本發(fā)明涉及高爐礦渣應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維-高爐礦渣棉及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳纖維作為一種新型無機(jī)材料，具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐酸、耐高溫、耐疲勞、抗輻射、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、減震、降噪等一系列優(yōu)良性能，是一種高性能、高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的增強(qiáng)纖維，在先進(jìn)復(fù)合材料中被廣泛使用。碳纖維的制備過程主要有制備紡絲原液、紡絲、預(yù)氧化、高溫碳化等幾個(gè)步驟，其中高溫碳化過程中的溫度上千度，還需要惰性氣體的保護(hù)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中設(shè)備造價(jià)和能耗極高，也是制約著碳纖維大量生產(chǎn)的因素。
礦渣棉纖維是以礦渣為原料，經(jīng)重熔、成纖制成的棉狀纖維，具有體積密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸聲性能好、不燃、耐熱、抗凍、耐腐蝕、不怕蟲蛀、價(jià)格低廉等特性，目前在建筑和工業(yè)等領(lǐng)域中被廣泛用做保溫、隔熱、吸聲、填充材料，附加值低，導(dǎo)致產(chǎn)能過剩，經(jīng)濟(jì)效益下滑嚴(yán)重，急需進(jìn)一步改善其性能，拓寬使用范圍。傳統(tǒng)生產(chǎn)礦渣棉的工序中多采用冷渣二次熔化技術(shù)，能耗極大，沒有將液態(tài)渣顯熱充分利用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在充分利用高爐礦渣的顯熱，并改善礦渣棉的綜合性能，提供一種碳纖維-高爐礦渣棉及其制備方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種碳纖維-高爐礦渣棉，該高爐礦渣棉中含有0.1-10%的碳纖維。
所述的一種高爐礦渣-碳纖維棉的制備方法，包括以下步驟：
（1）制備碳系纖維前體纖維預(yù)氧體：
將碳系纖維前體纖維浸入表面處理劑中改性處理5-10min后送入預(yù)氧化爐中，在150-300℃條件下預(yù)氧化處理20-35min，即得；
（2）高爐礦渣調(diào)質(zhì)：
將冶煉過程中產(chǎn)生的熔融礦渣直接引入調(diào)質(zhì)爐中，加入調(diào)質(zhì)劑，調(diào)質(zhì)處理30-50min；
（3）混料成纖：
將步驟（2）所得物料輸送入旋窯爐中，通入氮?dú)猓瑴囟瓤刂圃?00-800℃，達(dá)到設(shè)定溫度后從進(jìn)料口送入碳系纖維前體纖維預(yù)氧體，攪拌反應(yīng)10-15min后升溫至1100-1500℃，達(dá)到設(shè)定溫度后繼續(xù)攪拌反應(yīng)1-5min，隨后將熔料引入四輥離心機(jī)中拉絲，形成的纖維在鼓風(fēng)機(jī)和集棉引風(fēng)機(jī)作用下進(jìn)入沉降室，最后將收集到的礦棉經(jīng)壓縮成型、包裝入庫后即得。
所述的步驟（1）中的碳系纖維前體纖維為聚丙烯腈纖維。
所述的步驟（1）中的表面處理劑是由1-5%三乙醇胺、10-20%聚醚改性硅油、余量的水配制而成。
所述的步驟（2）中的調(diào)質(zhì)劑為鋁灰、鐵尾礦按照1:5的重量份配制而成。
所述的碳系纖維前體纖維預(yù)氧體與熔融礦渣的重量比為1:5-10。
