RU2118949C1

RU2118949C1 - Method and composition for inorganic fiber producing

Info

Publication number: RU2118949C1
Application number: RU96115633A
Authority: RU
Inventors: Виктор Федорович КИБОЛ; Роман Викторович КИБОЛ
Original assignee: Виктор Федорович КИБОЛ
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-09-20

Abstract

FIELD: inorganic chemistry and technology. SUBSTANCE: inorganic fiber is produced by minerals feeding into smelting furnace, melt making, its homogenization, feeding to zone of fiber making for its drawing from melt and the following winding on threat-receiver. Temperature in smelting furnace is 1705-2000 C. Fiber drawing is carried out at the rate 5505-6500 m/min. Composition for inorganic fiber producing has the following components, wt.-%: SiO₂, 55.30-60.1; Al₂O₃, 18.01-19.90; TiO₂, 0.02-1.02; Fe₂O₃ or FeO, 7.51-8.03; CaO, 4.52-9.50; MgO, 3.01-3.95; P₂O₅, 0.12-0.14; MnO, 0.10-0.15; K₂O, 1.40-3.60; and Na₂O, 1.80-1.90. Method provides fiber producing of thickness less 4 mcm. EFFECT: improved method of fiber producing, high quality of fibers. 2 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к технологии получения неорганических волокон из расплавленных минералов вытягиванием, которые могут использоваться для получения термостойких нитей и тканей. The invention relates to a technology for producing inorganic fibers from molten minerals by drawing, which can be used to obtain heat-resistant threads and fabrics.

Наиболее близким к заявляемому изобретению - способу является способ получения неорганического волокна путем подачи базальтовой породы в плавильную печь, нагрева породы до температуры плавления, а именно до 1500 - 1600^oC, получения расплава и его гомогенизации (1).Closest to the claimed invention, the method is a method for producing inorganic fiber by feeding basalt rock into a smelting furnace, heating the rock to a melting point, namely up to 1500 - 1600 ^o C, obtaining a melt and its homogenization (1).

Согласно известному способу, гомогенизированный расплав подают в зону формирования волокна, где волокно вытягивают со скоростью 3500 - 4500 м/мин без остановок и замедлений из расплава с вязкостью 110 - 500 пуаз. Вначале волокна собирают непрерывным вытягиванием вручную и полученный пучок заводят в канавку ролика нитесборника, быстро вытягивая его под углом 60 - 80^o. Волокна, полученные известным способом, имеют средний диаметр элементарного волокна 4 - 5,5 мкм.According to the known method, the homogenized melt is fed into the fiber forming zone, where the fiber is pulled at a speed of 3500 - 4500 m / min without stops and decelerations from the melt with a viscosity of 110 - 500 poise. First, the fibers are collected by continuous manual pulling and the resulting bundle is inserted into the groove of the thread collection roller, quickly pulling it at an angle of 60 - 80 ^o . Fibers obtained in a known manner have an average fiber diameter of 4 to 5.5 microns.

Недостатком данного способа является невозможность получения элементарных волокон диаметром менее 4 мкм, т.к. последний зависит от скорости вытягивания, которая, в свою очередь, определяется вязкостью расплава, Так, увеличение скорости выше указанной, т.е. 4500 м/мин, при данной вязкости расплава приведет лишь к обрыву волокна, а не к уменьшению его диаметра. Вязкость расплава зависит от исходного состава материала и температуры нагрева расплава. The disadvantage of this method is the inability to obtain elementary fibers with a diameter of less than 4 microns, because the latter depends on the drawing speed, which, in turn, is determined by the viscosity of the melt, Thus, an increase in speed above the specified, i.e. 4500 m / min, at a given melt viscosity, it will only lead to fiber breakage, and not to a decrease in its diameter. The viscosity of the melt depends on the initial composition of the material and the heating temperature of the melt.

Известен состав для получения минерального волокна, включающий SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, F₂O₃, FeO, CaO, MgO, MnO, R₂O при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ 27 - 61, Al₂O₃ 8 - 23, TiO₂ 0,5 - 3,0, Fe₂O₃ 0,8 - 12, FeO 0,1 - 4,0, MnO 0,5 - 1,0, CaO 8 - 20, MgO 4,5 - 21, R₂O 0,1 - 5,5 (2).A known composition for producing mineral fibers, including SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , F ₂ O ₃ , FeO, CaO, MgO, MnO, R ₂ O in the following ratio of components, wt.%:
SiO ₂ 27 - 61, Al ₂ O ₃ 8 - 23, TiO ₂ 0.5 - 3.0, Fe ₂ O ₃ 0.8 - 12, FeO 0.1 - 4.0, MnO 0.5 - 1, 0, CaO 8 - 20, MgO 4.5 - 21, R ₂ O 0.1 - 5.5 (2).

