RU2120423C1

RU2120423C1 - Method of manufacturing acid-resistant inorganic fibers from rocks

Info

Publication number: RU2120423C1
Application number: RU95117684A
Authority: RU
Inventors: Виктор Федорович КИБОЛ; Роман Викторович КИБОЛ
Original assignee: Виктор Федорович КИБОЛ; Роман Викторович КИБОЛ
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 1998-10-20

Abstract

FIELD: mineral fibers. SUBSTANCE: invention relates to technology of manufacturing mineral fibers from rock melts and, more specifically, manufacturing heat- and acid-resistant threads and fabrics from andesite rocks. Method, consisting in loading rock into melting zone, heating it to melting temperature, melting, homogenizing melt, and drawing fibers, is distinguished by using andesite as rock, conducting melting operation at temperature between 1705 and 2100 C, and drawing fibers at melt viscosity from 120 to 2750 Ps. EFFECT: continuous manufacture of andesite fiber less than 6 mcm in diameter is enabled on the account of stabilizing viscosity in the fiber-drawing operation. improved quality of product. 2 cl, 2 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к технологии получения кислотостойких неорганических волокон из расплава горных пород. The present invention relates to a technology for producing acid-resistant inorganic fibers from a melt of rocks.

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. In the CIS and abroad, the production of fibrous materials based on mineral, glass and other fibers is rapidly developing. However, increasing technical requirements for these materials, as well as a shortage of raw materials, are holding back growth in their production volumes.

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. Meeting the increasing needs for fibrous materials predetermines a sharp increase in their quality. In this regard, in the CIS, the industrial production of basalt fibers and materials based on them, where rocks - basalts, gabbro-diabases, porphyrites and others, are used as the starting single-component raw material.

Использование базальтовых волокон в качестве сырья дает возможность выпускать материалы, заменяющие асбест, металл, древесину и др. The use of basalt fibers as raw materials makes it possible to produce materials that replace asbestos, metal, wood, etc.

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).A known method of manufacturing fibers from a melt of rocks, in which the feedstock is heated to a melting point of 1200 - 1300 ^o C and create a melt with a viscosity of 100 PZ, from which continuous fibers are drawn (AS USSR N 461909, class 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).The disadvantage of the described method is that the resulting fibers have low heat resistance of 500 - 600 ^o C and a large diameter of elementary fibers (above 12 microns).

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. There is also a method of producing continuous fibers from rock melts - such as basalts. This method is described in the USSR magazine "Building materials and structures", 1986, Kiev, D.D. Dzhigiris, V.F. Kibol, I.P. Pervak, L. N. Bombir "Production of continuous basalt fiber", p. 11 - 12. According to this method, basalt is prepared and transported to the loading window of the melting furnace; get a homogenized melt in a bath melting furnace; give the melt the required temperature in the feeder; forming continuous fibers with the help of a fiber forming unit, consisting of jet and spinneret feeders by mechanical drawing; oiling a complex thread, winding a thread on a bobbin.

Недостатком описанного способа является то, что он позволяет получить комплексную нить, диаметр которой, как правило, превышает 11 мкм из-за относительно низкой скорости вытягивания. The disadvantage of the described method is that it allows you to get a complex thread, the diameter of which, as a rule, exceeds 11 microns due to the relatively low drawing speed.

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%.Closest to the claimed method is a method for producing inorganic fibers from rocks, including feeding the rock into the melting zone, heating it to the melting temperature, homogenizing the melt and drawing continuous fibers (Patent of the Russian Federation N 2018491). According to this method, the rock is heated to a temperature of 1500 - 1600 ^o C, and the fiber is pulled at a speed of 3500 - 4500 m / min from the melt with a viscosity of 110 - 500 Pz. The fibers obtained by this method at 3-hour boiling in a 2N HCl solution have an average stability of 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. The basis of the invention is the task of creating such a method for producing acid-resistant inorganic fibers from rocks, in which, by changing the process parameters, it would be possible to obtain fibers with improved physical and mechanical properties.

