Способ получения кислотостойких неорганических волокон из горных пород

 

Изобретение относится к технологии получения минеральных волокон из расплавов горных пород, а более конкретно к способам получения термостойких и кислотостойких нитей и тканей из андезитовых пород. Способ получения кислотостойких неорганических волокон из горных пород включает подачу породы в зону плавления, нагрев ее до температуры плавления, плавление, гомогенизацию расплава и вытягивание непрерывных волокон. Согласно изобретению в качестве породы берут андезит, плавление осуществляют при температуре 1705 - 2100^oC, а вытягивание волокон - при вязкости расплава 120 - 2750 Пз. Новый технический результат изобретения состоит в возможности непрерывного получения андезитового волокна диаметром менее 6 мкм за счет стабилизации вязкости состава в процессе вытягивания волокон. 2 табл.

Настоящее изобретение относится к технологии получения кислотостойких неорганических волокон из расплава горных пород.

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 сдерживает 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, по которому исходное сырье нагревают до температуры плавления 1200 - 1300^oC и создают расплав с вязкостью 100 Пз, из которого вытягивают непрерывные волокна (а.с. СССР N 461909, кл. C 03 B 37/00, 1975).

Недостаток описанного способа состоит в том, что получаемые при этом волокна 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. Этот способ описан в журнале СССР "Строительные материалы и конструкции", 1986, Киев, Д.Д. Джигирис, В.Ф. Кибол, И.П. Первак, Л. Н. Бомбырь "Производство базальтового непрерывного волокна", с. 11 - 12. По данному способу ведут подготовку базальта и транспортировку его к загрузочному окну плавильной печи; получают гомогенизированный расплав в ванной плавильной печи; придают расплаву необходимую температуру в фидере; формируют непрерывные волокна с помощью узла волокнообразования, состоящего из струйного и фильерного питателей методом механического вытягивания; замасливания комплексной нити, намотки нити на бобину.

Недостатком описанного способа является то, что он позволяет получить комплексную нить, диаметр которой, как правило, превышает 11 мкм из-за относительно низкой скорости вытягивания.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения неорганических волокон из горных пород, включающий подачу породы в зону плавления, нагрева ее до температуры плавления, гомогенизации расплава и вытягивания непрерывных волокон (Патент Российской Федерации N 2018491). По данному способу нагрев горной породы осуществляют до температуры 1500 - 1600^oC, а волокно вытягивают со скоростью 3500 - 4500 м/мин из расплава с вязкостью 110 - 500 Пз. Волокна, полученные по данному способу при 3-часовом кипячении в 2N растворе HCl имеют устойчивость в среднем 65 - 77%.

В основу изобретения положена задача создать такой способ получения кислотостойких неорганических волокон из горных пород, в котором за счет изменения параметров процесса обеспечивалось бы получение волокон с улучшенными физико-механическими свойствами.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения кислотостойких неорганических волокон из горных пород, включающем подачу породы в зону плавления, нагрев ее до температуры плавления, плавление, гомогенизацию расплава, вытягивание из расплава непрерывных волокон, согласно изобретению, в качестве горной породы берут андезит, плавление осуществляют при температуре 1705 - 2100^oC, а вытягивание волокон - при вязкости расплава 120 - 2750 Пз.

Идея решения состоит в том, чтобы найти значение температуры, при которой вязкость расплава и прочность элементарных волокон при растяжении оказывались бы оптимальными - волокно имеет стабильные в процессе вытягивания диаметр и механические свойства.

Авторами значение температуры найдено в результате экспериментов. Увеличение температуры расплава более 2100^oC приводит к обрыву нити ввиду низкой вязкости расплава. Снижение температуры менее 1705^oC приводит к обрыву нити, т.к. образуются "непроплавы", которые не позволяют сформировать нить. Поэтому оптимальной является температура расплава 1705 - 2100^oC.

Такая реализация предложенного способа получения волокна обеспечивает получение непрерывного волокна диаметром менее 6 мкм. При этом достигается повышение термостойкости и кислотостойкости непрерывных андезитовых волокон.

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

Способ, согласно изобретению, осуществляют следующим образом. Андезитовую породу подают в зону плавления плавильной печи, где происходит нагрев породы до температуры плавления, плавят, при этом температуру плавления поддерживают в пределах 1705 - 2100^oC и получают расплав. Полученный расплав выдерживают некоторое время с целью его гомогенизации. А затем гомогенизированный расплав подают в зону формирования волокна, которая состоит из питателя с фильерами, в которых поддерживают температуру, повышающую температуру кристаллизации полученного расплава. Из фильер расплав выходит в виде капель, образуя луковицы, из которых вытягиваются волокна. Вытягивание волокон осуществляют при вязкости расплава 120 Пз на бобину с помощью наматывающего механизма. В результате за счет вращения бобины на нее наматываются непрерывные андезитовые 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 андезитовыми волокнами снимают с бобинодержателя и передают на переработку.

Андезитовые непрерывные волокна, полученные по предложенному способу, согласно изобретению, имеют средний диаметр элементарного волокна менее 6 мкм, они более кислотостойкие.

Химическую устойчивость непрерывных волокон к 2N раствору HCl определяли по потере массы с поверхности 5000 см² при трехчасовом кипячении (таблица 1).

Примеры осуществления способа приведены в таблице 2.

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

Формула изобретения

Способ получения кислотостойких неорганических волокон из горных пород, включающий подачу породы в зону плавления, нагрев ее до температуры плавления, плавление, гомогенизацию расплава и вытягивание непрерывных волокон, отличающийся тем, что в качестве породы берут андезит, плавление осуществляют при температуре 1705-2100^oC, и вытягивание волокон - при вязкости расплава 120-2750 Пз.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.02.2011

Дата публикации: 10.02.2011

---