Минеральное волокно с таким составом получают загружая подготовленные компоненты в плавильный агрегат, где их плавят при температуре 1250 - 1400^oC, и затем расплав перерабатывают в волокно центробежно-валковым способом при 1340 - 1400^oC. Полученное минеральное волокно имеет диаметр волокон 4 - 6 мкм.A mineral fiber with this composition is obtained by loading the prepared components into a melting unit, where they are melted at a temperature of 1250 - 1400 ^o C, and then the melt is processed into fiber by a centrifugal-roll method at 1340 - 1400 ^o C. The resulting mineral fiber has a fiber diameter of 4 - 6 microns.

Недостатком известного состава является невозможность получения нити диаметром менее 4 мкм, т.к. данный состав при нагревании до более высокой температуры расслаивается и волокно невозможно сформировать. A disadvantage of the known composition is the inability to obtain filaments with a diameter of less than 4 microns, because this composition, when heated to a higher temperature, delaminates and the fiber cannot be formed.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ получения неорганического волокна путем обеспечения оптимального соотношения температурного режима плавильной печи и скорости вытягивания волокна из расплава, что позволит получать непрерывные элементарные волокна толщиной менее 4 мкм. The basis of the invention is the task to improve the method of obtaining inorganic fibers by ensuring the optimal ratio of the temperature regime of the melting furnace and the speed of drawing the fibers from the melt, which will allow to obtain continuous elementary fibers with a thickness of less than 4 microns.

В основу изобретения также положена задача создания такого состава для получения неорганического волокна согласно заявляемому способу, в котором благодаря определенному набору и соотношению компонентов возможно получить оптимальное соотношение вязкости и поверхностного натяжения волокна, что позволит обеспечить оптимальное соотношение температуры расплава и скорости вытягивания волокна для получения нити диаметром менее 4 мкм. The basis of the invention is also the task of creating such a composition for producing inorganic fiber according to the claimed method, in which, thanks to a specific set and ratio of components, it is possible to obtain the optimal ratio of viscosity and surface tension of the fiber, which will ensure the optimal ratio of the melt temperature and the speed of drawing the fibers to obtain filaments with a diameter less than 4 microns.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения неорганического волокна путем подачи минералов в плавильную печь, получения расплава, его гомогенизации, подачи в зону формирования волокна для вытягивания его из расплава и последующего наматывания на нитесборник согласно изобретению, температуру в плавильной печи устанавливают 1705 - 2000^oC, а вытягивание волокон производят со скоростью 5505 - 6500 м/мин.The problem is achieved in that in the method of producing inorganic fiber by feeding minerals into a smelting furnace, obtaining a melt, homogenizing it, feeding it into a fiber forming zone to pull it from the melt and then winding it onto a thread catcher according to the invention, the temperature in the melting furnace is set to 1705 - 2000 ^o C, and the stretching of the fibers is carried out at a speed of 5505 - 6500 m / min.

