一種多孔玄武巖纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及玄武巖纖維材料領(lǐng)域，具體涉及一種多孔玄武巖纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 玄武巖纖維是一種新出現(xiàn)的新型無機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料，是未來我國重點(diǎn) 發(fā)展的四大高性能纖維之一，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵和二氧化鈦等氧化 物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過紡絲工藝制備而成的。玄武巖連續(xù)纖維不僅穩(wěn)定 性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優(yōu)異性能，而且，玄武巖纖維的 生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢棄物少，對(duì)環(huán)境污染小，產(chǎn)品廢棄后可直接轉(zhuǎn)入生態(tài)環(huán)境中，無任何危 害，因而是一種名副其實(shí)的綠色、環(huán)保材料。玄武巖纖維已在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、摩擦材料、 造船材料、隔熱材料、汽車行業(yè)、高溫過濾織物以及防護(hù)領(lǐng)域等多個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng) 用。
[0003] 玄武巖纖維是非晶材料，剛性大、內(nèi)應(yīng)力大、熔點(diǎn)高，在彎折、拉伸時(shí)容易斷裂，所 以采用傳統(tǒng)的添加造孔劑制備多孔纖維的制備方法難以得到多孔結(jié)構(gòu)的玄武巖纖維，現(xiàn)今 制備的玄武巖纖維大部分都是實(shí)心纖維，纖維表面光滑，比表面積小、密度大，不利于玄武 巖纖維在輕量材料，載體材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0004] 中國專利公開號(hào)CN1884164公開了用于制造玄武巖長絲的方法，該方法是先將玄 武巖巖石磨碎，再進(jìn)行洗滌，然后熔化，最后用準(zhǔn)直的方式拉伸纖維，并將纖維卷繞從而得 到玄武巖纖維。該方法具有纖維直徑可控，玄武巖纖維耐熱性能更好，成本更低的優(yōu)點(diǎn)，但 由于是直接熔融拉絲，也沒有使用造孔劑等可能形成多孔結(jié)構(gòu)的原材料或工藝方法，通過 該方法得到的玄武巖纖維不可能具有多孔結(jié)構(gòu)，因而不能采用該方法制備得到多孔結(jié)構(gòu)的 玄武巖纖維。
[0005] 中國專利公開號(hào)CN102786220A公開了一種超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，該方 法是采用呈錐形的鉑金漏板進(jìn)行拉絲得到玄武巖纖維，該方法同樣是實(shí)心孔拉絲，也沒有 使用造孔劑等可能形成多孔結(jié)構(gòu)的原材料或工藝方法，通過該方法得到的玄武巖纖維不可 能具有多孔結(jié)構(gòu)，所以也不能采用該方法制備得到多孔結(jié)構(gòu)的玄武巖纖維。
[0006] 采用上述制備玄武巖纖維的方法制備得到的玄武巖纖維均為實(shí)心纖維，纖維表面 光滑，比表面積小、密度大，不利于玄武巖纖維在輕量材料，載體材料領(lǐng)域中的應(yīng)用，因而， 發(fā)明一種能制備得到具有多孔結(jié)構(gòu)的玄武巖纖維材料的方法對(duì)玄武巖纖維的推廣和應(yīng)用 具有重要價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)為了解決現(xiàn)有制備方法都不能得到具有多孔結(jié)構(gòu)的玄武巖纖維的缺陷，提出 了一種多孔玄武巖纖維的制備方法。
[0008] 該方法是一種將玄武巖礦石通過備料、熔融、混合、紡絲、冷卻、溶解工藝步驟制備 得到具有多孔結(jié)構(gòu)的玄武巖纖維的方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)不能制備得到的多孔玄武巖纖維 的缺陷，該制備方法具有生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)工藝簡單，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
[0009] 本發(fā)明一種多孔玄武巖纖維的制備方法，其具體制備步驟如下： 1) 將玄武巖礦石浸入水池中，進(jìn)行沖洗，除去表面可能附著的雜質(zhì)，然后取出晾干，將 晾干的玄武巖礦石與無機(jī)鹽用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎處理，粉碎后混合均勻，細(xì)度為2.0-4. Omm， 得到玄武巖與無機(jī)鹽的混合粉體； 2) 將步驟1)得到混合粉體加入到窯爐內(nèi)，升溫至1200-1500°C，使混合粉體完全熔融， 并持續(xù)攪拌，形成混合熔液； 3) 在步驟2)得到的熔液中加入納米無機(jī)增韌材料，將其與熔液混合均勻，得到紡絲熔 液； 4) 將步驟3)得到的紡絲熔液用帶孔的鉑銠合金拉絲漏板進(jìn)行拉絲，得到含有納米無機(jī) 增韌材料和無機(jī)鹽的玄武巖混合纖維； 5) 將步驟4)得到的混合纖維直接浸入到浸潤劑中，進(jìn)行快速冷卻，取出備用； 6) 將步驟5)冷卻的混合纖維浸入到蒸餾水中，同時(shí)用超聲波進(jìn)行震蕩處理30-60min， 反復(fù)浸泡5-8次后取出晾干得到多孔玄武巖纖維。
