RU2737438C1 - Method of producing high-temperature resistant silica fiber - Google Patents

Method of producing high-temperature resistant silica fiber Download PDF

Info

Publication number
RU2737438C1
RU2737438C1 RU2020120176A RU2020120176A RU2737438C1 RU 2737438 C1 RU2737438 C1 RU 2737438C1 RU 2020120176 A RU2020120176 A RU 2020120176A RU 2020120176 A RU2020120176 A RU 2020120176A RU 2737438 C1 RU2737438 C1 RU 2737438C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
glass
fiber
temperature
melting
sio
Prior art date
Application number
RU2020120176A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ираида Афанасьевна Лавринович
Элионора Николаевна Журба
Александр Николаевич Трофимов
Ольга Францевна Бейнарович
Original Assignee
Акционерное общество "НПО Стеклопластик"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "НПО Стеклопластик" filed Critical Акционерное общество "НПО Стеклопластик"
Priority to RU2020120176A priority Critical patent/RU2737438C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2737438C1 publication Critical patent/RU2737438C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/0203Cooling non-optical fibres drawn or extruded from bushings, nozzles or orifices
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00Fibre or filament compositions
    • C03C13/005Fibre or filament compositions obtained by leaching of a soluble phase and consolidation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00Fibre or filament compositions
    • C03C13/04Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
    • C03C13/045Silica-containing oxide glass compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/66Chemical treatment, e.g. leaching, acid or alkali treatment
    • C03C25/68Chemical treatment, e.g. leaching, acid or alkali treatment by etching
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/06Glass compositions containing silica with more than 90% silica by weight, e.g. quartz
    • C03C3/061Glass compositions containing silica with more than 90% silica by weight, e.g. quartz by leaching a soluble phase and consolidating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00Compositions for glass with special properties
    • C03C4/16Compositions for glass with special properties for dielectric glass

Abstract

FIELD: manufacturing technology.
SUBSTANCE: present invention relates to a method of producing high-temperature resistant silica fiber, which can be used for building heat insulation, high-temperature insulation of electrical equipment, for fire protection and protective clothing, firefighters and rescuers. Charge for glass melting consists of quartz sand, alumina, soda, sodium sulphate, carbon nanopowder at the following ratio of components, wt%: sand 65.9-68.6; alumina 2.5-2.8; soda 27.4-30.1; sodium sulphate 1.2-1.5; carbon nanopowder (over 100%) 1.5-2.5. Charge is treated with ultrasound for 30-40 minutes at frequency 18 kHz and melting at temperature 1440-1460°C. After glass cooking, glass beads of the following composition are produced, wt. %: SiO2 75.30-78.40; Al2O3 2.80-3.15; Na2O and/or K2O 18.50-21.43; carbon nanoparticles 0.05-0.07, impurities CaO; MgO; TiO2; Fe2O3 0.10-0.26. From glass beads on multifilter feeders having 1200 or 2400 spinnerets, glass fiber is formed, which is subjected to leaching and silica fiber of following composition is obtained, wt.%: SiO2 95.75-96.80; Al2O3 3.10-3.35; Na2O and/or K2O 0.05-0.75; CaO; MgO; TiO2; Fe2O3 0.05-0.15.
EFFECT: low glass melting temperature and glass fiber formation, improved chemical homogeneity of the glass, reduced drop-over drop, reduced fiber leaching time.
1 cl, 7 tbl, 3 ex

Description

Область техникиTechnology area

Изобретение относится к стекольной промышленности, а именно к способу производства кремнеземного высокотемпературостойкого (не менее 1000°С) волокна, которое может быть использовано для теплоизоляции зданий, высокотемпературной изоляции, например, для теплоизоляции электрооборудования, и для огнезащиты, например, для противопожарных штор, защитной одежды пожарных и спасателей и т.д.The invention relates to the glass industry, in particular to a method for the production of high-temperature-resistant silica (at least 1000 ° C) fiber, which can be used for thermal insulation of buildings, high-temperature insulation, for example, for thermal insulation of electrical equipment, and for fire protection, for example, for fire curtains, protective clothing for firefighters and rescuers, etc.

Уровень техникиState of the art

В современном мире существует множество видов неорганических волокон, составляющих сегмент высокотемпературостойких волокон. К таким волокнам прежде всего относятся кремнеземные волокна, керамические волокна, кварцевые волокна и др.In the modern world, there are many types of inorganic fibers that make up the segment of high temperature resistant fibers. These fibers primarily include silica fibers, ceramic fibers, quartz fibers, etc.

Производство высокотемпературостойких материалов из кремнеземного волокна основано на выщелачивании легкоплавких оксидов из силикатных стекол простейших и сложных составов при действии на них растворов кислот или их солей (М.С. Асланова. Стеклянные волокна, Москва, Химия, 1979, с. 203) [1], в результате чего волокно обогащается оксидом кремния, содержание которого определяется составом исходного стекла и может составлять 94-99 мас. %.The production of high-temperature-resistant materials from silica fiber is based on the leaching of low-melting oxides from silicate glasses of the simplest and complex compositions under the action of solutions of acids or their salts (MS Aslanova. Glass fibers, Moscow, Chemistry, 1979, p. 203) [1] , as a result of which the fiber is enriched with silicon oxide, the content of which is determined by the composition of the original glass and can be 94-99 wt. %.

На сегодняшний день все известные составы стекол, применяемые для производства высокотемпературостойкого кремнеземного волокна, по содержанию основных компонентов можно разделить на две группы:To date, all known glass compositions used for the production of high-temperature-resistant silica fiber can be divided into two groups according to the content of the main components:

1 малокомпонентные - натрийсиликатные и натрийалюмосиликатные;1 low-component - sodium silicate and sodium aluminosilicate;

2 многокомпонентные - бесщелочные алюмоборосиликатные с высоким содержанием оксидов железа, титана, фосфора и др.2 multicomponent - alkali-free aluminoborosilicate with a high content of oxides of iron, titanium, phosphorus, etc.

Первая группа стекол имеет повышенное содержание оксида кремния, что обуславливает высокие температуры варки стекла и осветления и приводит, соответственно, к высокому расходу энергоресурсов на процессы стекловарения. Кроме того, высокие температуры варки вызывают разрушение огнеупоров и нежелательное насыщение стекломассы оксидами переходных металлов, снижающими кристаллизационную устойчивость стекла и увеличивающими обрывность при выработке стекловолокна.The first group of glasses has an increased content of silicon oxide, which causes high glass melting and clarification temperatures and leads, accordingly, to high energy consumption for glass making processes. In addition, high melting temperatures cause the destruction of refractories and undesirable saturation of the molten glass with transition metal oxides, which reduce the crystallization stability of the glass and increase the breakage during the production of glass fiber.