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.The problem is solved in that in the method for producing acid-resistant inorganic fibers from rocks, including feeding the rock into the melting zone, heating it to the melting temperature, melting, melt homogenization, drawing continuous fibers from the melt according to the invention, take andesite as a rock, melting is carried out at a temperature of 1705 - 2100 ^o C, and the stretching of the fibers at a melt viscosity of 120 - 2750 Pz.

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. The idea of the solution is to find the temperature at which the melt viscosity and tensile strength of the elementary fibers would be optimal — the fiber has a diameter and mechanical properties that are stable during drawing.

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.The authors found the temperature value as a result of experiments. An increase in the melt temperature of more than 2100 ^o C leads to breakage of the thread due to the low viscosity of the melt. Lowering the temperature below 1705 ^o C leads to breakage of the thread, because "non-melts" are formed that do not allow the formation of a thread. Therefore, the optimum temperature is the melt 1705 - 2100 ^o C.

Такая реализация предложенного способа получения волокна обеспечивает получение непрерывного волокна диаметром менее 6 мкм. При этом достигается повышение термостойкости и кислотостойкости непрерывных андезитовых волокон. This implementation of the proposed method for producing fiber provides continuous fiber with a diameter of less than 6 microns. This increases the heat resistance and acid resistance of continuous andesitic fibers.

Сущность изобретения станет более понятна из следующего конкретного примера его выполнения. The invention will become more apparent from the following specific example of its implementation.

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.The method according to the invention is as follows. Andesitic rock is fed into the melting zone of the melting furnace, where the rock is heated to the melting temperature, melted, while the melting temperature is maintained between 1705 and 2100 ^° C. and a melt is obtained. The obtained melt is kept for some time in order to homogenize it. And then the homogenized melt is fed into the fiber formation zone, which consists of a feeder with dies, in which a temperature is raised to increase the crystallization temperature of the obtained melt. The melt leaves the spinnerets in the form of droplets, forming bulbs from which the fibers are drawn. The stretching of the fibers is carried out at a melt viscosity of 120 Pz on a bobbin using a winding mechanism. As a result, continuous andesitic fibers are wound on it due to the rotation of the bobbin. To prevent mutual friction in a bundle of continuous fibers, their mutual bonding, as well as to protect the outer surface of the fibers from the external environment and their destruction during processing, the surface of the fibers is coated with a sizing. The bobbins with continuous andesitic fibers wound on them are removed from the bobbin holder and transferred for processing.

Андезитовые непрерывные волокна, полученные по предложенному способу, согласно изобретению, имеют средний диаметр элементарного волокна менее 6 мкм, они более кислотостойкие. Andesitic continuous fibers obtained by the proposed method according to the invention have an average diameter of elementary fiber of less than 6 microns, they are more acid resistant.

Химическую устойчивость непрерывных волокон к 2N раствору HCl определяли по потере массы с поверхности 5000 см² при трехчасовом кипячении (таблица 1).The chemical resistance of continuous fibers to a 2N HCl solution was determined by mass loss from the surface of 5000 cm ² at three-hour boiling (table 1).

Примеры осуществления способа приведены в таблице 2. Examples of the method are shown in table 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. Most successfully, the present invention can be used for the manufacture of high-temperature filters in the petrochemical and other industries; in particular in electronic - for the production of circuit boards; in composite materials, which should have high initial strength, resistance to aggressive environments, durability.

Claims

A method of producing acid-resistant inorganic fibers from rocks, including feeding the rock into the melting zone, heating it to a melting temperature, melting, melt homogenization and drawing continuous fibers, characterized in that andesite is taken as a rock, melting is carried out at a temperature of 1705-2100 ^o C , and fiber drawing - with a melt viscosity of 120-2750 Pz.