本發(fā)明利用熔融高爐礦渣作為生產(chǎn)碳纖維的熱介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了高爐礦渣顯熱的有效利用，降低了碳纖維的生產(chǎn)成本，在制備過程中為了提高碳纖維的產(chǎn)率，利用表面處理劑對(duì)前體纖維進(jìn)行預(yù)處理后再預(yù)氧化，對(duì)前體纖維形成有效的保護(hù)，同時(shí)為了提高纖維的碳化率，利用調(diào)質(zhì)劑對(duì)熔融礦渣進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后，在氮?dú)夥諊聦?duì)前體纖維預(yù)氧體進(jìn)行低溫碳化處理，最后再升溫進(jìn)行高溫碳化處理，獲得了具有較高產(chǎn)率的碳纖維，其與礦渣混合成纖制成的纖維棉在力學(xué)性能比傳統(tǒng)的礦渣纖維棉更強(qiáng)，在電、磁、熱等方面也有獨(dú)特的性能，應(yīng)用范圍更為廣闊，實(shí)現(xiàn)了礦渣棉的高值化應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種碳纖維高爐礦渣棉，該高爐礦渣棉中含有0.1%的碳纖維。
該高爐礦渣碳纖維棉的制備方法包括以下步驟：
（1）制備碳系纖維前體纖維預(yù)氧體：
將聚丙烯腈纖維浸入表面處理劑中改性處理5min后送入預(yù)氧化爐中，在150℃條件下預(yù)氧化處理20min，即得；
（2）高爐礦渣調(diào)質(zhì)：
將冶煉過程中產(chǎn)生的熔融礦渣直接引入調(diào)質(zhì)爐中，加入調(diào)質(zhì)劑，調(diào)質(zhì)處理30min；
（3）混料成纖：
將步驟（2）所得物料輸送入旋窯爐中，通入氮?dú)猓瑴囟瓤刂圃?00℃，達(dá)到設(shè)定溫度后從進(jìn)料口送入聚丙烯腈纖維預(yù)氧體，攪拌反應(yīng)15min后升溫至1100℃，達(dá)到設(shè)定溫度后繼續(xù)攪拌反應(yīng)1min，隨后將熔料引入四輥離心機(jī)中拉絲，形成的纖維在鼓風(fēng)機(jī)和集棉引風(fēng)機(jī)作用下進(jìn)入沉降室，最后將收集到的礦棉經(jīng)壓縮成型、包裝入庫后即得。
其中步驟（1）中的表面處理劑是由1%三乙醇胺、10%聚醚改性硅油、余量的水配制而成。
其中步驟（2）中的調(diào)質(zhì)劑為鋁灰、鐵尾礦按照1:5的重量份配制而成。
原料中聚丙烯腈纖維預(yù)氧體與熔融礦渣的重量比為1:10。
實(shí)施例2
一種碳纖維高爐礦渣棉，該高爐礦渣棉中含有10%的碳纖維。
該高爐礦渣碳纖維棉的制備方法包括以下步驟：
（1）制備碳系纖維前體纖維預(yù)氧體：
將聚丙烯腈纖維浸入表面處理劑中改性處理10min后送入預(yù)氧化爐中，在150℃條件下預(yù)氧化處理20min，即得；
（2）高爐礦渣調(diào)質(zhì)：
將冶煉過程中產(chǎn)生的熔融礦渣直接引入調(diào)質(zhì)爐中，加入調(diào)質(zhì)劑，調(diào)質(zhì)處理30min；
（3）混料成纖：
將步驟（2）所得物料輸送入旋窯爐中，通入氮?dú)?，溫度控制?00℃，達(dá)到設(shè)定溫度后從進(jìn)料口送入聚丙烯腈纖維預(yù)氧體，攪拌反應(yīng)10min后升溫至1500℃，達(dá)到設(shè)定溫度后繼續(xù)攪拌反應(yīng)1min，隨后將熔料引入四輥離心機(jī)中拉絲，形成的纖維在鼓風(fēng)機(jī)和集棉引風(fēng)機(jī)作用下進(jìn)入沉降室，最后將收集到的礦棉經(jīng)壓縮成型、包裝入庫后即得。
其中步驟（1）中的表面處理劑是由1%三乙醇胺、10%聚醚改性硅油、余量的水配制而成。
其中步驟（2）中的調(diào)質(zhì)劑為鋁灰、鐵尾礦按照1:5的重量份配制而成。
原料中聚丙烯腈纖維預(yù)氧體與熔融礦渣的重量比為1:5。