Стекла второй группы варят при более низких температурах, чем стекла первой группы. Однако, стеклянные волокна, полученные из стекол второй группы, теряют при выщелачивании более 50% массы (в раствор переходят такие оксиды как В2О3, CaO, MgO, Al2O3), что приводит к развитию большой пористости и, как следствие, к значительному снижению прочностных характеристик кремнеземного волокна по сравнению с прочностью исходного стекловолокна, а также по сравнению с прочностью волокон, полученных из стекол первой группы (М.С. Асланова. Стеклянные волокна, Москва, Химия, 1979, с. 203-204) [1]. Кроме того, как отмечалось выше, наличие оксидов переходных металлов в стекле увеличивает капельную обрывность в процессе получения волокна.Glasses of the second group are melted at lower temperatures than glasses of the first group. However, glass fibers obtained from glasses of the second group lose more than 50% of the mass during leaching (such oxides as В 2 О 3 , CaO, MgO, Al 2 O 3 pass into solution), which leads to the development of high porosity and, as a consequence , to a significant decrease in the strength characteristics of silica fibers in comparison with the strength of the original glass fiber, as well as compared with the strength of fibers obtained from glasses of the first group (MS Aslanova. Glass fibers, Moscow, Chemistry, 1979, p. 203-204) [one]. In addition, as noted above, the presence of transition metal oxides in glass increases drop breakage during fiber production.

При этом не все виды стекол могут быть использованы для получения волокна. Пригодность стекол для выработки из них волокна определяется их физико-химическими свойствами, такими как вязкость, поверхностное натяжение, кристаллизационная устойчивость, газонасыщенность, химическая и термическая однородность.However, not all types of glasses can be used for fiber production. The suitability of glasses for making fibers from them is determined by their physicochemical properties, such as viscosity, surface tension, crystallization stability, gas saturation, chemical and thermal homogeneity.

Способность стекломассы вытягиваться в волокно определяется отношением ее вязкости к поверхностному натяжению, а стабильность процесса волокнообразования и его технологические параметры зависят от кристаллизационной устойчивости, вязкости, химической однородности стекломассы и содержания в ней газов.The ability of the molten glass to be drawn into the fiber is determined by the ratio of its viscosity to surface tension, and the stability of the fiber formation process and its technological parameters depend on the crystallization stability, viscosity, chemical homogeneity of the molten glass and the content of gases in it.

Такие параметры как вязкость, поверхностное натяжение и кристаллизационная устойчивость определяются составом стекла и шихты соответственно. Насыщенность газами и химическая однородность стекломассы определяются, главным образом, технологическими факторами и качеством сырьевых материалов.Parameters such as viscosity, surface tension and crystallization stability are determined by the composition of the glass and the batch, respectively. The gas saturation and chemical homogeneity of the molten glass are mainly determined by technological factors and the quality of raw materials.

Большое значение для стабильного процесса формования стекловолокна имеют хорошая гомогенизация и дегазация стекломассы, которые обеспечиваются введением в состав стекла специальных осветлителей (соединений фтора, сульфата натрия, селитры), увеличением температуры варки.Good homogenization and degassing of the glass melt, which is ensured by the introduction of special clarifiers (fluorine compounds, sodium sulfate, saltpeter) into the glass, and an increase in the cooking temperature, are of great importance for a stable glass fiber forming process.

Таким образом, способность стекол к стабильному процессу волокнооб-разования определяется прежде всего свойствами стекла, а также видом и качеством исходных сырьевых материалов.Thus, the ability of glasses for a stable fiberizing process is determined primarily by the properties of the glass, as well as the type and quality of the raw materials.

Известен способ получения теплоизоляционного стекловолокна из шихты следующего состава, мас. % (SU 1728149 А1, кл. С03С 13/00, опубл. 23.04.1992) [2], следующего состава, мас. %:A known method of producing heat-insulating fiberglass from a charge of the following composition, wt. % (SU 1728149 A1, class C03C 13/00, publ. 04.23.1992) [2], of the following composition, wt. %:

кварцевый песокquartz sand 32,0-38,032.0-38.0 нефелинnepheline 9,0-22,09.0-22.0 доломитdolomite 15,8-32,015.8-32.0 мелa piece of chalk 4,1-18,04.1-18.0 сульфат натрияsodium sulfate 1,5-5,21.5-5.2 угольcoal 0,07-0,310.07-0.31

с последующей варкой стекломассы и выработкой стекловолокна.followed by melting and fiberglass production.

Недостатком способа является тот факт, что указанный состав шихты применяется только для производства штапельного волокна, так как соотношение кварцевого песка и суммы компонентов (доломита, мела, нефелина) определяет высокое поверхностное натяжение получаемого расплава, что препятствует вытягиванию волокон и получению непрерывного стекловолокна. Кроме того, следует отметить, что в процессе силикато- и стеклообразования уголь полностью выгорает в результате чего в состав конечного стекла углерод уже не входит.The disadvantage of this method is the fact that the specified composition of the charge is used only for the production of staple fiber, since the ratio of quartz sand and the sum of the components (dolomite, chalk, nepheline) determines the high surface tension of the resulting melt, which prevents the pulling of fibers and the production of continuous fiberglass. In addition, it should be noted that in the process of silicate and glass formation, carbon completely burns out, as a result of which carbon is no longer included in the final glass.

Известен способ получения стекловолокна (US 6468932 В1, кл. С03С 13/00, опубл. 22.10.2002) [3], стойкого при высоких температурах, путем выщелачивания стекловолокна следующего состава, мас. %:A known method of obtaining fiberglass (US 6468932 B1, class C03C 13/00, publ. 22.10.2002) [3], resistant at high temperatures, by leaching fiberglass of the following composition, wt. %:

SiO2 SiO 2 70-7570-75 Na2O и/или K2ONa 2 O and / or K 2 O 15-2515-25 Al2O3 Al 2 O 3 1-51-5 дополнительные компонентыadditional components до 5up to 5

Недостатком данного состава является его применение для производства только штапельного волокна, при этом высокое содержание оксида кремния обуславливает высокую температуру варки.The disadvantage of this composition is its use for the production of only staple fiber, while the high content of silicon oxide causes a high cooking temperature.

Известен способ получения непрерывного температуроустойкого кремнеземного волокна, включающий получение стеклянных волокон из расплава стекла с достаточно низкой температурой варки 1430-1440°С (BY 7886 С1, кл. С03С 13/02, опубл. 28.02.2006) [4]. Стекло является многокомпонентным и имеет следующий состав, мас. %: SiO2 76-80, Na2O и/или K2O 20-24, примеси: Al2O3, Fe2O3, TiO2, CaO, MgO, CoO, As2O3, ZrO2 не более 1,5. Из указанного состава стекла вырабатывают стеклянное волокно, из которого после кислотной экстракции получают кремнеземное волокно, включающее SiO2 и примеси Na2O, Al2O3, Fe2O3, TiO2, CaO, MgO, CoO, As2O3 и Zr2O3 в количестве 0,2-2,0 мас. %.A known method of obtaining continuous temperature-resistant silica fiber, including obtaining glass fibers from glass melt with a sufficiently low melting temperature of 1430-1440 ° C (BY 7886 C1, CL CO3C 13/02, publ. 28.02.2006) [4]. The glass is multicomponent and has the following composition, wt. %: SiO 2 76-80, Na 2 O and / or K 2 O 20-24, impurities: Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , CaO, MgO, CoO, As 2 O 3 , ZrO 2 not more than 1.5. Glass fiber is produced from the specified glass composition, from which, after acid extraction, a silica fiber is obtained, including SiO 2 and impurities of Na 2 O, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , CaO, MgO, CoO, As 2 O 3 and Zr 2 O 3 in an amount of 0.2-2.0 wt. %.

