CN111039568A - 一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，具体涉及无机非金属材料的制备技术领域，包括所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂、高岭土、方解石、三氧化二铝、硼钙石、萤石2wt％‑4wt％、氧化镁、三氧化二铁、氟化钙、氧化钛、芒硝和纯碱。本发明通过精确调配原料比例、硅砂的主要成分是形成玻璃网络的主要氧化物二氧化硅，主要起提高玻璃纤维的机械强度，三氧化二铝为也是形成玻璃网络的主要氧化物之一，它起降低玻璃析晶倾向，提高玻璃纤维的机械性能的作用，添加三氧化二铁提高玻璃纤维的导热性，相对于现有的玻璃纤维，机械强度大、且具有很好的传热性能。
Description
技术领域
本发明涉及无机非金属材料的制备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法。
背景技术
玻玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域，玻璃纤维作为强化塑料的补强材料应用时，最大的特征是抗拉强度大。抗拉强度在标准状态下是6.3～6.9 g/d，湿润状态5.4～5.8 g/d。密度2.54g/cm3。耐热性好，温度达300℃时对强度没影响。有优良的电绝缘性，是高级的电绝缘材料，也用于绝热材料和防火屏蔽材料。一般只被浓碱、氢氟酸和浓磷酸腐蚀。
目前市场上常见的玻璃纤维，机械性性能差，容易损坏，导热性能不足。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，通过精确调配原料比例、硅砂的主要成分是形成玻璃网络的主要氧化物二氧化硅，主要起提高玻璃纤维的机械强度，三氧化二铝为也是形成玻璃网络的主要氧化物之一，它起降低玻璃析晶倾向，提高玻璃纤维的机械性能的作用，添加三氧化二铁提高玻璃纤维的导热性，相对于现有的玻璃纤维，机械强度大、且具有很好的传热性能，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂20wt％-30wt％、高岭土20wt％-30wt％、方解石20wt％-24wt％、三氧化二铝 12wt％-16wt％、硼钙石6wt％-8wt％、萤石2wt％-4wt％、氧化镁0.5wt％-1wt％、三氧化二铁0.1wt％-0.3wt％、氟化钙0.1wt％-0.3wt％、氧化钛0.1wt％-0.3wt％、芒硝0.1wt％-0.5wt％和纯碱0.1wt％-0.5wt％。
具体包括如下操作步骤：
步骤一：按配方重量称取各种原料，利用干燥设备进行干燥处理；
步骤二：利用破碎设备进行粉碎和过筛，同时将原料中的杂质进行筛除，得到粉碎料；
步骤三：将步骤二中得到的各种粉碎料利用混合搅拌设备混合均匀，得到混合物A；
步骤四：将步骤三中得到的混合物A投入窑池中，混合物A在窑池中加热熔化为玻璃液；
步骤五：将步骤四中形成的玻璃液从窑池引流向拉丝车间，利用拉丝车间拉丝设备上的拉丝板上的丝孔中流出，流出的玻璃液呈丝状，同时利用冷却设备对玻璃液进行冷却，形成玻璃纤维；
步骤六：待步骤五中得到玻璃纤维冷却完全后，利用玻璃纤维缠绕机将玻璃纤维卷集在收卷塑料筒上，得到成品。
在一个优选的实施方式中，所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂20wt％、高岭土20wt％、方解石20wt％、三氧化二铝 12wt％、硼钙石6wt％、萤石2wt％、氧化镁0.5wt％、三氧化二铁0.1wt％、氟化钙0.1wt％、氧化钛0.1wt％、芒硝0.1wt％和纯碱0.1wt％。
在一个优选的实施方式中，所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂25wt％、高岭土25％、方解石22wt％、三氧化二铝 14wt％、硼钙石7wt％、萤石3wt％、氧化镁0.75wt％、三氧化二铁0.2wt％、氟化钙0.2wt％、氧化钛0.2wt％、芒硝0.2wt％和纯碱0.3wt％。
