專利名稱：：生產(chǎn)連續(xù)的玄武巖纖維的組合物及方法生產(chǎn)連續(xù)的玄武巖纖維的組合物及方法本發(fā)明涉及連續(xù)無機(jī)纖維的生產(chǎn)工藝，主要是指通過拉伸融化礦物的方法制得纖維。這種連續(xù)無機(jī)纖維可用于制造耐熱線、多股粗紗、采掘纖維、紡織品、合成材料以及在上述材料基礎(chǔ)上加工成的產(chǎn)品。在獨(dú)聯(lián)體國家及其他國家，在礦物纖維、玻璃纖維和其他纖維基礎(chǔ)上進(jìn)行的纖維材料生產(chǎn)活動(dòng)的發(fā)展極其迅猛。但是，對(duì)此類材料的技術(shù)要求的增長以及原料的缺陷卻限制了生產(chǎn)容量的增長。對(duì)纖維材料不斷增長的需求的保障決定了纖維材料的質(zhì)量也將有大幅提高。因此，在獨(dú)聯(lián)體國家，玄武巖纖維以及在其基礎(chǔ)上所獲得的材料的工業(yè)生產(chǎn)方法得到了廣泛普及，這種材料的原始單組分原料采用的是巖石，包括玄武巖、輝長巖和輝綠巖、玢巖等等。采用玄武巖纖維為原料可以生產(chǎn)出能夠替代石棉、金屬、木材等等材料的產(chǎn)品。就其本質(zhì)特征的數(shù)量來講，同本發(fā)明最為接近的生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維時(shí)的生產(chǎn)組合物為硅的氧化物(Si02)、鋁的氧化物(A1203)、鈦的氧化物(Ti02)、鐵的氧化物(Fe203mFeO)、f丐的氧化物(CaO)、鎂的氧化物(MgO)、錳的氧化物(MnO)的混合物，以及其他的添加劑(俄羅斯聯(lián)邦專利第02118300號(hào)，國際專利分類6C03B37/02，1998年)。原始組合物的混合元素見表1.表1<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>上述組合物的缺點(diǎn)在于用這些組合物生產(chǎn)出的連續(xù)纖維的強(qiáng)度不夠，因?yàn)榻M合物的結(jié)晶上限的最高點(diǎn)為1245—1290°C，這就影響了連續(xù)玄武巖纖維的穩(wěn)定成型過程。就其本質(zhì)特征的數(shù)量來講，同本發(fā)明最為接近的生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)方法包括粉碎組合物的熔爐裝爐作業(yè)、組合物的熔化、熔融體的均勻化、熔融體在熔爐供料器中的后續(xù)穩(wěn)定化處理、纖維拉絲、纖維浸油和巻線(俄羅斯聯(lián)邦專利第02118300號(hào)，國際專利分類6C03B37/02，1998年)。上述方法的缺點(diǎn)在于采用所述方法生產(chǎn)出的連續(xù)纖維的強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性不夠，因?yàn)榧庸だw維的溫度區(qū)間太窄。纖維加工溫度同結(jié)晶上限的平均差值為70—100。C，這將導(dǎo)致連續(xù)纖維的拉絲過程變得不穩(wěn)定，因?yàn)樵谠摐囟饶Ｊ较氯廴隗w會(huì)發(fā)生初期結(jié)晶，這將造成纖維線的斷頭。實(shí)踐證明，加工溫度應(yīng)當(dāng)不低于結(jié)晶上限溫度+110。C。本發(fā)明的基礎(chǔ)是這樣一個(gè)任務(wù)，即建立一系列方法，通過創(chuàng)造條件降低纖維表面的缺陷而獲得高強(qiáng)度的化學(xué)穩(wěn)定纖維。解決上述任務(wù)的連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)組合物包括硅的氧化物(Si02)、鋁的氧化物(A1203)、鈦的氧化物(Ti02)、鐵的氧化物(Fe203mFeO)、鈣的氧化物(CaO)、鎂的氧化物(MgO)、錳的氧化物(MnO)的混合物，以及其他的添加劑，而按照本發(fā)明，本組合物還包括以下附加組分，即鉀的氧化物(K20)、鈉的氧化物(Na20)、鋇的氧化物(BaO)，各組合物的比例如下(質(zhì)量百分比％):A120315.90-18.10Ti020.75-1.20Fe203+FeO7.51-