Недостатком способа по [4] является применение оксида мышьяка As2O3, который вводят в состав шихты для улучшения процесса осветления стекломассы. Однако, указанный оксид относится к группе чрезвычайно токсичных веществ, представляющих высокую опасность как для окружающей среды, так и для человека. В связи с этим, при производстве стекла и изделий из него, стараются исключить As2O3 из состава и заменить его на более безопасные компоненты, обеспечивающие такую же функцию.The disadvantage of the method according to [4] is the use of arsenic oxide As 2 O 3 , which is introduced into the mixture to improve the clarification process of the molten glass. However, this oxide belongs to a group of extremely toxic substances that pose a high danger to both the environment and humans. In this regard, in the production of glass and glass products, they try to exclude As 2 O 3 from the composition and replace it with safer components that provide the same function.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является производство стекловолокна и высокотемпературное кремнеземное волокно на его основе (RU 2165393 С1, кл. С03С 13/00, опубл. 20.04.2001) [5], включающее составление шихты, варку стекла при температуре 1470-1490°С, формование непрерывного стекловолокна при температуре 1210-1310°С из стекла, имеющего следующий состав, мас. %: Al2O3 2,5-3,5; Na2O 20-25; CoO 0,01-1,0; SO3 0,01-1,0; SiO2 - остальное, причем волокно в небольшом количестве может содержать также по крайней мере один оксид, выбранный из группы СаО, MgO, TiO2, Fe2O3, ZrO2. Затем стекловолокно подвергают выщелачиванию с получением кремнеземного волокна следующего состава, мас. %: SiO2 94-96; Al2O3 - 3-4; Na2O 0,01-0,1; CoO 0,01-1,0; SO3 0,01-1,0 и, по крайней мере, один из группы оксидов СаО 0,01-0,5; MgO 0,01-0,5; TiO2 0,01-0,1; Fe2O3 0,01-0,5; ZrO2 0,01-0,5.The closest in technical essence to the claimed technical solution is the production of fiberglass and high-temperature silica fiber based on it (RU 2165393 C1, class C03C 13/00, publ. 20.04.2001) [5], including the composition of the charge, glass melting at a temperature of 1470 -1490 ° C, forming continuous glass fiber at a temperature of 1210-1310 ° C from glass having the following composition, wt. %: Al 2 O 3 2.5-3.5; Na 2 O 20-25; CoO 0.01-1.0; SO 3 0.01-1.0; SiO 2 - the rest, and the fiber in a small amount may also contain at least one oxide selected from the group CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 , ZrO 2 . Then the glass fiber is subjected to leaching to obtain a silica fiber of the following composition, wt. %: SiO 2 94-96; Al 2 O 3 - 3-4; Na 2 O 0.01-0.1; CoO 0.01-1.0; SO 3 0.01-1.0 and at least one of the group of CaO oxides 0.01-0.5; MgO 0.01-0.5; TiO 2 0.01-0.1; Fe 2 O 3 0.01-0.5; ZrO 2 0.01-0.5.

Наличие в составе стекла оксида ZrO2 снижает кристаллизационную устойчивость стекла и увеличивает обрывность при выработке стекловолокна. Повышенная обрывность процесса выработки может быть связана также с имеющей место химической неоднородностью и недостаточной дегазацией стекломассы, особенно в пристеночных зонах стекловаренной печи.The presence of ZrO 2 oxide in the glass composition reduces the crystallization stability of the glass and increases the breakage during the production of glass fiber. The increased breakage of the production process can also be associated with the existing chemical heterogeneity and insufficient degassing of the glass melt, especially in the near-wall zones of the glass furnace.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Суть технической проблемы заключается в следующем.The essence of the technical problem is as follows.

Способ производства кремнеземного волокна основан на методе выщелачивания в растворах кислот волокон из малокомпонентных стекол систем Na2O-SiO2, Na2O-Al2O3-SiO2 или многокомпонентных бесщелочных стекол системы Al2O3-B2O3-SiO2, содержащих оксиды Fe2O3, TiO2 и т.д.The method for the production of silica fiber is based on the method of leaching fibers from low-component glasses of the Na 2 O-SiO 2 , Na 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 systems or multicomponent alkali-free glasses of the Al 2 O 3 -B 2 O 3 -SiO system in acid solutions 2 containing oxides Fe 2 O 3 , TiO 2 , etc.

Как показал анализ предшествующего уровня техники, использование многокомпонентных стекол для производства кремнеземного волокна является нерациональным ввиду значительной потери прочности стекловолокна при его выщелачивании.As shown by the analysis of the prior art, the use of multicomponent glasses for the production of silica fiber is irrational due to the significant loss of strength of the glass fiber during leaching.

Использование же малокомпонентных стекол связано с большими затратами энергоресурсов для поддержания высокой температуры варки и осветления ввиду высокого содержания тугоплавкого оксида кремния в составе стекла. В свою очередь высокая температура варки стекла в интервале 1450-1550°С инициирует растворение огнеупоров в расплаве, насыщая его оксидами переходных металлов, что снижает химическую однородность стекломассы и в дальнейшем негативно сказывается на процессе волокнообразования.The use of low-component glasses is associated with high energy costs to maintain a high melting and clarification temperature due to the high content of refractory silicon oxide in the glass composition. In turn, a high glass melting temperature in the range of 1450-1550 ° C initiates the dissolution of refractories in the melt, saturating it with transition metal oxides, which reduces the chemical homogeneity of the glass melt and further negatively affects the fiberization process.

Кроме того, высокое содержание оксида кремния обуславливает высокое поверхностное натяжение расплава, что затрудняет вытягивание волокна.In addition, the high silica content results in a high melt surface tension, which makes fiber drawing difficult.

Важную роль в процессе волокнообразования играет также процесс гомогенизации стекломассы, который ускоряется за счет ввода в шихту таких компонентов, как осветлители. Однако, как показал опыт, зачастую для процесса осветления используют токсичные вещества, что естественно является нежелательным с точки зрения экологии и опасности для здоровья человека.An important role in the fiberization process is also played by the process of homogenization of the molten glass, which is accelerated by introducing such components as clarifiers into the charge. However, as experience has shown, often toxic substances are used for the clarification process, which is naturally undesirable from the point of view of ecology and danger to human health.