[0010] 上述一種多孔玄武巖纖維的制備方法中，步驟1)選擇的無機(jī)鹽具有易溶于水，高 熔點(diǎn)高沸點(diǎn)，與玄武巖高溫條件下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不易分解的特點(diǎn);所述的無機(jī)鹽為硫酸 鈉、硫酸鉀、氯化鉀、氯化鈉中的一種或多種。
[0011] 上述一種多孔玄武巖纖維的制備方法中，步驟1)中玄武巖礦石與無機(jī)鹽的混合的 質(zhì)量比為1:0.5-4;過少的無機(jī)鹽不能形成晶粒，無法得到孔洞，過多的無機(jī)鹽形成的晶粒 數(shù)量太多太大，破壞纖維的結(jié)構(gòu)，易斷裂，無法拉伸得到纖維。
[0012] 上述一種多孔玄武巖纖維的制備方法中，步驟3)所述的納米無機(jī)增韌材料的使用 量為熔液總質(zhì)量的2%_10%;納米無機(jī)增韌材料為納米無機(jī)顆粒和納米無機(jī)晶須的一種或多 種;納米無機(jī)顆粒為直徑< 50nm的二氧化娃、碳化娃、氮化娃化錯(cuò)納米顆粒;納米無機(jī)晶須 為長度< lOOnm、長徑比2 5的氮化鈦、碳化鋁、硅酸鈣的納米晶須。
[0013] 上述一種多孔玄武巖纖維的制備方法中，步驟4)中鉑銠合金拉絲漏板的孔直徑為 10-100um〇
[0014] 上述一種多孔玄武巖纖維的制備方法中，步驟5)所述的浸潤劑為水性聚氨酯浸潤 劑、水溶性環(huán)氧樹脂浸潤劑中的一種，浸潤溫度為0_50°C。
[0015] 納米無機(jī)增韌材料的加入，能提高玄武巖纖維的韌性:在拉伸時(shí)，納米無機(jī)增韌材 料在應(yīng)力的作用下形成有序結(jié)構(gòu)，降低玄武巖纖維的剛性;納米顆粒或晶須能分散玄武巖 纖維內(nèi)部應(yīng)力的受力方向，提高應(yīng)力承受上限。納米無機(jī)增韌材料還能作為成核劑，使無機(jī) 鹽結(jié)晶形成晶粒，并通過控制浸潤劑的溫度來控制冷卻的快慢，從而控制晶粒的生長時(shí)間， 得到不同直徑的晶粒，為玄武巖纖維的順利拉絲、孔洞的形成，孔洞大小的控制提供了保 證。
[0016] 上述一種多孔玄武巖纖維的制備方法中，步驟6)所述的蒸餾水溫度為40-100°C; 無機(jī)鹽在熱水中的溶解度和溶解速率更大，能更快更好的溶解無機(jī)鹽晶粒，形成孔洞。
[0017] 上述一種多孔玄武巖纖維的制備方法中，步驟6)采用超聲波震蕩，能夠使混合纖 維中的無機(jī)鹽晶粒松動(dòng)，形成縫隙并與水接觸，從而快速溶解，且不會(huì)破壞玄武巖纖維的完 整性，從而形成多孔結(jié)構(gòu)，具有速度快，效果好的特點(diǎn)；所述的超聲波震蕩中，功率為600 - 800W，頻率為40-80KHz。
[0018] 上述一種多孔玄武巖纖維的制備方法中，步驟6)所述的多孔玄武巖纖維直徑為 0 · 5-50μπι，孔隙率 10%-80%。
[0019] 本發(fā)明一種多孔玄武巖纖維的制備方法，將玄武巖礦石通過備料、熔融、混合、紡 絲、冷卻、溶解工藝步驟得到了具有多孔結(jié)構(gòu)的玄武巖纖維。先將玄武巖礦石和無機(jī)鹽進(jìn)行 混合加熱熔融，再加入納米無機(jī)增韌材料對(duì)混合熔液進(jìn)行增韌，通過紡絲得到含有無機(jī)鹽 晶粒的混合纖維，最后將混合纖維中的無機(jī)鹽晶粒在超聲波震蕩的輔助條件下溶解于蒸餾 水中而形成孔洞，從而形成多孔的玄武巖纖維。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)不能制備得到的多 孔玄武巖纖維的缺陷，制備得到了一種具有多孔結(jié)構(gòu)的玄武巖纖維材料，本發(fā)明方法具有 生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)工藝簡單，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
[0020] 本發(fā)明一種多孔玄武巖纖維的制備方法，其顯著的特點(diǎn)和有益效果在于： 1、本發(fā)明將玄武巖礦石通過備料、熔融、混合、紡絲、冷卻、溶解工藝步驟制備得到了具 有多孔結(jié)構(gòu)的玄武巖纖維。
[0021] 2、本發(fā)明使用納米無機(jī)增韌材料對(duì)玄武巖纖維進(jìn)行增韌，制備得到了多孔玄武巖 纖維。
[0022] 3、本發(fā)明使用的無機(jī)鹽具有可回收重復(fù)使用的特點(diǎn)，即經(jīng)濟(jì)，又環(huán)保。
[0023] 4、本發(fā)明生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)工藝簡單，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。 【附圖說明】：
圖1為本發(fā)明多孔玄武巖纖維的制備方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合試驗(yàn)例及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解 為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本 發(fā)明的范圍。
[0026] 實(shí)施例1 1) 將玄武巖礦石浸入水池中，進(jìn)行沖洗，除去表面可能附著的雜質(zhì)，然后取出晾干，將 晾干的玄武巖礦石與硫酸鈉用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎處理，其中玄武巖礦石與硫酸鈉的混合的質(zhì) 量比為1:0.5,粉碎后混合均勻，細(xì)度為2.0_，得到玄武巖與硫酸鈉的混合粉體； 2) 將步驟1)得到混合粉體加入到窯爐內(nèi)，升溫至1200°C，使混合粉體完全熔融，并持續(xù) 攪拌，形成混合熔液； 3 )在步驟2 )得到的熔液中加入熔液總質(zhì)量的2%粒徑為I Onm的碳化硅顆粒，將其與熔液 混合均勻，得到紡絲熔液； 4) 將步驟3)得到的紡絲熔液用孔直徑為ΙΟμπι的鉑銠合金拉絲漏板進(jìn)行拉絲，得到含有 納米碳化硅顆粒和硫酸鈉