9.53CaO6.41-8.95MgO2.50-6.40K201.60-2.72Na203.30-4.10P2050.23-0.50S030.02-0.154Ba00.05-0.19添加劑低于1.00Si02剩余百分?jǐn)?shù)解決上述任務(wù)的方法同眾所周知的生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)方法類似，它包括如下工序步驟即包括粉碎組合物的熔爐裝爐作業(yè)、組合物的熔化、熔融體的均勻化、熔融體在烙爐供料器中的后續(xù)穩(wěn)定化處理、纖維拉絲、纖維浸油和巻線，而按照本發(fā)明，在粉碎組合物進(jìn)行熔爐裝爐前應(yīng)當(dāng)將其在堿溶液中浸泡15—20分鐘，再用清水沖洗20—30分鐘，然后才進(jìn)行熔爐裝爐作業(yè)。該方法的特點(diǎn)在于，堿溶液使用濃度為(0.1_0.5)N的氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鉀(KOH)溶液。本發(fā)明的思路在于創(chuàng)造條件以獲得酸性值為pH5—7的熔融體，因?yàn)樵囼?yàn)證明，只有熔融體的酸度達(dá)到這個(gè)值的時(shí)候才能保證獲得化學(xué)成分單一的組分，即熔融體的酸性組分，它們能夠通堿組分相互反應(yīng)，從而保證獲得化學(xué)中性的熔融體。與此同時(shí)，化學(xué)中性的熔融體在其存儲(chǔ)過程中不會(huì)像在傳統(tǒng)巖石熔融體中一樣產(chǎn)生小氣泡，這將實(shí)質(zhì)性地減少纖維表面的缺陷數(shù)量，并使不降低纖維強(qiáng)度條件下減小纖維基礎(chǔ)直徑成為了可能。在傳統(tǒng)爐料中加入上述量的堿金屬氧化物促進(jìn)了熔融體化學(xué)中性組分的進(jìn)一步形成。當(dāng)K20的含量超過4.1%個(gè)質(zhì)量百分比且Na20的含量低于1.6%個(gè)質(zhì)量百分比時(shí)，就會(huì)破壞熔融體的酸度，這將導(dǎo)致熔融體中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并形成小氣泡。當(dāng)組合物中Ba和添加劑的含量為0.05—0.19%個(gè)質(zhì)量百分比時(shí)，熔融體的透熱性將增大，這將導(dǎo)致加工溫度區(qū)間增大，纖維加工條件將因此得到改善，纖維表面的缺陷就會(huì)減少，就會(huì)創(chuàng)造出產(chǎn)生密實(shí)表面的條件，該表面能阻止造成斷頭的負(fù)荷張力的出現(xiàn)。最終，表層組分將發(fā)生改變，大尺寸堿性離子將被小尺寸離子所取代，或者相反。為實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)纖維組分的離子替換過程，采用了添加劑中所列舉的氧化物。此外，還可以加別的添加劑，譬如，采用氧化鋅(ZnO)為添加劑，則可以形成含有氧化鋁(A1203)的耐酸性固體熔體。氧化磷及其他添加劑能夠提高耐酸性，譬如門德列耶夫化學(xué)元素周期表第III族和第V族的元素的氧化物。本發(fā)明的作者們用試驗(yàn)證明了纖維表面物質(zhì)的形成事實(shí)，這些物質(zhì)的結(jié)構(gòu)同沉淀物的結(jié)構(gòu)類似，而沉淀物是組合物進(jìn)行熔爐裝爐之前在使用堿性溶液對(duì)爐料進(jìn)行加工的過程中產(chǎn)生的。這種結(jié)構(gòu)大大提高了纖維的表面強(qiáng)度。作者們還通過試驗(yàn)找到了本組合物加工過程的工況參數(shù)，包括從熔爐裝爐到獲得連續(xù)玄武巖纖維職工過程的參數(shù)。譬如，當(dāng)組合物(爐料)在堿性溶液中浸泡的時(shí)間少于15分鐘時(shí)，本方法的效果基本上得不到體現(xiàn)；而如果將爐料在堿性溶液中浸泡20分鐘以上，則它在經(jīng)濟(jì)上則是完全不劃算的。用清水沖洗爐料的過程應(yīng)持續(xù)20—30分鐘，因?yàn)檫@段時(shí)間足以保證爐料上堿性物質(zhì)的去除，如果這些堿性物質(zhì)不去除，它們就會(huì)對(duì)熔爐壁產(chǎn)生腐蝕。