Таким образом, существует необходимость в создании способа получения кремнеземного волокна из малокомпонентных натрийалюмосиликатных стекол, который позволил бы уменьшить температуру варки стекла и осветления стекломассы, свести к минимуму капельную обрывность при выработке волокна, уменьшить время выщелачивания волокна, незначительно снизить потери прочностных характеристик волокна при его выщелачивании. При этом необходимо заменить токсичные осветлители на безопасные для здоровья человека компоненты.Thus, there is a need to create a method for producing silica fiber from low-component sodium aluminosilicate glasses, which would reduce the glass melting temperature and clarify the glass melt, minimize drip breakage during fiber production, reduce the fiber leaching time, slightly reduce the loss of fiber strength characteristics during leaching. ... In this case, it is necessary to replace toxic clarifiers with components that are safe for human health.

Заявленное техническое решение позволяет решить данную проблему.The claimed technical solution solves this problem.

Задачей предлагаемого технического решения является создание способа получения высокотемпературостойкого (не менее 1000°С) кремнеземного волокна из малокомпонентных натрийалюмосиликатных стекол.The objective of the proposed technical solution is to create a method for producing high-temperature resistant (not less than 1000 ° C) silica fiber from low-component sodium aluminosilicate glasses.

Технический результат данного изобретения заключается в снижении температуры варки стекла, повышении химической однородности стекла, снижении температуры формования стекловолокна и капельной обрывности, повышении коэффициента полезного времени фильерного питателя при выработке волокна, а также снижении времени выщелачивания волокна. Снижение температуры варки стекла и температуры выработки волокна в фильерном питателе позволяет значительно снизить расход энергоресурсов. Повышение химической однородности стекла и снижение капельной обрывности позволяют стабилизировать процесс формования стекловолокна и, соответственно, повысить производительность фильерного питателя. Следует также отметить, что предложенное техническое решение позволяет добиться повышения химической однородности стекломассы с использованием нетоксичных веществ в качестве осветлителей.The technical result of this invention is to lower the glass melting temperature, increase the chemical homogeneity of the glass, lower the glass fiber forming temperature and drop breakage, increase the useful time of the spinneret during fiber production, and also reduce the fiber leaching time. Reducing the glass melting temperature and the temperature of fiber production in the spinneret can significantly reduce energy consumption. An increase in the chemical homogeneity of the glass and a decrease in drop breakage make it possible to stabilize the glass fiber forming process and, accordingly, increase the productivity of the spinneret. It should also be noted that the proposed technical solution makes it possible to achieve an increase in the chemical homogeneity of the glass melt using non-toxic substances as clarifiers.

Технический результат достигается тем, что способ получения высокотемпературостойкого кремнеземного волокна, включающий следующие операции:The technical result is achieved by the fact that a method for producing high-temperature-resistant silica fiber, including the following operations:

приготовление шихты, варку стекла, выработку стеклянного волокна, выщелачивание стеклянного волокна, причем шихту для варки стекла составляют из кварцевого песка, глинозема, соды, сульфата натрия, нанопорошка углерода при следующем соотношении компонентов, мас. %:charge preparation, glass melting, glass fiber production, glass fiber leaching, and the glass melting charge is made up of quartz sand, alumina, soda, sodium sulfate, carbon nanopowder in the following ratio, wt. %:

песокsand 65,9-68,665.9-68.6 глиноземalumina 2,5-2,82.5-2.8 содаsoda 27,4-30,127.4-30.1 сульфат натрияsodium sulfate 1,2-1,51.2-1.5 нанопорошок углерода (сверх 100%)carbon nanopowder (over 100%) 1,5-2,51.5-2.5

и обрабатывают ультразвуком в течение 30-40 минут при частоте 18 кГц, после варки стекла формуют стеклошарики следующего состава, мас. %:and treated with ultrasound for 30-40 minutes at a frequency of 18 kHz, after melting the glass, glass beads of the following composition are formed, wt. %:

SiO2 SiO 2 75,30-78,4075.30-78.40 Al2O3 Al 2 O 3 2,80-3,152.80-3.15 Na2O и/или K2ONa 2 O and / or K 2 O 18,50-21,4318.50-21.43 наночастицы углеродаcarbon nanoparticles 0,05-0,070.05-0.07 СаО, MgO, TiO2, Fe2O3 CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 0,10-0,26,0.10-0.26,

из стеклошариков на многофильерных питателях, имеющих 1200 или 2400 фильер, вырабатывают непрерывное стеклянное волокно следующего состава, мас. %:from glass balls on multi-filter feeders with 1200 or 2400 dies, continuous glass fiber of the following composition is produced, wt. %:

SiO2 SiO 2 5,30-78,405.30-78.40 Al2O3 Al 2 O 3 2,80-3,152.80-3.15 Na2O и/или K2ONa 2 O and / or K 2 O 18,50-21,4318.50-21.43 СаО, MgO, TiO2, Fe2O3 CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 0,12-0,30,0.12-0.30,

проводят выщелачивание стекловолокна и получают кремнеземное волокно следующего состава, мас. %:leaching of glass fiber is carried out and silica fiber of the following composition is obtained, wt. %:

SiO2 SiO 2 95,75-96,8095.75-96.80 Al2O3 Al 2 O 3 3,10-3,353.10-3.35 Na2O и/или K2ONa 2 O and / or K 2 O 0,05-0,750.05-0.75 СаО, MgO, TiO2, Fe2O3 CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 0,05-0,15.0.05-0.15.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Песок, глинозем и сода являются главными составляющими шихты, так как посредством указанных материалов вводятся, соответственно, оксид кремния, оксид алюминия и оксид натрия, являющиеся основными компонентами стекла и определяющими его физико-химические свойства.Sand, alumina and soda are the main components of the charge, since by means of these materials, silicon oxide, aluminum oxide and sodium oxide, respectively, are introduced, which are the main components of glass and determine its physicochemical properties.

Нанопорошок углерода, добавляемый в шихту в качестве добавки, усиливает процессы силикато- и стеклообразования, при этом удельная поверхность наночастиц углерода составляет от 400 м2/г до 600 м2/г.Carbon nanopowder added to the charge as an additive enhances the processes of silicate and glass formation, while the specific surface area of carbon nanoparticles ranges from 400 m 2 / g to 600 m 2 / g.

Введение в шихту наноразмерного порошка углерода активирует процессы стекловарения за счет дополнительного локального перегрева шихты и стекломассы в местах нахождения наночастиц углерода. Таким образом, происходит интенсификация варки стекла за счет увеличения количества тепла, передаваемого шихте и стекломассе в зоне варки. Кроме того, нанопорошок углерода активирует реакции в шихте, в ходе которых имеет место выделение газообразных веществ, что способствует более быстрому их удалению и уменьшению в стекломассе.The introduction of nanosized carbon powder into the charge activates the glass-making processes due to additional local overheating of the charge and the molten glass at the locations of carbon nanoparticles. Thus, intensification of glass melting occurs due to an increase in the amount of heat transferred to the charge and the glass melt in the melting zone. In addition, carbon nanopowder activates reactions in the charge, during which the release of gaseous substances takes place, which contributes to their faster removal and reduction in the molten glass.

