CN1210094A - 耐碱玄武岩纤维制造方法、产品及设备 - Google Patents

耐碱玄武岩纤维制造方法、产品及设备 Download PDF

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杨成莉
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Abstract

耐碱玄武岩纤维制造方法、产品及设备涉及无机非金属材料耐碱纤维加工技术领域。制造方法分原料制备、熔制、拉丝和退解四步。原料含玄武岩、锆英石、莹石粉料及熟料,按重量比混合。熔制分熔化、澄清、作业及漏板成型。窑炉采用全电熔池窑,耐火材料为33＃电熔锆刚玉砖及白泡石砌筑,外层保温材料为高铝保温砖及硅酸铝保温毡。制造工艺简单,成本低;产品强度高,耐碱腐蚀性好;设备简单,自动控制。在石油化工、建筑业有广泛用途。

Description

耐碱玄武岩纤维制造方法、产品及设备
本发明涉及无机非金属材料耐碱纤维制造方法、产品及设备诸技术领域。
目前，世界上各国都比较重视抗碱玻璃纤维的研究和应用，特别是禁用石棉国家，抗碱玻璃纤维用于替代石棉，产量逐年增加。抗碱玻璃纤维增强水泥(GRC)复合材料在建筑中得到应用，GRC制品主要有外墙复合板、单板、阳台栏板、建筑用品及农业构件等。但是，抗碱玻璃纤维的使用必须与低碱度早强水泥复合使用，这种水泥成本高，产量低，不能象普通硅酸盐水泥大量生产，从而限制了它的推广使用。
本发明的目的是提供一种制造方法简单，产品替代抗碱玻璃纤维，具有优良的物理、化学、机械力学性能，抗碱性能强，设备温控能力强的耐碱玄武岩纤维制造方法、产品及设备。
本发明制造方法分四步
第一步：原料制备工艺
原料由玄武岩粉料、莹石粉料、锆英石粉料及熟料组成，其间重量比为：
玄武岩粉料    60～72％
锆英石粉料    5～10％
莹石粉料      3～5％
熟料          20～25％
玄武岩矿石原料经粉碎、筛分、除铁工艺成为玄武岩粉料；莹石经粉碎、筛分工艺成莹石粉料；锆英石粉料现有；熟料经粉碎工艺后，分别按重量比称量，混合成原料。
玄武岩粉料成份重量比
SiO2:45～55％
Al2O3:12～15％
Fe2O3:9.5～13％
TiO2:2.0～3.0％
CaO:5.0～8.5％
MgO:5.0～8.5％
K2O:1.5～3.5％
Na2O:3.5～4.5％
第二步：熔制工艺
在熔制窑炉里完成，窑炉的升温方法是在窑炉冷态时将中碱玻璃球作为原料进行烤窑升温，待整个窑炉温度达到1200℃以上时方可加入配合好的原料。原料依次经过熔制窑炉的熔化部、澄清部、作业部、漏板成型部完成熔化、澄清、作业、漏板成型工艺。温度控制，熔化部为1400～1500℃，澄清部为1300～1400℃，作业部为1250～1300℃，漏板成型部为1200～1250℃，窑炉各部位温度控制精度在24小时内波动±10℃，漏板成型部温度波动在±3℃。
第三步：拉丝工艺
拉丝成型，选用691型双筒自动换相拉丝机，机头转速控制在3000～7500转/分，拉丝作业线高度在2.3～2.5m，生产出单丝直径在6～20μm范围的原丝产品。
拉丝用浸润剂配方按重量比为水溶性酚醛树酯：2～2.5％，固色剂：2～3％，聚醋酸乙烯乳液：3.0～3.5％，EL-4 0:0.3～0.5％，KH-550:0.3～0.5％，水：90～92.4％。
第四步：退解工艺
分退绕、合股、纺纱工艺。采用MB3型无捻粗纱机，可退解多股的无捻粗纱。采用150B-Ⅰ型、Ⅱ型纺纱机，可退解单股合股的有捻纱，其捻度可控制在80～200范围。
耐碱玄武岩纤维成分重量比为：
SiO2:45～55％
Al2O3:12～14％
Fe2O3:9～12％
TiO2:2～3％
CaO:5～8％
MgO:5～8％