本組合物的添加劑包括(質(zhì)量百分比％):Cr2030.010-0.0315CoA0.0005-0.0047Ni00.0079-0.0091Cu00.0065-0.0087Zn00.0083-0.0159Ga2030.0029-0.0051Rb200.0049-0.0095Sr00.0585-0.0923Zr020.0127-0.0173Nb2050.0011-0.0019VA0.029_0.043，氟的化合物0.06-0.11氯的化合物0.0270-0.0520上述添加劑的it同纖維表面結(jié)構(gòu)同沉淀物結(jié)構(gòu)的構(gòu)造物的數(shù)完全無關(guān)。氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鉀(KOH)溶液幾乎具有相同的化學(xué)特性，但是，爐料材料的結(jié)構(gòu)則不同，爐料中的部分元素更容易同氫氧化鈉(NaOH)發(fā)生反應(yīng)，而另一部分則較容易同氫氧化鉀(KOH)發(fā)生反應(yīng)，此時(shí)，溶液中氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鉀(KOH)的含量基本相等。氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鉀(KOH)的濃度為(0.1—0.5)N。使用更高濃度的溶液是不經(jīng)濟(jì)的。采用本發(fā)明可以獲得高強(qiáng)度的連續(xù)玄武巖纖維，同時(shí)，還可以提高連續(xù)纖維的耐熱性和耐酸性。本發(fā)明的方法為將上述組合物粉碎為粒度為1.0—5.0毫米的微粒并置入裝滿濃度為0.5N的氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鉀(KOH)溶液的容器中，容器溫度為+20。C_60°C。將粉碎組合物在該溶液中浸泡15-20分鐘并不斷攪拌，然后倒出溶液并用清水沖洗粉碎組合物以及經(jīng)堿溶液處理的爐料30分鐘，然后在爐料中通入空氣風(fēng)干爐料。將經(jīng)過堿溶液處理和風(fēng)干處理的爐料裝入溫度為1400-2000°C的熔爐。從爐料中可得到熔融體，將熔融體在熔爐中擱置一段時(shí)間以使其均勻化，然后將已經(jīng)均勻化處理的熔融體送入纖維成形區(qū)域，該區(qū)域是一個(gè)帶有拉線模的進(jìn)料器，其溫度高于熔融體的結(jié)晶溫度。從拉線模中出來的熔融體為滴狀，它會(huì)形成一個(gè)球體，隨著自身質(zhì)量的增加，球體將脫離拉線模并形成纖維，纖維的拉絲作業(yè)應(yīng)對(duì)立刻進(jìn)行并連續(xù)不斷。為避免纖維線絲的相互磨擦或相互粘結(jié)，應(yīng)當(dāng)用輥式浸油器械對(duì)纖維進(jìn)行浸油。連續(xù)纖維的成形過程應(yīng)對(duì)平穩(wěn)地進(jìn)行。按照?qǐng)D2所示，本組合物的結(jié)晶上限溫度(T結(jié)晶上限)同原型溫度相比要低，而纖維的加工溫度范圍則得到了延伸。此外，所獲得的連續(xù)纖維相對(duì)于鹽酸(HCl)的化學(xué)穩(wěn)定性的試驗(yàn)性檢査表明，它們比采用原型方法獲得的纖維更具有耐酸性。通過確定表面積為5000平方厘米的纖維在持續(xù)3小時(shí)的加熱狀態(tài)下的質(zhì)量損失可以確定連續(xù)纖維相對(duì)于酸溶液和堿溶液的化學(xué)穩(wěn)定性(表3)。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3環(huán)境采用本組合物原料生產(chǎn)的纖維的穩(wěn)定性，％采用原型組合物生產(chǎn)的纖維的穩(wěn)定性，％<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表3可以看出，采用本發(fā)明的組合物及方法生產(chǎn)出的連續(xù)纖維不但對(duì)酸溶液具有很高的穩(wěn)定性，而且相對(duì)于飽和氫氧化鈣溶液Ca(OH)2也具有很高的穩(wěn)定性，這就決定了此種纖維的廣泛用途，譬如，生產(chǎn)用于復(fù)合材料填料的滲碳強(qiáng)化過濾材料等在腐蝕性介質(zhì)中能保持穩(wěn)定的材料。