Сульфат натрия является источником оксида натрия и применяется также, как осветляющая добавка, способствующая освобождению газовых включений из расплава стекломассы.Sodium sulphate is a source of sodium oxide and is also used as a clarifying additive to help free gas inclusions from the molten glass melt.

Указанные сырьевые компоненты смешивают в следующем соотношении, мас. %: песок 65,90-68,60; глинозем 2,50-2,80; сода 27,4-30,1; сульфат натрия 1,2-1,5 и сверх 100% вводят нанопорошок углерода 1,5-2,5.These raw materials are mixed in the following ratio, wt. %: sand 65.90-68.60; alumina 2.50-2.80; soda 27.4-30.1; sodium sulfate 1.2-1.5 and over 100%, carbon nanopowder 1.5-2.5 is introduced.

Для увеличения однородности и исключения расслоения шихты в процессе ее приготовлении, при перемешивании и перед загрузкой в печь она дополнительно обрабатывается ультразвуком. Ультразвуковая гомогенизация представляет собой исключительно механический процесс. Под действием ультразвуковых волн шихта подвергается интенсивному воздействию знакопеременного давления, в результате которого происходит разрушение агломератов частиц шихты, образующихся во время ее хранения, и равномерное распределение частиц шихты относительно друг друга.To increase the homogeneity and exclude stratification of the charge during its preparation, during stirring and before loading into the furnace, it is additionally processed with ultrasound. Ultrasonic homogenization is a purely mechanical process. Under the action of ultrasonic waves, the charge is subjected to an intense effect of alternating pressure, as a result of which the agglomerates of the charge particles formed during its storage are destroyed, and the uniform distribution of the charge particles relative to each other.

Шихту обрабатывают с помощью ультразвукового генератора УЗГ-34. Частота ультразвука составляет 18 кГц, время обработки 30-40 минут. Указанные параметры являются оптимальными для получения шихты, обладающей повышенной гомогенностью, повышенной химической активностью и варочной способностью. При частоте менее 18 кГц и времени обработки менее 30 минут, шихта не достигает однородности, в результате чего в процессе варки в стекломассе возникают пороки (свили, шихтные камни и др.), которые затрудняют гомогенизацию стекломассы, что может привести к обрыву волокна в процессе его вытягивания.The charge is processed using an UZG-34 ultrasonic generator. The ultrasound frequency is 18 kHz, the processing time is 30-40 minutes. These parameters are optimal for obtaining a charge with increased homogeneity, increased chemical activity and cooking ability. At a frequency of less than 18 kHz and a processing time of less than 30 minutes, the charge does not achieve homogeneity, as a result of which defects (filaments, charge stones, etc.) appear in the melt during the melting process, which impede the homogenization of the molten glass, which can lead to fiber breakage in the process pulling it out.

Полученную однородную шихту загружают в стекловаренную печь и плавят при температуре 1440-1460°С, осветляют полученную стекломассу, которая в дальнейшем из фидера плавильной печи поступает в автомат для выработки стеклошариков. Автомат для выработки стеклошариков делит струю стекломассы, выходящую из отверстия в дне фидера, на заготовки, обкатывает заготовки до сферической формы и калибрует стеклянные шарики по форме и размеру.The obtained homogeneous charge is loaded into a glass-melting furnace and melted at a temperature of 1440-1460 ° C, the resulting glass melt is clarified, which is then fed from the feeder of the melting furnace to the machine for the production of glass beads. The machine for the production of glass beads divides the stream of molten glass from the hole in the bottom of the feeder into blanks, rolls the blanks to a spherical shape, and calibrates the glass balls in shape and size.

В результате полученные стеклошарики имеют следующий химический состав, мас. %:As a result, the obtained glass beads have the following chemical composition, wt. %:

SiO2 SiO 2 75,30-78,4075.30-78.40 Al2O3 Al 2 O 3 2,80-3,152.80-3.15 Na2O и/или K2ONa 2 O and / or K 2 O 18,50-21,4318.50-21.43 наночастицы углеродаcarbon nanoparticles 0,05-0,07 0.05-0.07 СаО, MgO, TiO2, Fe2O3 CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 0,10-0,26.0.10-0.26.

Необходимо отметить тот факт, что массовая доля наночастиц углерода в шихте подобрана таким образом, что часть их остается в стекле после варки и выработки стеклошариков.It should be noted that the mass fraction of carbon nanoparticles in the charge is selected in such a way that part of them remains in the glass after melting and production of glass beads.

Из стеклошариков на многофильерных питателях, имеющих 800, 1200 или 2400 фильер при температуре 1190-1290°С вырабатывают стекловолокно диаметром от 6 мкм до 9 мкм.Glass beads with a diameter of 6 µm to 9 µm are produced from glass beads on multi-filter feeders with 800, 1200 or 2400 nozzles at a temperature of 1190-1290 ° C.

Отрицательное воздействие на выработку стекловолокна оказывает термическая неоднородность стекломассы в фильерном питателе, особенно по длине фильерного поля, которая может, как и химическая неоднородность, привести к нарушению стабильного процесса волокнообразования. Однако, наночастицы углерода, оставшиеся в стекле, при повторном плавлении в питателе продолжают локально прогревать стекломассу, обеспечивая поступление последней ко всем фильерам с одинаковой вязкостью, что уменьшает обрывность волокна и тем самым повышает производительность при его выработке.Thermal inhomogeneity of the molten glass in the spinneret has a negative effect on glass fiber production, especially along the length of the spinneret field, which, like chemical heterogeneity, can lead to a violation of the stable fiberization process. However, carbon nanoparticles remaining in the glass, during re-melting in the feeder, continue to locally heat the molten glass, providing the latter to all dies with the same viscosity, which reduces fiber breakage and thereby increases productivity during its production.

Полученное стеклянное волокно имеет следующий состав, мас. %:The resulting glass fiber has the following composition, wt. %:

SiO2 SiO 2 75,30-78,4075.30-78.40 Al2O3 Al 2 O 3 2,80-3,152.80-3.15 Na2O и/или K2ONa 2 O and / or K 2 O 18,50-21,4318.50-21.43 СаО, MgO, TiO2, Fe2O3 CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 0,12-0,30.0.12-0.30.

