本發(fā)明涉及高爐礦渣應用技術領域，具體涉及一種碳纖維-高爐礦渣棉及其制備方法。
背景技術：
碳纖維作為一種新型無機材料，具有高比強度、高比模量、耐酸、耐高溫、耐疲勞、抗輻射、導電、導熱、減震、降噪等一系列優(yōu)良性能，是一種高性能、高經濟價值的增強纖維，在先進復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、預氧化、高溫碳化等幾個步驟，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，在實際生產過程中設備造價和能耗極高，也是制約著碳纖維大量生產的因素。
礦渣棉纖維是以礦渣為原料，經重熔、成纖制成的棉狀纖維，具有體積密度小、導熱系數低、吸聲性能好、不燃、耐熱、抗凍、耐腐蝕、不怕蟲蛀、價格低廉等特性，目前在建筑和工業(yè)等領域中被廣泛用做保溫、隔熱、吸聲、填充材料，附加值低，導致產能過剩，經濟效益下滑嚴重，急需進一步改善其性能，拓寬使用范圍。傳統(tǒng)生產礦渣棉的工序中多采用冷渣二次熔化技術，能耗極大，沒有將液態(tài)渣顯熱充分利用。
技術實現(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)明是通過以下技術方案實現(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后送入預氧化爐中，在150-300℃條件下預氧化處理20-35min，即得；
（2）高爐礦渣調質：
將冶煉過程中產生的熔融礦渣直接引入調質爐中，加入調質劑，調質處理30-50min；
（3）混料成纖：
將步驟（2）所得物料輸送入旋窯爐中，通入氮氣，溫度控制在500-800℃，達到設定溫度后從進料口送入碳系纖維前體纖維預氧體，攪拌反應10-15min后升溫至1100-1500℃，達到設定溫度后繼續(xù)攪拌反應1-5min，隨后將熔料引入四輥離心機中拉絲，形成的纖維在鼓風機和集棉引風機作用下進入沉降室，最后將收集到的礦棉經壓縮成型、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）中的調質劑為鋁灰、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碳纖維的熱介質，實現(xiàn)了高爐礦渣顯熱的有效利用，降低了碳纖維的生產成本，在制備過程中為了提高碳纖維的產率，利用表面處理劑對前體纖維進行預處理后再預氧化，對前體纖維形成有效的保護，同時為了提高纖維的碳化率，利用調質劑對熔融礦渣進行調質處理后，在氮氣氛圍下對前體纖維預氧體進行低溫碳化處理，最后再升溫進行高溫碳化處理，獲得了具有較高產率的碳纖維，其與礦渣混合成纖制成的纖維棉在力學性能比傳統(tǒng)的礦渣纖維棉更強，在電、磁、熱等方面也有獨特的性能，應用范圍更為廣闊，實現(xiàn)了礦渣棉的高值化應用。
具體實施方式
實施例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后送入預氧化爐中，在150℃條件下預氧化處理20min，即得；
（2）高爐礦渣調質：
將冶煉過程中產生的熔融礦渣直接引入調質爐中，加入調質劑，調質處理30min；
（3）混料成纖：
將步驟（2）所得物料輸送入旋窯爐中，通入氮氣，溫度控制在500℃，達到設定溫度后從進料口送入聚丙烯腈纖維預氧體，攪拌反應15min后升溫至1100℃，達到設定溫度后繼續(xù)攪拌反應1min，隨后將熔料引入四輥離心機中拉絲，形成的纖維在鼓風機和集棉引風機作用下進入沉降室，最后將收集到的礦棉經壓縮成型、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）中的調質劑為鋁灰、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氧體與熔融礦渣的重量比為1:10。
實施例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后送入預氧化爐中，在150℃條件下預氧化處理20min，即得；
（2）高爐礦渣調質：
將冶煉過程中產生的熔融礦渣直接引入調質爐中，加入調質劑，調質處理30min；
（3）混料成纖：
將步驟（2）所得物料輸送入旋窯爐中，通入氮氣，溫度控制在500℃，達到設定溫度后從進料口送入聚丙烯腈纖維預氧體，攪拌反應10min后升溫至1500℃，達到設定溫度后繼續(xù)攪拌反應1min，隨后將熔料引入四輥離心機中拉絲，形成的纖維在鼓風機和集棉引風機作用下進入沉降室，最后將收集到的礦棉經壓縮成型、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）中的調質劑為鋁灰、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氧體與熔融礦渣的重量比為1:5。