參考文獻(xiàn)RU2018491C1，28.02.79SU649670A，03.03.79。權(quán)利要求1.一種生產(chǎn)連續(xù)的玄武巖纖維的組合物，該組合物包括硅的氧化物(SiO2)、鋁的氧化物(Al2O3)、鈦的氧化物(TiO2)、鐵的氧化物(Fe2O3иFeO)、鈣的氧化物(CaO)、鎂的氧化物(MgO)、錳的氧化物(MnO)的混合物，其特征在于所述組合物包含輔助添加劑氧化鉀(K2O)、氧化鈉(Na2O)、氧化鋇(BaO)，各組分的含量如下(質(zhì)量百分比％)Al2O315.90-18.10TiO20.75-1.20Fe2O3+FeO7.51-9.53CaO6.41-8.95MgO2.50-6.40K2O1.60-2.72Na2O3.30-4.10P2O50.23-0.50SO30.02-0.15MnO0.12-0.21BaO0.05-0.19添加劑低于1.00SiO2剩余質(zhì)量百分比。2.—種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的組合物生產(chǎn)連續(xù)的玄武巖纖維的方法，該方法包括粉碎組合物的熔爐裝爐作業(yè)、組合物的熔化、熔融體的均勻化、熔融體在熔爐供料器中的后續(xù)穩(wěn)定化處理、纖維拉絲、纖維浸油和巻線，其特征在于在粉碎組合物進(jìn)行熔爐裝爐前應(yīng)當(dāng)將其在堿溶液中浸泡15—20分鐘，再用清水沖洗20—30分鐘，然后才進(jìn)行熔爐裝爐作業(yè)。3.權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)連續(xù)的玄武巖纖維的方法，其中所述的堿溶液使用濃度為(0.1—0.5)N的氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鉀(KOH)溶液。全文摘要本發(fā)明屬于連續(xù)無機(jī)纖維的生產(chǎn)工藝，主要是指通過拉伸融化礦物的方法制得纖維。這種連續(xù)無機(jī)纖維可用于制造耐熱線、多股粗紗、采掘纖維、紡織品、合成材料以及在上述材料基礎(chǔ)上加工成的產(chǎn)品。本發(fā)明的玻璃的下述各組分的含量如下(質(zhì)量百分比％)Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，15.90-18.10；TiO<sub>2</sub>，0.75-1.20；Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，7.51-9.53；CaO，6.41-8.95；MgO，2.50-6.40；K<sub>2</sub>O，1.60-2.72；Na<sub>2</sub>O，3.30-4.10；P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>，0.23-0.50；SO<sub>3</sub>，0.02-0.15；MnO，0.12-0.21；BaO，0.05-0.19；添加劑，低于1.00；SiO<sub>2</sub>，剩余質(zhì)量百分比。生產(chǎn)方法包括粉碎組合物的熔爐裝爐作業(yè)、組合物的熔化、熔融體的均勻化、熔融體在熔爐供料器中的后續(xù)穩(wěn)定化處理、纖維拉絲、纖維浸油和卷線，而按照本發(fā)明，在粉碎組合物進(jìn)行熔爐裝爐前應(yīng)當(dāng)將其在堿溶液中浸泡15-20分鐘，再用清水沖洗20-30分鐘并風(fēng)干，在清洗和風(fēng)干之后才進(jìn)行熔爐裝爐作業(yè)。文檔編號(hào)C03B37/06GK101263090SQ200680028385公開日2008年9月10日申請(qǐng)日期2006年12月25日優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日發(fā)明者中野川直,亞歷山大·B·拜蘭得,維克托·F·凱伯,羅馬·V·凱伯申請(qǐng)人:維克托·F·凱伯;中野川直;亞歷山大·B·拜蘭得;羅馬·V·凱伯