Оксид кремния SiO2 является основным компонентом, так как образует кремнекислородный каркас стекла. В составе стекла и стекловолокна, согласно настоящему изобретению, количество SiO2 ограничено диапазоном от 75,30 мас. % до 78,40 мас. %. Содержание SiO2 менее 75,30 мас. % негативно влияет на механические характеристики стекловолокна. Содержание SiO2 более 78,40 мас. % повышает вязкость стекла, что затрудняет процесс осветления стекломассы, приводит к повышению содержания пузырьков газа в стекле и развитию неоднородностей в стекле. Неоднородности в свою очередь являются нежелательным фактором при выработке в дальнейшем стекловолокна, так как могут приводить к капельной обрывности в процессе формования стекловолокна.Silicon oxide SiO 2 is the main component, as it forms a silicon-oxygen glass frame. In the composition of glass and glass fiber, according to the present invention, the amount of SiO 2 is limited to the range from 75.30 wt. % up to 78.40 wt. %. The SiO 2 content is less than 75.30 wt. % negatively affects the mechanical properties of the fiberglass. The SiO 2 content is more than 78.40 wt. % increases the viscosity of the glass, which complicates the process of clarifying the molten glass, leads to an increase in the content of gas bubbles in the glass and the development of inhomogeneities in the glass. Inhomogeneities, in turn, are an undesirable factor in the further development of fiberglass, since they can lead to drop breakage during the formation of fiberglass.

Оксид алюминия Al2O3 тоже является структурообразующим компонентом. В составе стекла и стекловолокна согласно настоящему изобретению количество Al2O3 ограничено диапазоном от 2,80 мас. % до 3,15 мас. %. Оксид алюминия в совокупности с оксидом кремния обеспечивают превосходные механические и химические свойства стекловолокна. Соответственно, при содержании Al2O3 менее 2,80 мас. % механические характеристики стекловолокна будут снижаться. Содержание Al2O3 более 3,15 мас. % повышает вязкость стекла, что также затрудняет процесс осветления стекломассы и приводит к возникновению таких же проблем, как и при содержании SiO2 более 78,40 мас. %.Aluminum oxide Al 2 O 3 is also a structure-forming component. In the composition of glass and glass fiber according to the present invention, the amount of Al 2 O 3 is limited to a range of 2.80 wt. % up to 3.15 wt. %. Alumina combined with silicon oxide provides excellent mechanical and chemical properties of glass fibers. Accordingly, when the content of Al 2 O 3 is less than 2.80 wt. % the mechanical performance of the fiberglass will decrease. The Al 2 O 3 content is more than 3.15 wt. % increases the viscosity of the glass, which also complicates the process of clarifying the glass melt and leads to the same problems as when the SiO 2 content is more than 78.40 wt. %.

Оксиды щелочных металлов Na2O, K2O играют роль плавней, т.е. снижают температуру варки стекла, уменьшают поверхностное натяжение стекломассы. В составе стекла и стекловолокна, согласно настоящему изобретению количество щелочных оксидов ограничено диапазоном от 18,50 мас. % до 21,43 мас. %. Содержание щелочных оксидов менее 18,50 мас. % в совокупности с тугоплавкими оксидами алюминия и кремния не позволяет добиться снижения температуры варки стекла. Содержание щелочных оксидов более 21,43 мас. % негативно влияет на механические характеристики стекловолокна. В диапазоне от 18,50 мас. % до 21,43 мас. % уменьшается поверхностное натяжение, что способствует лучшей гомогенизации. Кроме того, введение щелочных оксидов снижает склонность стекла к кристаллизации, которая также может привести к капельной обрывности в процессе формования.Alkali metal oxides Na 2 O, K 2 O play the role of smoother, i.e. reduce the melting temperature of glass, reduce the surface tension of the molten glass. In the composition of glass and glass fiber, according to the present invention, the amount of alkali oxides is limited to the range from 18.50 wt. % up to 21.43 wt. %. The content of alkali oxides is less than 18.50 wt. % in combination with refractory oxides of aluminum and silicon does not allow to reduce the glass melting temperature. The content of alkali oxides is more than 21.43 wt. % negatively affects the mechanical properties of the fiberglass. In the range from 18.50 wt. % up to 21.43 wt. % the surface tension is reduced, which contributes to better homogenization. In addition, the introduction of alkali oxides reduces the tendency of glass to crystallize, which can also lead to droplet breakage during molding.

Дополнительные компоненты в малых количествах, такие как СаО, MgO, TiO2, Fe2O3, не оказывают существенного влияния на процесс волокнообразования, в то же время они могут дополнительно незначительно повышать прочность волокна, облегчать процесс плавления. Однако, эти компоненты могут повышать риск развития нежелательной кристаллизации стекла. В связи с чем, необходимо содержание указанных дополнительных компонентов СаО, MgO, TiO2, Fe2O3 свести к минимуму. Достигнуть этого можно путем введения в шихту в качестве источника Al2O3 глинозема, содержание примесных компонентов в котором значительно меньше, чем в каолине, который обычно применяют в стекловарении в качестве источника оксида алюминия.Additional components in small amounts, such as CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 , do not have a significant effect on the fiberization process, at the same time, they can additionally slightly increase the fiber strength and facilitate the melting process. However, these components can increase the risk of developing unwanted glass crystallization. In this connection, it is necessary to minimize the content of these additional components CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 . This can be achieved by introducing alumina into the charge as a source of Al 2 O 3 , the content of impurity components in which is much lower than in kaolin, which is usually used in glass making as a source of alumina.

После вытягивания стекловолокно поступает на выщелачивание - обработку в растворе серной кислоты с последующей промывкой в воде и сушкой, в результате получают кремнеземное волокно следующего состава, мас. %:After pulling the fiberglass goes to leaching - treatment in a sulfuric acid solution, followed by washing in water and drying, as a result, silica fiber of the following composition is obtained, wt. %:

SiO2 SiO 2 95,75-96,8095.75-96.80 Al2O3 Al 2 O 3 3,10-3,353.10-3.35 Na2O и/или K2ONa 2 O and / or K 2 O 0,05-0,750.05-0.75 СаО, MgO, TiO2, Fe2O3 CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 0,05-0,15.0.05-0.15.

В процессе кислотной обработки из стекловолокна удаляются только щелочные оксиды, в результате чего массовые доли SiO2 и Al2O3 в кремнеземном волокне увеличиваются, что обуславливает его высокую температуростойкость. Время выщелачивания зависит от диаметра волокна: для волокна диаметром 9 мкм время кислотной обработки составляет 83-87 мин., для 7,5 мкм - 60-65 мин.During acid treatment, only alkaline oxides are removed from the glass fiber, as a result of which the mass fractions of SiO 2 and Al 2 O 3 in the silica fiber increase, which leads to its high temperature resistance. The leaching time depends on the fiber diameter: for a fiber with a diameter of 9 microns, the acid treatment time is 83-87 minutes, for 7.5 microns - 60-65 minutes.

