Способ получения базальтового волокна

 

Использование: изготовление высокотемпературных фильтров в нефтехимической, металлургической отраслях промышленности, в радиоэлектронной промышленности для производства плат, в композиционных материалах. Сущность изобретения: в способе получения базальтового волокна базальтовую породу нагревают до 1500 - 1600°С и вытягивают волокно со скоростью 3500 - 4500 м/мин из расплава с вязкостью 110 - 500 П. Характеристики волокна: диаметр волокна 4,0 - 3,5 мкм. 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения минеральных волокон из расплавов горных пород, а более точно к способу получения базальтового волокна.

Наиболее успешно изобретение может быть использовано для изготовления высокотемпературных фильтров в нефтехимической, металлургической отраслях промышленности, в радиоэлектронной промышленности для производства плат, в композиционных материалах, которые должны обладать высокой исходной прочностью, стойкостью к агрессивным средам, долговечностью.

Рост объемов производства стеклянных волокон за последнее время сдерживается возрастающим дефицитом исходного сырья, в частности кварцевых песков, соды, сульфата бора.

С целью покрытия дефицита в исходном сырье с одновременным увеличением химической стойкости, температуростойкости и модуля упругости волокон был разработан способ получения волокон из горных пород типа базальтов, которые широко распространены в природе. Базальтовые волокна по ряду основных свойств превосходят стеклянные по щелочестойкости, кислотостойкости. Так, устойчивость базальтового волокна после кипячения в соляной кислоте составляет 82%, алюмоборсиликатного лишь 54%. Модуль упругости базальтового непрерывного волокна также приблизительно в 1,5 раза выше, чем у стеклянного. Термостойкость базальтового непрерывного волокна на 250^oС больше, чем у алюмосиликатного. При пребывании в 100% относительной влажности в течение 64 сут прочность базальтового непрерывного волокна практически не меняется, тогда как волокна алюмоборсиликатного состава теряют 30% прочности.

Известен способ изготовления волокна из расплава горных пород, по которому волокно получают при температуре расплава 1200-1300^oC и его вязкости 100 ПЗ. Полученные волокна обладают низкой термостойкостью и большим средним диаметром элементарной нити выше 14 мкм, получаемой из этих волокон, что не позволяет ее использовать для изготовления высокотемпературных фильтров, применяемых для улавливания цветных или других металлов в отходящих газах [1].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения волокна из расплава горных пород типа базальтов [2].

Известный способ заключается в следующем.

Базальтовую породу подают в зону плавления плавильной печи, где поддерживают температуру 145010^oC, и получают расплав, который поступает в зону гомогенизации печи. В указанной зоне поддерживают температуру 1200^oC, превышающую температуру кристаллизации полученного расплава. Затем расплав из зоны гомогенизации подают в зону формирования волокна, и вытягивание волокон ведут со скоростью 2135-3200 м/мин при вязкости расплава в зоне формирования волокна менее 100 ПЗ.

Недостатком данного способа является большой диаметр получаемой комплексной нити, превышающий 11 мкм, из-за относительно низкой скорости ее вытягивания 3200 м/мин. Увеличение скорости вытягивания приводит к ее отрыву.

Цель изобретения - получение базальтового волокна с улучшенными физико-механическими свойствами.

Цель достигается тем, что в способе получения волокна, включающем подачу базальтовой породы в зону плавления, нагрев ее до температуры плавления и получения расплава, подачу полученного расплава в зону гомогенизации, в которой поддерживают температуру, превышающую температуру кристаллизации расплава, подачу гомогенизированного расплава в зону формирования волокна, вытягивание из расплава непрерывных волокон, нагрев базальтовой породы ведут при 1500-1600^oC, вытягивание непрерывных волокон ведут со скоростью 3500-4500 м/мин при вязкости расплава 110-500 ПЗ.

Реализация способа получения волокна обеспечивает получение непрерывного базальтового волокна диаметром менее 7 мкм. При этом достигается повышение термостойкости непрерывных базальтовых волокон, изделия из которых могут быть применены при температуре, превышающей 700^oC.

Способ осуществляют следующим образом.

П р и м е р. Базальтовую породу подают в зону плавления плавильной печи, где происходят нагрев породы до 1500-1600^oC и получение расплава. Полученный расплав выдерживают некоторое время с целью его гомогенизации. А затем гомогенизированный расплав подают в зону формирования волокна, которая сформирована питателем с фильерами, в которых поддерживают температуру, превышающую температуру кристаллизации полученного расплава. Из фильер расплав выходит в виде капель, образуя луковицы, которые увеличиваясь в массе, отрываются от фильер, образуя пучок волокон. Сначала эти волокна собирают непрерывным вытягиванием вручную, и полученный пучок заводят в канавку ролика нитесборника, быстро вытягивая под углом 60-80^o. Вытягивание волокон осуществляют без остановок и замедлений со скоростью 3500-4500^o м/мин при вязкости расплава более 100 ПЗ, так как в противном случае на волокнах образуются медленно застывающие утолщения, которые вызывают ожог и повреждают ролик нитесборника. При достижении пучка волокон требуемой тонкости обрывают его конец, вручную наматывают нить на торец бобины и включают при этом наматывающий механизм. В результате за счет вращения бобины на нее наматываются непрерывные базальтовые волокна. Для предупреждения взаимного трения в пучке непрерывных волокон, их взаимного склеивания, а также предохранения наружной поверхности волокон от воздействия внешней среды и разрушения их в процессе переработки поверхности волокон покрывают замасливателем. Бобины с намотанными на них непрерывными волокнами снимают с бобинодержателя и передают на переработку.

Базальтовые непрерывные волокна, полученные по предложенному способу, имеют средний диаметр элементарного волокна менее 7 мкм при скорости вытяжки 3500 м/мин и температуре вытяжки 1500^oC.

Конкретные примеры осуществления способа представлены в таблице.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА путем подачи базальтовой породы, нагрева ее до температуры плавления, гомогенизации расплава и вытягивания непрерывных волокон, отличающийся тем, что нагрев базальтовой породы ведут до 1500 - 1600^oС, а волокно вытягивают со скоростью 3500 - 4500 м/мин из расплава с вязкостью 110 - 500 П.

РИСУНКИ

Рисунок 1