K2O:1.5～3.0％
Na2O:2.0～3.5％
ZrO2:9.0～10％
本制造方法采用的设备除第二步熔制工艺的熔制窑炉外，其余设备都为通用设备。熔制窑炉采用全电溶池窑，整个窑炉分为熔化部、澄清部、作业部、漏板成型部。窑炉炉体耐火材料为33#电溶锆刚玉砖及白泡石经加工砌筑而成，外保温层保温材料为高铝保温砖及硅酸铝保温毡，电极为5mm厚的铜板加工而成。窑炉温度控制为可控硅交流调压进行供电，并采用热电偶进行监控。窑炉成型漏板部为铂铑合金加工成200～400孔的漏板，孔径在1.5～2.0mm。
经过该工艺及设备加工出来的耐碱玄武岩纤维其抗碱性能为，经100℃的Ca(OH)2饱和溶液浸泡4小时后其纤维抗拉强度＞800MPa，单丝强度保留率＞75％，直径缩小率＜10％。在10％的NaOH溶液经100℃浸泡1小时后，重量减少率＜5％。
本发明的优点是，制造工艺简单、易行，制造成本低，原材料资源丰富，工艺优良，无污染，对人体接触无害。产品具有比重大、强度高、耐碱腐蚀性好，使用温度范围宽，绝缘性能好的特点。是一种用途广泛的无机非金属增强材料；可替代目前所使用的无碱、中碱、高碱和抗碱玻璃纤维；可做为GRC制品的增强材料；能满足制做玻璃钢制品的各种性能要求；还可做为防火材料，保温材料，绝缘材料，耐老化耐磨损材料，耐腐蚀材料，过滤材料。在很多领域有着广泛的用途。设备简单，实现自动化控制，确保产品合格。
以下结合附图及实施例对本发明进行详细说明
图1为本发明生产工艺流程图
图2为本发明窑炉结构示意图
图3为本发明温度控制原理图
实施例制造方法分四步
第一步：原料制备工艺
原料由玄武岩粉料、莹石粉料、锆英石粉料及熟料组成，其间重量比为：
玄武岩粉料    60％
锆英石粉料    10％
莹石粉料      5％
熟料          25％
玄武岩矿石原料经粉碎、筛分、除铁工艺成为玄武岩粉料；莹石经粉碎、筛分工艺成莹石粉料；锆英石粉料现有；熟料经粉碎后，分别按重量比称量，混合成原料。
玄武岩粉料成份重量比：
SiO2:49.2％
Al2O3:15.73％
Fe2O3:10.24％
TiO2:2.45％
CaO:7.56％
MgO:7.66％
K2O:2.93％
Na2O:4.19％
第二步：熔制工艺
在总容量为1.5吨的熔制窑炉里完成，窑炉的升温方法是在窑炉冷态时将中碱玻璃球作为原料进行烤窑升温，待整个窑炉温度达到1200℃以上时，加入配合好的原料，原料依次经过熔制窑炉的熔化部、澄清部、作业部、漏板成型部完成熔化、澄清、作业、漏板成型工艺。窑炉各部温度控制为熔化部：1450℃±10，澄清部：1350℃±10，作业部：1280℃±10，漏板成型部：1220℃±3。
第三步：拉丝工艺
拉丝成型，用691型双筒自动换相拉丝机，机头转速为4500转/分，拉丝作业线高度为2.5m，生产出单丝直径15μm±1.5μm的原丝产品。拉丝用浸润剂配方按重量比为，水溶性酚醛树酯：2％，固色剂：2％，聚醋酸乙烯乳液：3％，EL-40:0.5％，KH-550:0.5％，水：92％。
第四步：退解工艺
分退绕、合股、纺纱工艺。采用MB3型无捻粗纱机，生产528tex无捻粗纱。其它织造工艺与纺织普通玻璃纤维相同。
耐碱玄武岩纤维成分重量比为：
SiO2:48.88％
Al2O3:13.24％
Fe2O3:9.52％
TiO2:2.45％
CaO:5.53％
MgO:6.42％
K2O:1.95％
Na2O:2.18％
ZrO2:9.80％
熔制窑炉采用全电熔池窑，整个窑炉分为熔化部1、澄清部2、作业部3、漏板成型部4，窑炉炉体5耐火材料为33#电溶锆刚玉砖及白泡石经加工砌筑而成，外保温层6保温材料为高铝保温砖及硅酸铝保温毡，电极7为5mm厚的铜板加工而成，成型部漏板为铂铑合金加工成300孔的漏板，孔径在1.8mm。加工出的产品达到各项标准。

