專(zhuān)利名稱(chēng)：一種納米級(jí)玻璃纖維棉及其制造工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃纖維棉，特別是涉及一種納米級(jí)玻璃纖維棉，本發(fā)明還涉及其制造工藝和制造裝置。
背景技術(shù)：
隨著科技水平的提高，工業(yè)、軍事、醫(yī)藥、電子電器都對(duì)纖維材料性能提出更高要求，由于纖維直徑是影響材料性能的重要因素，開(kāi)發(fā)納米級(jí)纖維具有很大實(shí)用意義。
現(xiàn)有的無(wú)機(jī)纖維、有機(jī)纖維、金屬纖維，直徑均在幾個(gè)微米到幾千微米，只有石棉纖維能達(dá)到納米級(jí)，但是，石棉又是可疑致癌物質(zhì)，歐共體、美國(guó)、日本均已禁止使用含石棉制品，我國(guó)也已限制使用并很快將禁止使用。同時(shí)，石棉纖維是一種晶體纖維，有沿著縱向晶面解裂的特點(diǎn)，它的解裂是無(wú)序的。第三，石棉材料只能在尺寸上達(dá)到納米級(jí)，但這種纖維并不具備納米材料的特征。因此，迫切需要尋找一種能實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的納米級(jí)纖維。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的具有納米材料特征的納米級(jí)玻璃纖維棉。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述納米級(jí)玻璃纖維棉的制造工藝。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是提供制造上述納米級(jí)玻璃纖維棉的裝置。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下列措施實(shí)現(xiàn)的一種納米級(jí)玻璃纖維棉，其配方包含下列重量百分比的原料SiO240-70％，CaO 2-20％，Na2O+K2O 5-25％，Li2O 3-15％，TiO25-20％，Al2O30-10％，MgO 0-10％，F(xiàn)e2O30-0.5％。
所述的納米級(jí)玻璃纖維棉的制造工藝，包含下列步驟a.按配方取原料常規(guī)工藝制成玻璃塊料或球，然后將玻璃塊料或球清洗后送入熔爐加溫至1200-1400℃熔化；b.將熔化的玻璃液拉絲引至噴射燃燒室噴出的火焰中；
c.在1400℃以上高溫下，利用從燃燒室噴口噴出的火焰將玻璃絲制成80-100nm的納米級(jí)玻璃纖維棉；d.收集納米級(jí)玻璃纖維棉。
所述的納米級(jí)玻璃纖維棉的制造工藝，其中拉絲時(shí)漏板用鉑銠合金或鎳鉻合金制造，漏嘴孔徑為1.5-3.0mm，拉絲纖維直徑控制在50-200μm，拉絲速度為2.5-3m/min。
所述的納米級(jí)玻璃纖維棉的制造工藝，其中燃燒室噴口寬度6.0-10mm，噴吹氣流速度500-800m/s。
所述的納米級(jí)玻璃纖維棉的制造工藝，其中噴射介質(zhì)可以是天然氣、焦油煤氣、重油裂解氣、油田伴生氣、石油液化氣。
所述的納米級(jí)玻璃纖維棉制備工藝的裝置，它是由熔爐、拉絲裝置、噴射燃燒裝置、收集裝置構(gòu)成。
所述的制備納米級(jí)玻璃纖維棉的裝置，其中拉絲裝置由漏板、膠棍構(gòu)成。
所述的制備納米級(jí)玻璃纖維棉的裝置，其中噴射燃燒裝置由混合器和燃燒室構(gòu)成。
所述的制備納米級(jí)玻璃纖維棉的裝置，其中混合器包括引射噴嘴、混合三通、混合管、擴(kuò)散管；燃燒室包括穩(wěn)焰器、耐火材料內(nèi)襯、金屬外殼、燃燒室噴嘴。
