СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА Российский патент 1997 года по МПК C03B37/02 

Изобретение относится к технологии получения минеральных волокон из расплава горных пород, а более точно к способу получения термостойкой нити и тканей.

В СНГ и за рубежом интенсивно развивается производство волокнистых материалов на основе минеральных, стеклянных и других волокон. Однако возрастающие технические требования к этим материалам, а также дефицит сырья сдерживают рост объемов их производства.

Обеспечение возрастающих потребностей в волокнистых материалах предопределяет резкое повышение их качества. В связи с этим в СНГ получило распространение промышленное производство базальтовых волокон и материалов на их основе, где в качестве исходного однокомпонентного сырья используются горные породы базальты, габбро-диабазы, порфириты и другие.

Использование базальтовых волокон в качестве сырья дает возможность выпускать материалы, заменяющие асбест, металл, древесину и др.

Известен способ изготовления волокна из расплава горных пород [1] по которому волокно получают при температуре расплава 1200-1300^oC и вязкости 100 П, которые обладают низкой термостойкостью 500-600^oC и большим диаметром элементарных волокон (выше 12 мкм).

Известен также способ получения непрерывных волокон из расплавов горных пород типа базальтов [3] По данному способу ведут подготовку базальта и транспортировку его к загрузочному окну плавильной печи; получение гомогенизированного расплава в ванной плавильной печи; придание расплаву необходимой температуры в фидере; формирование непрерывных волокон с помощью узла волоконнообразования, состоящего из струйного и фильерного питателей методом механического вытягивания; замасливание комплексной нити, намотку нити на бобину. Недостатком данного способа является большой диаметр получаемой комплексной нити, превышающий 11 мкм, из-за относительно низкой скорости ее вытягивания.

Наиболее близким к заявленному способу техническим решением (прототипом) является способ получения базальтового волокна, при котором нагрев базальтовой породы ведут до температуры 1500-1600^oC, а волокно вытягивают со скоростью 3500-4500 м/мин, из расплава с вязкостью 110-500 П.

Недостатком данного способа является нестабильность получения элементарных волокон диаметром 5 мкм и невозможность получения волокон средним диаметром 3,5 мкм из-за относительно низкой вязкости расплава и скорости ее вытягивания, увеличение последней ведет к обрыву элементарных волокон. Волокна, полученные по данному способу при 3-х часовом кипячении в 2N растворе HCl имеют устойчивость в среднем 65-70%
В основу изобретения положена задача создать способ получения базальтового волокна в котором за счет изменения параметров процесса обеспечивалось бы получение волокон с улучшенными физико-механическими свойствами.

Поставленная задача решается 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 гомогенизованного расплава в зону формирования волокна, вытягивание из расплава непрерывных волокон, согласно изобретению, в качестве породы берут андезитобазальт, нагрев базальтовой породы ведут при температуре 1605-1700^oC, вытягивание непрерывных волокон ведут со скоростью 4505-5500 м/мин, при вязкости расплава в зоне формования волокна 501-2100 П.

Такая реализация предложенного способа получения волокна обеспечивает получение непрерывного базальтового волокна диаметром менее 5 микрон. При этом достигается повышение кислотостойкости непрерывных базальтовых волокон.

Сущность изобретения станет более понятна из следующего конкретного примера его выполнения.

Способ, согласно изобретению, осуществляют следующим образом. Андезито-базальтовую породу подают в зону плавления плавильной печи, где происходит нагрев породы до температуры 1605-1700^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, из которых вытягиваются волокна. Вытягивание волокон осуществляют со скоростью, превышающей 4500 м/мин при вязкости расплава более 510 П на бобину с помощью наматывающего механизма. 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 бобино-держателя и передают на переработку.

Базальтовые непрерывные волокна, полученные по предложенному способу, согласно изобретению, имеют средний диаметр элементарного волокна менее 5 мкм, они более кислотостойкие.

Химическую устойчивость непрерывных волокон к 2N раствору НCl определяли по потере массы с поверхности 5000 кв.см при трехчасовом кипячении (табл.1).

Конкретные примеры осуществления способа представленны в табл.2.

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

Предложен способ, который включает подачу базальтовой породы в зону плавления, нагрев ее в этой зоне при температуре 1605-1700^oC и получение расплава. Затем расплав подают в зону гомогенизации, откуда гомогенизированный расплав, имеющий вязкость более 501 П, поступает в зону формирования волокна, где вытягивание волокон ведут со скоростью, превышающей 4505 м/мин. 2 табл.

Способ получения базальтового волокна путем подачи базальтовой породы, нагрева ее до температуры плавления, гомогенизации расплава и вытягивания непрерывных волокон, отличающийся тем, что в качестве базальтовой породы берут андезитобазальт, а нагрев породы ведут до температуры 1605 1700^oС, причем скорость вытягивания волокна составляет 4505 5500 м/мин при вязкости расплава 501-2100 П.