在一个优选的实施方式中，所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂30wt％、高岭土30wt％、方解石24wt％、三氧化二铝 16wt％、硼钙石8wt％、萤石4wt％、氧化镁1wt％、三氧化二铁0.3wt％、氟化钙0.3wt％、氧化钛0.3wt％、芒硝0.5wt％和纯碱0.5wt％。
在一个优选的实施方式中，所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂70wt％、三氧化二铝 12wt％、硼钙石8wt％、萤石2wt％、氧化镁0.5wt％、三氧化二铁0.3wt％、氟化钙0.1wt％、氧化钛0.3wt％、芒硝0.1wt％和纯碱0.5wt％。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中过筛目数为200-300目。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中的混合料A投入窑池中的投料速度为0.5吨/h，所述步骤三中加热方式为天然气喷枪，加热温度为1700-1900°C。
在一个优选的实施方式中，所述玻璃纤维缠绕机卷取的速度设置为2500-3000转/min。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过精确调配控制硅砂、三氧化二铝 、硼钙石、萤石、氧化镁、三氧化二铁、氟化钙、氧化钛、芒硝和纯碱、硅砂的主要成分是形成玻璃网络的主要氧化物二氧化硅，主要起提高玻璃纤维的机械强度，三氧化二铝为也是形成玻璃网络的主要氧化物之一，它起降低玻璃析晶倾向，提高玻璃纤维的机械性能的作用，通过添加二氧化钛能提高玻璃纤维的耐酸性，改善玻璃高温流动性和析晶倾向，提高玻璃纤维机械性能和耐腐蚀性能，添加三氧化二铁提高玻璃纤维的导热性，氧化镁 属于玻璃结构网络外体氧化物，具有降低玻璃高温粘度、改善玻璃晶析倾向的作用，相对于现有的玻璃纤维，机械强度大、且具有很好的传热性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1：
本发明提供了一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂60wt％、三氧化二铝 12wt％、硼钙石6wt％、萤石2wt％、氧化镁0.5wt％、三氧化二铁0.1wt％、氟化钙0.1wt％、氧化钛0.1wt％、芒硝0.1wt％和纯碱0.1wt％。
具体包括如下操作步骤：
步骤一：按配方重量称取各种原料，将原料放入干燥设备，利用干燥设备进行干燥处理，得到干燥化的原料备用；
步骤二：利用破碎设备进行粉碎，在利用筛选设备进行过筛，同时将原料中的杂质进行筛除，得到粉碎料；
步骤三：将步骤二中得到的各种粉碎料利用混合搅拌设备混合均匀，得到混合物A备用；
步骤四：将步骤三中得到的混合物A投入窑池中，混合物A在窑池中加热熔化为玻璃液备用；
步骤五：将步骤四中形成的玻璃液从窑池引流向拉丝车间，引导到拉丝车间拉丝设备上的拉丝板上，玻璃液从丝孔中流出，流出的玻璃液呈丝状，同时利用冷却设备对玻璃液进行冷却，形成玻璃纤维；
步骤六：待步骤五中得到玻璃纤维冷却完全后，利用玻璃纤维缠绕机将玻璃纤维卷集在收卷塑料筒上，得到成品。
进一步的，所述步骤二中过筛目数为200目。
进一步的，所述步骤三中的混合料A投入窑池中的投料速度为0.5吨/h，所述步骤三中加热方式为天然气喷枪，加热温度为1700°C。
进一步的，所述玻璃纤维缠绕机卷取的速度设置为2500转/min。
实施例2：
本发明提供了一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂65wt％、三氧化二铝 14wt％、硼钙石7wt％、萤石3wt％、氧化镁0.75wt％、三氧化二铁0.2wt％、氟化钙0.2wt％、氧化钛0.2wt％、芒硝0.2wt％和纯碱0.3wt％。
具体包括如下操作步骤：
步骤一：按配方重量称取各种原料，将原料放入干燥设备，利用干燥设备进行干燥处理，得到干燥化的原料备用；
步骤二：利用破碎设备进行粉碎，在利用筛选设备进行过筛，同时将原料中的杂质进行筛除，得到粉碎料；
步骤三：将步骤二中得到的各种粉碎料利用混合搅拌设备混合均匀，得到混合物A备用；
