БАЗАЛЬТОВОЕ НЕПРЕРЫВНОЕ ВОЛОКНО Российский патент 2010 года по МПК C03C13/06 

Изобретение относится к области производства непрерывных и шпательных минеральных волокон из расплава базальтовых горных пород с высокой прочностью, температурной и химической устойчивостью и может быть использовано в промышленности строительных материалов с тепло- и звукоизоляционными свойствами, энергетике и других областях.

В соответствии с патентно-информационными исследованиями известны минеральные, в том числе и базальтовые волокна (см., например, авторское свидетельство СССР №391072, кл. С03В 37/00, 1971; авторское свидетельство СССР №381621, кл. С03В 37/00, 1971; авторское свидетельство СССР №649670, кл. С03В 37/00 1977; патент США №3929497, кл. С03В 37/00, 1973).

Основным недостатком этих волокон является невысокая механическая прочность, которая не обеспечивает непрерывного круглосуточного производства непрерывного базальтового волокна.

Известно также базальтовое тонкое волокно (см. патент Российской Федерации №2170218, кл. С03В 37/06, 2001 г.), принятое авторами за прототип. В соответствии с данным изобретением базальтовое волокно на основе расплава базальтовых горных пород включает следующие компоненты, мас.%: SiO₂ 48-52; TiO₂ 2-3; Al₂O₃ 12,5-15,5; Fe₂O₃ 4-8; FeO 6,5-10,5; CaO 8,5-10,5; MgO 5-7; MnO 0,1-0,5; Na₂O 1,5-3,5; K₂O 0,5-2,5; P₂O₅ 0,2-0,5; ZrO₂ 1-3; Cr₂O₃, CuO или их смесь 0,5-2,0.

Для повышения прочности волокна-прототипа в загрузчик плавильной печи совместно с базальтовым щебнем дополнительно загружают оксид циркония ZrO₂ до 3 мас.%.

Основным недостатком данного базальтового волокна является слабая его устойчивость к влажной среде из-за содержания в волокне оксида фосфора Р₂О₅, который обладает исключительной гидроскопичностью. Наличие операции загрузки оксида ZrO₂ в строго заданном количестве с последующим тщательным перемешиванием его с базальтовой щебенкой усложняет и затягивает процесс выработки волокна.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание непрерывного базальтового волокна с заданным наперед метрическим рядом (диаметром) волокон с высокими прочностными и эксплуатационными свойствами.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что непрерывное базальтовое волокно на основе расплава базальтовых горных пород включает следующие компоненты, мас.%: непрерывное базальтовое волокно, включающее SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, содержит указанные компоненты в следующих количествах:

SiO₂ 47,5-50,2 Al₂O₃ 12,6-15,1 Fe₂O₃ 14,0-18,0 FeO 10,0-12,0 CaO 6,0-12,0 MgO 4,8-6,7 Na₂O 0,3-2,3 K₂O 0,5-2,6

Одним из решающих факторов для выработки непрерывного базальтового волокна с высокой прочностью и эксплуатационными свойствами с наперед заданным метрическим рядом диаметров волокон является строгое соблюдение температурного режима расплава базальта.

На основании многочисленных экспериментальных исследований авторами изобретения было установлено:

стабильность необходимой температуры расплава базальта обеспечивается при следующем соотношении основных волокнообразующих основных окислов и оксидов железа >2,5(SiO₂+Al₂O₃)/(Fe₂O₃·FeO)>2,25. При таком содержании оксидов железа в расплаве базальта железо Fe в чистом виде выпадает на фильеры питателя, через которые вырабатывается волокно. Железо Fe, являясь мягким ковким металлом, при выработке волокна из фильер питателя выполняет роль «пластификатора», что упрочняет волокно и позволяет вырабатывать его в круглосуточном режиме.

Пример осуществления изобретения предлагаемого базальтового волокна приведен в таблице.

Компоненты Состав, мас.% SiO₂ 48,0 Al₂O₃ 13,0 Fe₂O₃ 14,8 FeO 11,7 CaO 6,0 MgO 5,0 Na₂O 0,8 K₂O 0,7

Изготавливают базальтовое волокно путем загрузки базальта в плавильную печь, плавления его, стабилизации расплава, выработки волокон через питатель, вытягивания волокон через фильеры, замасливания волокна и намотки на бобины в круглосуточном режиме.

Из расплава через фильеры диаметром 2,4 мм вытягивают непрерывное волокно и наматывают на бобину наматывающего агрегата. Выработку волокна осуществляют при температуре 1500-1530°С. Температурный интервал выработки волокна из расплава базальта составляет 60°С. Температура верхнего предела кристаллизации составляет 1100°С.

Полученное волокно характеризуется следующими показателями:

- средний диаметр, мкм 10;

- прочность на разрыв, МПа 2300-2500;

- температуроустойчивость, °С: от -260 до +700;

- влагосодержание 0,13.

Базальтовое непрерывное волокно из расплава базальтовых горных пород с высокой прочностью, температурой и химической устойчивостью используется в промышленности строительных материалов с тепло- и звукоизоляционными свойствами, энергетике и других областях. Технический результат изобретения - создание непрерывного базальтового волокна с заданным метрическим рядом (диаметров) волокон с высокими прочностными и эксплуатационными свойствами. Технический результат изобретения достигается тем, что непрерывное базальтовое волокно на основе расплава базальтовых горных пород включает следующие компоненты, мас.%: непрерывное базальтовое волокно, включающее SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, содержит указанные компоненты в следующих количествах: SiO₂ 47,5-50,2, Al₂O₃ 12,6-15,1, Fe₂O₃ 14,0-18,0, FeO 10,0-12,0, CaO 6,0-12,0, MgO 4,8-6,7, Na₂O 0,3-2,3, К₂О 0,5-2,6. Стабильность необходимой температуры расплава базальта, влияющей на прочность и эксплуатационные свойства волокна, обеспечивается при следующем соотношении основных волокнообразующих окислов и оксидов железа >2,5(SiO₂+Al₂O₃)/(Fe₂O₃ FeO)>2,25. 1 табл.

Базальтовое непрерывное волокно на основе расплава базальтовых горных пород, включающее SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, Na₂O, К₂О, отличающееся тем, что оно содержит указанные компоненты в следующих количествах, мас.%:
SiO₂ 47,5-50,2 Al₂O₃ 12,6-15,1 F₂O₃ 14,0-18,0 FeO 10,0-12,0 CaO 6,0-12,0 MgO 4,8-6,7 Na₂O 0,3-2,3 K₂O 0,5-2,6,