机，所述玻纤短切机的一侧设有粉碎机。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备系统，其中所述铝液槽内容设有熔融的铝液；所述铝液槽的底部设有PLC恒温热电偶，以用于控制铝液的温度。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备系统，其中所述转向轮和收卷轮的圆心连线与漏板和转向轮的圆心连线相互垂直。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备系统，其中所述粉碎机为电动机械式粉碎机。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备系统，其中还包括目数大于400目的砂轮。
优选的，前述的铝包覆玻璃微粉的物理制备系统，其中所述砂轮为直径280mm的白刚玉砂轮。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
本发明通过物理方法制备铝包玻璃微粉具有制备效率高、安全、环境友好等突出特点，利于中小型企业及学校等科研单位开展产品的制造。与现有技术中的化学合成法相比，该方法的制造成本优势及环保优势突出，利于广泛推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例的破碎后铝包覆玻璃纤维断面；
图2为本发明实施例的铝包覆玻璃微粉的物理制备系统的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的铝包覆玻璃微粉的物理制备方法及系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
下述实施例中所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种铝包覆玻璃微粉的物理制备系统，包括玻璃纤维拉丝机，所述玻璃纤维拉丝机选自现有技术，在此不对其具体结构进行赘述。所述玻璃纤维拉丝机包括漏板1、转向轮2和收卷轮3，所述转向轮2和收卷轮3之间设有压辊4，所述压辊4的下方设有铝液槽5；所述玻璃纤维拉丝机的一侧设有玻纤短切机7，所述玻纤短切机7选自现有技术，在此不对其具体结构进行赘述。所述玻纤短切机7的一侧设有粉碎机8，粉碎机8采用电动机械式，以使得粉碎能力满足D90大于300目的水平。所述粉碎机8选自现有技术，在此不对其具体结构进行赘述。所述铝液槽5内容设有熔融的铝液(铝液的温度为680℃-800℃，优选为720℃)；所述铝液槽5的底部设有PLC恒温热电偶6，以用于控制铝液的温度；所述转向轮2和收卷轮3的圆心连线与漏板1和转向轮2的圆心连线相互垂直；这样设置的目的是为了减小玻纤转向次数的同时，利于在镀铝环节获得近乎与地面平行的工艺线，以便于压辊放置和压入。为了获得长径比更小的复合粒子，还可以包括目数大于400目的砂轮9，优选为直径是280mm的白刚玉砂轮。
实施例2
本实施例提供了一种铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，包括以下步骤：
1)采用物理法将金属铝涂敷于玻璃纤维的表面，形成全包覆的镀铝玻璃纤维；所述物理法可选自真空蒸镀法、磁控溅射法、熔融金属浸涂法等，优选为熔融金属浸涂法，这是由于熔融金属浸涂法具有产率高、金属膜层涂覆厚度大等优点。
具体操作是：选取无碱玻璃体系对其拉丝，在玻璃纤维拉丝的同时，将其压入熔融的铝液中。玻璃纤维拉丝可采用一般无碱玻纤拉丝的工艺技术，所不同的是，在玻璃纤维拉丝的末端，需要使用包括一对辊轮的压辊4将冷却后的玻纤以3mm/s的速率压入(其采用500瓦的伺服电机驱动)熔融的铝液中，如图1所示。
图1中，压辊4、漏板1、转向轮2及收卷轮3的尺寸和位置设置，以及拉丝温度需满足：压辊4的直径为300mm，漏板1的漏孔直径为2.0mm，转向轮2的直径为100mm，转向轮2的圆心与漏孔间距为1800mm，收卷轮3的直径为300mm，收卷轮3的转速为1600转/分钟，拉丝温度为1350度。通过压辊3将玻璃纤维压入铝液的深度范围5mm至40mm，一般使用20mm的深度，这是因为该深度在玻璃纤维表面既保持了相当厚度的铝涂层，又减小了涂覆金属的阻力从而兼顾效率；且所述压辊4处于收卷轮3与转向轮2的中间位置，较佳的，压辊4的圆心垂线距离转向轮0.5m，距离收卷轮0.5m。