步骤四：将步骤三中得到的混合物A投入窑池中，混合物A在窑池中加热熔化为玻璃液备用；
步骤五：将步骤四中形成的玻璃液从窑池引流向拉丝车间，引导到拉丝车间拉丝设备上的拉丝板上，玻璃液从丝孔中流出，流出的玻璃液呈丝状，同时利用冷却设备对玻璃液进行冷却，形成玻璃纤维；
步骤六：待步骤五中得到玻璃纤维冷却完全后，利用玻璃纤维缠绕机将玻璃纤维卷集在收卷塑料筒上，得到成品。
进一步的，所述步骤二中过筛目数为250目。
进一步的，所述步骤三中的混合料A投入窑池中的投料速度为0.5吨/h，所述步骤三中加热方式为天然气喷枪，加热温度为1800°C。
进一步的，所述玻璃纤维缠绕机卷取的速度设置为2750转/min。
实施例3：
本发明提供了一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂70wt％、三氧化二铝 16wt％、硼钙石8wt％、萤石4wt％、氧化镁1wt％、三氧化二铁0.3wt％、氟化钙0.3wt％、氧化钛0.3wt％、芒硝0.5wt％和纯碱0.5wt％。
具体包括如下操作步骤：
步骤一：按配方重量称取各种原料，将原料放入干燥设备，利用干燥设备进行干燥处理，得到干燥化的原料备用；
步骤二：利用破碎设备进行粉碎，在利用筛选设备进行过筛，同时将原料中的杂质进行筛除，得到粉碎料；
步骤三：将步骤二中得到的各种粉碎料利用混合搅拌设备混合均匀，得到混合物A备用；
步骤四：将步骤三中得到的混合物A投入窑池中，混合物A在窑池中加热熔化为玻璃液备用；
步骤五：将步骤四中形成的玻璃液从窑池引流向拉丝车间，引导到拉丝车间拉丝设备上的拉丝板上，玻璃液从丝孔中流出，流出的玻璃液呈丝状，同时利用冷却设备对玻璃液进行冷却，形成玻璃纤维；
步骤六：待步骤五中得到玻璃纤维冷却完全后，利用玻璃纤维缠绕机将玻璃纤维卷集在收卷塑料筒上，得到成品。
进一步的，所述步骤二中过筛目数为300目。
进一步的，所述步骤三中的混合料A投入窑池中的投料速度为0.5吨/h，所述步骤三中加热方式为天然气喷枪，加热温度为1900°C。
进一步的，所述玻璃纤维缠绕机卷取的速度设置为3000转/min。
实施例4：
本发明提供了一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂70wt％、三氧化二铝 12wt％、硼钙石8wt％、萤石2wt％、氧化镁0.5wt％、三氧化二铁0.3wt％、氟化钙0.1wt％、氧化钛0.3wt％、芒硝0.1wt％和纯碱0.5wt％。
具体包括如下操作步骤：
步骤一：按配方重量称取各种原料，将原料放入干燥设备，利用干燥设备进行干燥处理，得到干燥化的原料备用；
步骤二：利用破碎设备进行粉碎，在利用筛选设备进行过筛，同时将原料中的杂质进行筛除，得到粉碎料；
步骤三：将步骤二中得到的各种粉碎料利用混合搅拌设备混合均匀，得到混合物A备用；
步骤四：将步骤三中得到的混合物A投入窑池中，混合物A在窑池中加热熔化为玻璃液备用；
步骤五：将步骤四中形成的玻璃液从窑池引流向拉丝车间，引导到拉丝车间拉丝设备上的拉丝板上，玻璃液从丝孔中流出，流出的玻璃液呈丝状，同时利用冷却设备对玻璃液进行冷却，形成玻璃纤维；
步骤六：待步骤五中得到玻璃纤维冷却完全后，利用玻璃纤维缠绕机将玻璃纤维卷集在收卷塑料筒上，得到成品。
进一步的，所述步骤二中过筛目数为250目。
进一步的，所述步骤三中的混合料A投入窑池中的投料速度为0.5吨/h，所述步骤三中加热方式为天然气喷枪，加热温度为1800°C。
进一步的，所述玻璃纤维缠绕机卷取的速度设置为2750转/min
实施例5：
分别取上述实施例1-3所制得的玻璃纤维进行试验，得到以下数据：
| 单丝强度（/MPa） | 弹性模量（/GPa） | 传热系数 | |
| 实施例1 | 18 | 85 | 2.8W/(㎡·K) |
| 实施例2 | 25 | 88 | 3.1W/(㎡·K) |
| 实施例3 | 23 | 87 | 3.0W/(㎡·K) |
| 实施例4 | 22 | 86 | 2.9W/(㎡·K) |
