Способ и состав для получения неорганического волокна

 

Неорганическое волокно получают путем подачи минералов в плавильную печь, получения расплава, его гомогенизации, подачу в зону формирования волокна для вытягивания его из расплава и последующего наматывания на нитесборник. Температуру в плавильной печи устанавливают 1705 - 2000^oC. Вытягивание волокна производят со скоростью 5505 - 6500 м/мин. Состав для получения неорганического волокна включает следующие компоненты, мас.%: SiO 55,30 - 60,1; Al₂O₃ 18,01 - 19,90; TiO₂ 0,02 - 1,02; Fe₂O₃ или 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; Na₂O 1,80 - 1,90. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности волокон толщиной менее 4 мкм. 2 с.п.ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к технологии получения неорганических волокон из расплавленных минералов вытягиванием, которые могут использоваться для получения термостойких нитей и тканей.

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).

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Способ осуществляют следующим образом.

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.

В таблице 2 представлены соотношения диаметров элементарных волокон, полученных в зависимости от температуры расплава, скорости вытягивания волокна и составов согласно таблице 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).

Химическую устойчивость непрерывных волокон к 2N раствору HCl определяли по потере массы с поверхности 5000 кв.см при трехчасовом кипячении (таблица 3).

Источники информации
1.RU 2018491 C1, 28.02.79
2.SU 649670 A, 03.03.79.

Формула изобретения

1. Способ 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, отличающийся тем, что температуру в плавильной печи устанавливают 1705 - 2000^oC, а вытягивание волокна производят со скоростью 5505 - 6500 м/мин.

2. Состав для получения неорганического волокна, включающий SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, MnO и R₂O, отличающийся тем, что он дополнительно содержит P₂O₅, в качестве R₂O содержит K₂O и Na₂O 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
MgO - 3,01 - 3,95
P₂O₅ - 0,12 - 0,14
MnO - 0,10 - 0,15
K₂O - 1,40 - 3,60
Na₂O - 1,80 - 1,90д

РИСУНКИ

Рисунок 1