上述熔融的铝液的温度为680℃-800℃，优选为720℃，这是由于若温度高于800℃会加剧金属氧化，使得铝包覆玻璃微粉的导电性、活性降低；若温度低于680℃，黏度及阻力大，可能会将丝拉断。为了获得更理想的效果，还可以使用惰性气体如纯度为99.9％的高纯氮气对铝液槽的镀铝局部实施保护，具体实施为将该高纯氮气的喷吹口对准玻璃纤维的出丝端(压辊压入铝液的位置)，以1L/min的流量进行喷吹，这是由于此时出丝端还未凝固，容易被氧化。所述铝液可以为纯铝或铝合金的熔融液，所述铝合金含有铜或锌中的至少一种，所述铝合金中铝的摩尔含量大于95％且小于100％。
玻璃纤维的材质可变，根据需要还可以采用石英玻璃、高强玻璃体系作为复合粒子的中芯，金属铝也可采用纯铝或含有铜或锌中的至少一种的铝合金，但铝的摩尔含量应保持大于95％且小于100％，以保持金属铝的延展性。
2)将步骤1)得到的镀铝玻璃纤维进行预切割、粉碎处理，即得所述铝包玻璃微粉。
由于步骤1)中制备的铝包覆玻璃纤维是长丝的形态(长丝长度约为0.5m)，直接进行粉碎会导致粉料粒径过大，因此需要对其进行预先切割，将其切短再破碎。为了确保破碎效率，本发明的实施例采用的玻纤预切割长度为3.5mm至1.5mm，具体实施装备可采用玻纤扎切机7，设定目标切割步长后对长玻纤进行短切。
由于上述加工成型的短切玻璃纤维内芯具有脆性和硬挺性，外表金属膜层具有延展性和韧性，因此在对短切纤维进行破碎处理时其内芯易断而外表膜层则易于延伸拉覆盖断面，形成金属对玻璃纤维全方位的包覆，随着破碎程度的增加，这种包覆越完全，图2是破碎后的包铝玻纤断面，此时纤维长径比大于2:1。
为了进一步缩短纤维长径比，需要对短切玻纤进行打粉。粉碎机8采用电动机械式，粉碎能力需满足D90优于300目的水平。将短切金属铝包覆的玻璃纤维投入粉碎机中，粉碎后纤维长径比一般可以降至2:1以内，形成微粉状态，其粒度小于或等于300目。
另外，可以根据应用需要进一步调整微粉的形态，例如为了获得长径比更小，例如长径比约为1的复合粒子，可以采用目数大于400目的砂轮9(优选为直径280mm的白刚玉砂轮)对前述步骤产生的微粉进行磨削(将微粉压实包裹紧密，包装材料可以采用聚乙膜，这是由于该材料不易引起静电)，试验证明用此方法可以将铝包玻璃粉料的粒径降至600目左右(约20微米)。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种铝包覆玻璃微粉的物理制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用物理法将铝涂敷于玻璃纤维的表面，形成全包覆的镀铝玻璃纤维；
2)将步骤1)得到的镀铝玻璃纤维进行预切割、粉碎处理，即得所述铝包玻璃微粉。
2.如权利要求1所述的物理制备方法，其特征在于，步骤1)中所述物理法选自真空蒸镀法、磁控溅射法或熔融金属浸涂法中的一种。
3.如权利要求2所述的物理制备方法，其特征在于，步骤1)中所述物理法为熔融金属浸涂法。
4.如权利要求1所述的物理制备方法，其特征在于，步骤1)具体包括：将玻璃纤维进行拉丝，在拉丝的同时，通过压辊将冷却后的玻璃纤维拉丝压入熔融的铝液中。
5.如权利要求4所述的物理制备方法，其特征在于，步骤1)中所述玻璃纤维拉丝压入的熔融的铝液中的深度范围为5mm至40mm；所述玻璃纤维拉丝压入的速率为3-4mm/s；所述玻璃纤维拉丝的长度为0.5m-0.6m；所述熔融的铝液的温度为680℃-800℃。
6.如权利要求5所述的物理制备方法，其特征在于，步骤1)中所述玻璃纤维选自无碱玻璃体系、石英玻璃体系或高强玻璃体系中的一种；所述铝液为纯铝或铝合金的熔融液，所述铝合金含有铜或锌中的至少一种，所述铝合金中铝的摩尔含量大于95％且小于100％；所述铝的涂敷厚度为0.5微米至1.5微米。
7.如权利要求1所述的物理制备方法，其特征在于，步骤2)中所述预切割的长度为3.5mm至1.5mm；粉碎处理的所述铝包玻璃微粉的纤维长径比小于2:1，其粒度大于或等于300目。
8.如权利要求1所述的物理制备方法，其特征在于，在步骤2)之后还包括采用目数大于400目的砂轮对前述步骤2)得到的铝包玻璃微粉进行磨削的步骤；磨削处理后的铝包玻璃微粉的粒径为20μm至45μm。
9.一种铝包覆玻璃微粉的物理制备系统，其特征在于，包括玻璃纤维拉丝机，所述玻璃纤维拉丝机的转向轮和收卷轮之间设有压辊，所述压辊的下方设有铝液槽；所述玻璃纤维拉丝机的一侧设有玻纤短切机，所述玻纤短切机的一侧设有粉碎机。
10.如权利要求9所述的物理制备系统，其特征在于，所述铝液槽内容设有熔融的铝液；所述铝液槽的底部设有用于控制铝液温度的PLC恒温热电偶；所述转向轮和收卷轮的圆心连线与漏板和转向轮的圆心连线相互垂直；所述粉碎机为电动机械式粉碎机；还包括目数大于400目的砂轮。
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