Поставленная задача решается также тем, что в состав для получения неорганических волокон, включающий SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, MnO и R₂O согласно изобретению, дополнительно включен P₂O₅ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ - 55,30 - 60,01
Al₂O₃ - 18,01 - 19,90
TiO₂ - 0,02 - 1,02
Fe₂O₃+ FeO - 7,51 - 8,03
CaO - 4,52 - 9,50
MnO - 3,01 - 3,95
P₂O₅ - 0,12 - 0,14
MgO - 0,10 - 0,15
K₂O - 1,40 - 3,60
Na₂O - 1,80 - 1,90
Благодаря указанному соотношению компонентов и его процентному содержанию возможно повысить температуру плавильной печи до 1705 - 2000^oC и получить расплав без расслоения и такой вязкости, которая позволяет производить вытягивание волокна из расплаа с более высокой скоростью (по отношению к прототипу), что обеспечивает, в свою очередь, получение нити менее 4 мкм.The problem is also solved by the fact that the composition for producing inorganic fibers, including SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , Fe ₂ O ₃ , FeO, CaO, MgO, MnO and R ₂ O according to the invention, additionally included P ₂ O ₅ in the following ratio of components, wt.%:
SiO ₂ - 55.30 - 60.01
Al ₂ O ₃ - 18.01 - 19.90
TiO ₂ - 0.02 - 1.02
Fe ₂ O ₃ + FeO - 7.51 - 8.03
CaO - 4.52 - 9.50
MnO - 3.01 - 3.95
P ₂ O ₅ - 0.12 - 0.14
MgO - 0.10 - 0.15
K ₂ O - 1.40 - 3.60
Na ₂ O - 1.80 - 1.90
Due to the specified ratio of components and its percentage, it is possible to increase the temperature of the melting furnace to 1705 - 2000 ^o C and obtain a melt without delamination and such a viscosity that allows the fiber to be pulled out of the melt at a higher speed (relative to the prototype), which ensures in turn, obtaining a thread of less than 4 microns.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Минералы в соотношениях, указанных в таблице 1 (см. ниже) подают в плавильную печь, в которой устанавливают температуру 1705 - 2000^oC. Получают расплав, который выдерживают некоторое время для его гомогенизации. Затем уже гомогенизированный расплав подают в зону формирования волокна, которая представляет собой питатель с фильерами, в которых поддерживают температуру, превышающую температуру кристаллизации полученного расплава. Из фильер расплав выходит в виде капель, образующих луковицы, которые при увеличении их массы отрываются от фильер, образуя волокна. Вначале эти волокна собирают непрерывным вытягиванием вручную, затем полученный пучок заводят в канавку ролика нитесборника, быстро отводя их под углом 60 - 80^o, наматывают нить на торец бобины и включают наматывающий механизм. Вытягивание волокон производят без остановок и замедлений со скоростью 5505 - 6500 м/мин. Для предупреждения взаимного трения в пучке волокон, их взаимного склеивания производят замасливание волокон на валковом замасливающем устройстве.Minerals in the ratios indicated in table 1 (see below) are fed to a melting furnace in which the temperature is set at 1705 - 2000 ^° C. A melt is obtained which is held for some time to homogenize it. Then, the already homogenized melt is fed into the fiber formation zone, which is a feeder with dies, in which a temperature is maintained that is higher than the crystallization temperature of the obtained melt. The melt leaves the dies in the form of droplets forming bulbs, which, with an increase in their mass, detach from the dies, forming fibers. First, these fibers are collected by continuous manual pulling, then the resulting bundle is inserted into the groove of the thread collection roller, quickly moving them at an angle of 60 - 80 ^° , the thread is wound around the end of the bobbin and the winding mechanism is turned on. The stretching of the fibers is carried out without stops and decelerations at a speed of 5505 - 6500 m / min. To prevent mutual friction in the fiber bundle, their mutual gluing, the fibers are oiled on a roll sizing device.

В таблице 2 представлены соотношения диаметров элементарных волокон, полученных в зависимости от температуры расплава, скорости вытягивания волокна и составов согласно таблице 1. Table 2 presents the ratio of the diameters of the elementary fibers obtained depending on the temperature of the melt, the speed of drawing fibers and compositions according to table 1.

Кроме того, экспериментальная проверка химической устойчивости полученных волокон к 2N раствору HCl показала, что последний более кислотостойкий, чем волокна по прототипу (см. таблицу 3). In addition, an experimental verification of the chemical resistance of the obtained fibers to a 2N HCl solution showed that the latter is more acid resistant than the fibers of the prototype (see table 3).

Химическую устойчивость непрерывных волокон к 2N раствору HCl определяли по потере массы с поверхности 5000 кв.см при трехчасовом кипячении (таблица 3). The chemical resistance of continuous fibers to a 2N HCl solution was determined by the mass loss from the surface of 5000 sq.cm at three-hour boiling (table 3).

Источники информации
1.RU 2018491 C1, 28.02.79
2.SU 649670 A, 03.03.79.Sources of information
1.RU 2018491 C1, 02/28/79
2.SU 649670 A, 03.03.79.

Claims

1. A method of producing an inorganic fiber by feeding minerals into a smelting furnace, producing a melt, homogenizing it, feeding it into a fiber forming zone to draw it from the melt and then winding it onto a thread collector, characterized in that the temperature in the smelting furnace is set to 1705 - 2000 ^° C, and fiber drawing is carried out at a speed of 5505 - 6500 m / min.

2. The composition for producing inorganic fibers, including SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , Fe ₂ O ₃ , FeO, CaO, MgO, MnO and R ₂ O, characterized in that it further comprises P ₂ O ₅ , in as R ₂ O contains K ₂ O and Na ₂ O in the following ratio of components, wt.%:
SiO ₂ - 55.30 - 60.01
Al ₂ O ₃ - 18.01 - 19.90
TiO ₂ - 0.02 - 1.02
Fe ₂ O ₃ + FeO - 7.51 - 8.03
CaO - 4.52 - 9.50
MgO - 3.01 - 3.95
P ₂ O ₅ - 0.12 - 0.14
MnO - 0.10 - 0.15
K ₂ O - 1.40 - 3.60
Na ₂ O - 1.80 - 1.90 d