Claims (3)

1．耐碱玄武岩纤维制造方法，由原料制备工艺、熔制工艺、成型工艺、退解工艺组成，其特征是：
第一步：原料制备工艺
原料由玄武岩粉料、莹石粉料、锆英石粉料及熟料组成，其间重量比为：
玄武岩粉料    60～72％
锆英石粉料    5～10％
莹石粉料      3～5％
熟料          20～25％
玄武岩矿石原料经粉碎、筛分、除铁工艺成为玄武岩粉料；莹石经粉碎、筛分工艺成莹石粉料；锆英石粉料现有；熟料经粉碎后，分别按重量比称量，混合成原料，
玄武岩粉料成份重量比
SiO2:45～55％
Al2O3:12～15％
Fe2O3:9.5～13％
TiO2:2.0～3.0％
CaO:5.0～8.5％
MgO:5.0～8.5％
K2O:1.5～3.5％
Na2O:3.5～4.5％
第二步：熔制工艺
在熔制窑炉里完成，窑炉的升温方法是在窑炉冷态时将中碱玻璃球作为原料进行烤窑升温，待整个窑炉温度达到1200℃以上时方可加入配合好的原料，原料依次经过熔制窑炉的熔化部、澄清部、作业部、漏板成型部完成熔化、澄清、作业、漏板成型工艺，温度控制，熔化部为1400～1500℃，澄清部为1300～1400℃，作业部为1250～1300℃，漏板成型部为1200～1250℃，窑炉各部位温度控制精度在24小时内波动±10℃，漏板成型部温度波动在±3℃，
第三步：拉丝工艺
拉丝成型，拉丝机机头转速控制在3000～7500转/分，拉丝作业线高度在2.3～2.5m，生产出单丝直径在6～20μm范围的原丝产品，
拉丝用浸润剂配方按重量比为水溶性酚醛树酯：2～2.5％，固色剂：2～3％，聚醋酸乙烯乳液：3.0～3.5％，EL-40:0.3～0.5％，KH-550:0.3～0.5％，水：90～92.4％，
第四步：退解工艺
分退绕、合股、纺纱工艺。
2．耐碱玄武岩纤维，其特征是，
耐碱玄武岩纤维成分重量比为：
SiO2:45～55％
Al2O3:12～14％
Fe2O3:9～12％
TiO2:2～3％
CaO:5～8％
MgO:5～8％
K2O:1.5～3.0％
Na2O:2.0～3.5％
ZrO2:9.0～10％
3．耐碱玄武岩纤维的制作设备，有破碎机、粉碎机、磁选机、窑炉、拉丝机、并退机及合股机构成，其特征是，熔制窑炉采用全电熔池窑，整个窑炉分为熔化部(1)、澄清部(2)、作业部(3)、漏板成型部(4)，窑炉炉体(5)耐火材料为33#电溶锆刚玉砖及白泡石经加工砌筑而成，外保温层(6)保温材料为高铝保温砖及硅酸铝保温毡，电极(7)为5mm厚的铜板加工而成，窑炉温度控制为可控硅交流调压进行供电，并采用热电偶进行监控，成型部漏板为铂铑合金加工成200～400孔的漏板，孔径在1.5～2.0mm。
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