Вид РИД
Изобретение
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:
|
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.
|
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 на основе расплава базальтовых горных пород, включающее SiO, AlO, FeO, FeO, CaO, MgO, NaO, КО, отличающееся тем, что оно содержит указанные компоненты в следующих количествах, мас.%: при этом соотношение волокнообразующих основных окислов и оксидов железа находятся в пределах >2,5(SiO+AlO)/(FeO·FeO)>2,25.