Данное техническое решение позволяет получить высокотемпературосто-кое кремнеземное волокно и имеет следующие преимущества:This technical solution makes it possible to obtain a high-temperature-resistant silica fiber and has the following advantages:

- улучшение химической однородности стекла и качества стеклошариков;- improving the chemical homogeneity of the glass and the quality of glass beads;

- снижение температуры варки стекла и, соответственно, снижение расхода энергоресурсов на обогрев варочного бассейна и фидера стекловаренной печи;- lowering the temperature of glass melting and, accordingly, lowering the consumption of energy resources for heating the melting basin and the feeder of the glass-making furnace;

- увеличение удельного съема стекломассы;- increase in the specific removal of molten glass;

- снижение температуры в фильерном питателе при выработке стекловолокна;- lowering the temperature in the spinneret during the production of fiberglass;

- увеличение производительности фильерного питателя при одновременном снижении расхода стеклошариков;- increase in the performance of the spinneret feeder while reducing the consumption of glass beads;

- снижение капельной обрывности при выработке волокна;- reduction of drop breakage during fiber production;

- увеличение коэффициента полезного времени фильерного питателя (коэффициент, показывающий использование устройства во времени и представляющий собой отношение времени эксплуатации устройства к продолжительности рабочей смены);- an increase in the coefficient of the useful time of the spinneret (coefficient showing the use of the device over time and representing the ratio of the operating time of the device to the duration of the work shift);

- уменьшение времени выщелачивания стекловолокна.- reducing the time of leaching of fiberglass.

Следующие примеры служат дополнительной иллюстрацией настоящего изобретения и доказывают преимущество заявленного технического решения.The following examples serve to further illustrate the present invention and prove the advantage of the claimed technical solution.

Пример 1Example 1

Исходные сырьевые компоненты, такие как песок кварцевый, глинозем, сода измельчают, просеивают, смешивают с сульфатом натрия и нанопорошком углерода для получения шихты. Исходные компоненты смешивают в следующем количестве, мас. %: песок кварцевый 65,9; глинозем 2,8; сода 30,1; сульфат натрия 1,2; наночастицы (сверх 100%) 1,5 (таблица 1).Initial raw materials such as quartz sand, alumina, soda are crushed, sieved, mixed with sodium sulfate and carbon nanopowder to obtain a charge. The starting components are mixed in the following amount, wt. %: quartz sand 65.9; alumina 2.8; soda 30.1; sodium sulfate 1.2; nanoparticles (over 100%) 1.5 (table 1).

Полученную шихту для исключения процесса расслоения подвергают действию ультразвукового генератора УЗГ-34. Частота ультразвука составляет 18 кГц, время обработки 30 минут.The resulting mixture is subjected to the action of the ultrasonic generator UZG-34 to exclude the stratification process. The ultrasound frequency is 18 kHz, the processing time is 30 minutes.

Полученную шихту загружают в стекловаренную печь, плавят при температуре 1460°С, осветляют, вырабатывают стеклошарики. Химический состав стеклошариков представлен в таблице 2.The resulting mixture is loaded into a glass furnace, melted at a temperature of 1460 ° C, clarified, and glass beads are produced. The chemical composition of glass beads is shown in Table 2.

Стеклошарики загружают в многофильерный плавильный питатель и подвергают повторному плавлению с целью выработки стекловолокна: для волокна диаметром 9 мкм питатель должен содержать 2400 фильер, для волокна диаметром 7,5 мкм - 1200 фильер. Температура в питателе в случае выработки волокна диаметром 9 мкм составляет 1200°С, диаметром 7,5 мкм - 1205°С.Glass beads are loaded into a multifilter melting feeder and re-melted in order to produce glass fiber: for a fiber with a diameter of 9 µm, the feeder should contain 2400 dies, for a fiber with a diameter of 7.5 µm - 1200 dies. The temperature in the feeder in the case of fiber production with a diameter of 9 μm is 1200 ° C, with a diameter of 7.5 μm - 1205 ° C.

Химический состав стекловолокна представлен в таблице 3.The chemical composition of fiberglass is shown in Table 3.

Для получения кремнеземного волокна используют метод выщелачивания горячими растворами серной кислоты с последующей отмывкой в воде и сушкой. Химический состав кремнеземного волокна представлен в таблице 4.To obtain silica fiber, the method of leaching with hot solutions of sulfuric acid is used, followed by washing in water and drying. The chemical composition of the silica fiber is shown in Table 4.

Технико-экономические показатели на всех стадиях осуществления способа представлены в таблицах 5-7.Technical and economic indicators at all stages of the method are presented in tables 5-7.

Способ получения кремнеземного волокна по прототипу [5] также разработан заявителем и апробирован в АО "Научно-производственное объединение Стеклопластик", что позволяет сравнить технико-экономические показатели получения кремнеземного волокна по предлагаемому способу и по способу согласно прототипу.The method of obtaining silica fiber according to the prototype [5] was also developed by the applicant and tested in JSC "Scientific and Production Association Stekloplastic", which allows comparing the technical and economic indicators of obtaining silica fiber according to the proposed method and according to the method according to the prototype.

Пример 2Example 2

Последовательность операций осуществления предложенного способа такая же, как и в примере 1, за исключением иного соотношения исходных компонентов сырьевой смеси, времени обработки шихты ультразвуком, составляющем 35 минут при частоте 18 кГц и других технологических параметров осуществления способа, приведенных в таблицах 1-7.The sequence of operations for the implementation of the proposed method is the same as in example 1, with the exception of a different ratio of the initial components of the raw mixture, the processing time of the charge by ultrasound, which is 35 minutes at a frequency of 18 kHz and other technological parameters for the implementation of the method are given in tables 1-7.

Пример 3Example 3

Последовательность операций осуществления предложенного способа такая же, как и в примере 1, за исключением иного соотношения исходных компонентов сырьевой смеси, времени обработки шихты ультразвуком, составляющем 40 минут при частоте 18 кГц, и других технологических параметров осуществления способа, приведенных в таблицах 1-7.The sequence of operations for the implementation of the proposed method is the same as in example 1, with the exception of a different ratio of the initial components of the raw mixture, the processing time of the charge by ultrasound, which is 40 minutes at a frequency of 18 kHz, and other technological parameters for the implementation of the method are given in tables 1-7.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Таким образом, предложенный способ позволяет получить кремнеземное волокно, обладающее высокой температуростойкостью (выше 1000°С), которая обусловлена повышенным содержанием тугоплавких оксидов SiO2 и Al2O3 в его составе, при одновременном значительном снижении энергетических затрат на всех стадиях технологического процесса, что в результате позволяет снизить себестоимость готовой продукции.Thus, the proposed method allows you to obtain a silica fiber with high temperature resistance (above 1000 ° C), which is due to the increased content of refractory oxides SiO 2 and Al 2 O 3 in its composition, while significantly reducing energy costs at all stages of the technological process, which as a result, it allows to reduce the cost of finished products.

Полученное кремнеземное волокно эффективно работает в качестве тепло- и электроизоляции, теплозащиты и т.д., при высоких температурах, в условиях высокой влажности, агрессивных сред и повышенной радиации, а также являются великолепной экологически чистой заменой асбеста.The resulting silica fiber effectively works as heat and electrical insulation, heat protection, etc., at high temperatures, in conditions of high humidity, corrosive environments and increased radiation, and is also an excellent environmentally friendly replacement for asbestos.