由上表可知，实施例2中原料配合比例适中，所制得的玻璃纤维机械强度强，且具备较强的传热性能。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本发明公开实施例中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，其特征在于：所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂60wt％-70wt％、三氧化二铝 12wt％-16wt％、硼钙石6wt％-8wt％、萤石2wt％-4wt％、氧化镁0.5wt％-1wt％、三氧化二铁0.1wt％-0.3wt％、氟化钙0.1wt％-0.3wt％、氧化钛0.1wt％-0.3wt％、芒硝0.1wt％-0.5wt％和纯碱0.1wt％-0.5wt％，
具体包括如下操作步骤：
步骤一：按配方重量称取各种原料，将原料放入干燥设备，利用干燥设备进行干燥处理，得到干燥化的原料备用；
步骤二：利用破碎设备进行粉碎，在利用筛选设备进行过筛，同时将原料中的杂质进行筛除，得到粉碎料；
步骤三：将步骤二中得到的各种粉碎料利用混合搅拌设备混合均匀，得到混合物A备用；
步骤四：将步骤三中得到的混合物A投入窑池中，混合物A在窑池中加热熔化为玻璃液备用；
步骤五：将步骤四中形成的玻璃液从窑池引流向拉丝车间，引导到拉丝车间拉丝设备上的拉丝板上，玻璃液从丝孔中流出，流出的玻璃液呈丝状，同时利用冷却设备对玻璃液进行冷却，形成玻璃纤维；
步骤六：待步骤五中得到玻璃纤维冷却完全后，利用玻璃纤维缠绕机将玻璃纤维卷集在收卷塑料筒上，得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，其特征在于：所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂60wt％、三氧化二铝 12wt％、硼钙石6wt％、萤石2wt％、氧化镁0.5wt％、三氧化二铁0.1wt％、氟化钙0.1wt％、氧化钛0.1wt％、芒硝0.1wt％和纯碱0.1wt％。
3.根据权利要求1所述的一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，其特征在于：所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂65wt％、三氧化二铝 14wt％、硼钙石7wt％、萤石3wt％、氧化镁0.75wt％、三氧化二铁0.2wt％、氟化钙0.2wt％、氧化钛0.2wt％、芒硝0.2wt％和纯碱0.3wt％。
4.根据权利要求1所述的一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，其特征在于：所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂70wt％、三氧化二铝 16wt％、硼钙石8wt％、萤石4wt％、氧化镁1wt％、三氧化二铁0.3wt％、氟化钙0.3wt％、氧化钛0.3wt％、芒硝0.5wt％和纯碱0.5wt％。
5.根据权利要求1所述的一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，其特征在于：所使用的主料包括以下按重量百分比计包括硅砂70wt％、三氧化二铝 12wt％、硼钙石8wt％、萤石2wt％、氧化镁0.5wt％、三氧化二铁0.3wt％、氟化钙0.1wt％、氧化钛0.3wt％、芒硝0.1wt％和纯碱0.5wt％。
6.根据权利要求1所述的一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中过筛目数为200-300目。
7.根据权利要求1所述的一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的混合料A投入窑池中的投料速度为0.5吨/h，所述步骤三中加热方式为天然气喷枪，加热温度为1700-1900°C。
8.根据权利要求1所述的一种具有能量转换功能的无机非金属材料的制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维缠绕机卷取的速度设置为2500-3000转/min。
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