Claims (9)

1. Способ получения высокотемпературостойкого кремнеземного волокна, включающий следующие стадии: приготовление шихты, варку стекла, выработку стеклянного волокна, выщелачивание стеклянного волокна, отличающийся тем, что шихту для варки стекла составляют из кварцевого песка, глинозема, соды, сульфата натрия, нанопорошка углерода при следующем соотношении компонентов, мас.%:1. A method of obtaining high-temperature-resistant silica fiber, including the following stages: preparation of a charge, glass melting, production of glass fiber, leaching of glass fiber, characterized in that the charge for glass melting is composed of quartz sand, alumina, soda, sodium sulfate, carbon nanopowder in the following ratio of components, wt%: песокsand 65,9-68,665.9-68.6 глиноземalumina 2,5-2,82.5-2.8 содаsoda 27,4-30,127.4-30.1 сульфат натрияsodium sulfate 1,2-1,51.2-1.5 нанопорошок углерода (сверх 100%)carbon nanopowder (over 100%) 1,5-2,51.5-2.5
и обрабатывают ультразвуком в течение 30-40 минут при частоте 18 кГц, после варки стекла формуют стеклошарики следующего состава, мас.%:and treated with ultrasound for 30-40 minutes at a frequency of 18 kHz, after melting the glass, glass beads are formed with the following composition, wt%: SiO2 SiO 2 75,30-78,4075.30-78.40 Al2O3 Al 2 O 3 2,80-3,152.80-3.15 Na2O и/или K2ONa 2 O and / or K 2 O 18,50-21,4318.50-21.43 наночастицы углеродаcarbon nanoparticles 0,05-0,070.05-0.07 CaO, MgO, TiO2, Fe2O3 CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 0,10-0,26,0.10-0.26,
а затем из стеклошариков на многофильерных питателях, имеющих 1200 или 2400 фильер, вырабатывают стекловолокно следующего состава, мас.%:and then from glass beads on multi-spinning feeders with 1200 or 2400 spinnerets, glass fiber is produced with the following composition, wt%: SiO2 SiO 2 75,30-78,4075.30-78.40 Al2O3 Al 2 O 3 2,80-3,152.80-3.15 Na2O и/или K2ONa 2 O and / or K 2 O 18,50-21,4318.50-21.43 CaO, MgO, TiO2, Fe2O3 CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 0,12-0,30,0.12-0.30,
выщелачиванием которого получают кремнеземное волокно следующего состава, мас.%:leaching of which obtains silica fiber of the following composition, wt%: SiO2 SiO 2 95,75-96,8095.75-96.80 Al2O3 Al 2 O 3 3,10-3,353.10-3.35 Na2O и/или K2ONa 2 O and / or K 2 O 0,05-0,750.05-0.75 CaO, MgO, TiO2, Fe2O3 CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 0,05-0,150.05-0.15
2. Способ получения кремнеземного волокна по п. 1, отличающийся тем, что удельная поверхность нанопорошка углерода составляет от 400 до 600 м2/г.2. A method of producing silica fiber according to claim 1, characterized in that the specific surface area of carbon nanopowder is from 400 to 600 m 2 / g.
RU2020120176A 2020-06-18 2020-06-18 Method of producing high-temperature resistant silica fiber RU2737438C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120176A RU2737438C1 (en) 2020-06-18 2020-06-18 Method of producing high-temperature resistant silica fiber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120176A RU2737438C1 (en) 2020-06-18 2020-06-18 Method of producing high-temperature resistant silica fiber

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2737438C1 true RU2737438C1 (en) 2020-11-30

Family

ID=73792555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020120176A RU2737438C1 (en) 2020-06-18 2020-06-18 Method of producing high-temperature resistant silica fiber

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2737438C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2302978A1 (en) * 1975-03-06 1976-10-01 Johns Manville METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING AMORPHIC FIBERS OF VERY PURE SILICA
RU2165393C1 (en) * 2000-10-25 2001-04-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Стеклопластик" Glass for manufacturing fiber glass and high- temperature silicic fiber glass based thereon
US6468932B1 (en) * 1997-05-13 2002-10-22 Richter Robin Al2O3-containing, high-temperature resistant glass sliver with highly textile character, and products thereof
CN106219989B (en) * 2016-07-29 2018-10-02 佛山市高明区诚睿基科技有限公司 A kind of graphene is modified the preparation method of composite glass fiber

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2302978A1 (en) * 1975-03-06 1976-10-01 Johns Manville METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING AMORPHIC FIBERS OF VERY PURE SILICA
US6468932B1 (en) * 1997-05-13 2002-10-22 Richter Robin Al2O3-containing, high-temperature resistant glass sliver with highly textile character, and products thereof
RU2165393C1 (en) * 2000-10-25 2001-04-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Стеклопластик" Glass for manufacturing fiber glass and high- temperature silicic fiber glass based thereon
CN106219989B (en) * 2016-07-29 2018-10-02 佛山市高明区诚睿基科技有限公司 A kind of graphene is modified the preparation method of composite glass fiber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101299769B1 (en) Method of manufacturing high performance glass fibers in a refractory lined melter and fiber formed thereby
US6358871B1 (en) Low-boron glass fibers and glass compositions for making the same
CA2229421C (en) Method and device for manufacturing mineral fibres
DE60307290T2 (en) PREPARATION OF GLASS USING EXTRACTED FRY
JP5295775B2 (en) Glass composition
US7704902B2 (en) Glass fibre compositions
US8338319B2 (en) Composition for high performance glass fibers and fibers formed therewith
JPS6320781B2 (en)
JP2001515448A (en) Glass fiber without boron
KR100319438B1 (en) Water enhanced fining process - a method to reduce toxic emissions from glass melting furnaces
CN102276153A (en) Composition for high-property heat-resisting corrosion-resisting glass fiber
US3294505A (en) Process of producing glass in a cupola
CN111533442A (en) Corrosion-resistant glass composition and preparation method thereof
JP2015193522A (en) Kaolin raw material for glass manufacture and manufacturing method of glass fiber
US3484259A (en) High strength-high modulus glass fibers
RU2737438C1 (en) Method of producing high-temperature resistant silica fiber
CN102775056A (en) Manufacturing method for fireproof glass cotton
JPS58502054A (en) Resistant to alkali glass fiber
JP2016513063A (en) Heat resistant aluminosilicate glass fiber and method for its production and use
CN1187176A (en) Boron-free glass fibers
US3523803A (en) Manufacture of borosilicate glass fibers
DE2656002A1 (en) Glass fibres for reinforcing concrete and cement - contg. silica, zirconia, alumina, lime and magnesia
EP4097057B1 (en) Method for making man-made vitreous fibres
JP2015509476A (en) Method for producing glass, glass ceramics and use thereof
KR900001372B1 (en) Preparing method of the heat resistant staple from slag