所述的制備納米級(jí)玻璃纖維棉的裝置，其中穩(wěn)焰器為帶有若干孔徑為2-4mm的細(xì)孔/細(xì)管的耐火材孔板磚或2-4mm水冷金屬縫隙的火焰穩(wěn)定器。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用火焰噴吹法、鈉鋰鈦硅酸鹽系統(tǒng)生產(chǎn)納米級(jí)玻璃纖維棉，所制備的納米級(jí)玻璃纖維棉直徑可控制在80-100nm之間，并具有納米材料的特征。所得到的納米級(jí)玻璃纖維棉在過(guò)濾、增強(qiáng)、抗菌、絕熱等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，在制造增強(qiáng)材料、摩擦材料、膠粘材料和阻燃材料方面可發(fā)揮重要作用1、用于制備絕熱吸音材料納米材料對(duì)波長(zhǎng)從紫外一直擴(kuò)展到5μm的紅外都有反射功能，且體密度相同時(shí)纖維直徑越細(xì)其對(duì)熱輻射的阻隔作用越大，因此納米級(jí)玻璃纖維棉可用于制備高效的絕熱材料；另外本發(fā)明納米級(jí)玻璃纖維棉在500-4000Hz內(nèi)的吸音系數(shù)高達(dá)0.9以上，也是優(yōu)質(zhì)吸音材料。
2、用于制備抗老化材料納米TiO2、SiO2等對(duì)紫外線(xiàn)有很強(qiáng)的吸收和散射作用，將超細(xì)粉體與纖維材料共混結(jié)合可增強(qiáng)纖維對(duì)紫外線(xiàn)的反射和散射，自身由TiO2、SiO2構(gòu)成的納米纖維也具有屏蔽(TiO2作用)散射(SiO2作用)紫外線(xiàn)的功能，故納米級(jí)玻璃纖維棉可作為抗材料老化的紫外線(xiàn)屏蔽劑。
3、用于制備優(yōu)良纖維增強(qiáng)材料在纖維增強(qiáng)塑料中，由于纖維存在會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)，可引起周?chē)鷺?shù)脂的微開(kāi)裂。本發(fā)明納米級(jí)玻璃纖維棉與樹(shù)脂的界面效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般玻璃纖維和碳纖維與樹(shù)脂的作用，產(chǎn)生微裂紋與彈性變形相應(yīng)增加，可將更多的沖擊能轉(zhuǎn)化為熱量吸收，從而沖擊強(qiáng)度明顯提高，韌性明顯增強(qiáng)。
4、用于制備優(yōu)質(zhì)過(guò)濾材料由于納米級(jí)玻璃纖維棉表面光滑、直徑細(xì)、不粘蛋白、耐腐蝕，可作為優(yōu)質(zhì)的氣體、液體過(guò)濾材料，而且由于有TiO2的存在，還具有抗菌作用。
5、用于制造吸濕性材料由于納米玻璃纖維的比表面積巨大，能夠幫助吸濕性聚合物提高毛細(xì)吸收能力，可制成能貯存大量液體而厚度很薄的材料，如一次性尿布、婦女衛(wèi)生巾、三角褲等。
本發(fā)明提供的納米級(jí)玻璃纖維棉制造工藝具有方法簡(jiǎn)單、成本低廉、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明提供的制備納米級(jí)玻璃纖維棉的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效果好、產(chǎn)量高。


圖1是火焰噴吹法單臺(tái)式生產(chǎn)納米級(jí)玻璃纖維棉裝置示意圖。
圖2是火焰噴吹法單臺(tái)式生產(chǎn)納米級(jí)玻璃纖維棉裝置燃燒室示意圖。
圖3是實(shí)施例2制備納米級(jí)玻璃纖維棉的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
制備工藝中采用的裝置是火焰噴吹法單臺(tái)式生產(chǎn)納米級(jí)玻璃纖維棉裝置，由熔爐1-1、漏板1-2、膠棍1-4、噴射燃燒室1-5、集棉室1-7、網(wǎng)帶1-8組成，其中噴射燃燒室由混合器及燃燒室兩部分構(gòu)成，是制備納米級(jí)玻璃纖維棉的關(guān)鍵裝置，混合器由引射噴嘴2-1、混合三通2-2、混合管2-3、擴(kuò)散管2-4組成，用于將可燃性氣體與空氣混合；燃燒室由多個(gè)(根據(jù)設(shè)備規(guī)?？稍?0-100個(gè)范圍內(nèi)選擇)分布均勻的孔徑為2-4mm的細(xì)孔的穩(wěn)焰器(也可以采用2-4mm水冷金屬縫隙的火焰穩(wěn)定器)2-5、耐火材料內(nèi)襯2-6、金屬外殼2-7、燃燒室噴嘴2-8組成。該裝置可制備80-100nm范圍內(nèi)的納米級(jí)玻璃纖維棉。
制造納米級(jí)玻璃纖維棉時(shí)，將原料在熔爐1-1中加熱溶化，經(jīng)漏板1-2的漏孔流出，通過(guò)膠棍1-4牽引至噴射燃燒室1-5噴出的火焰中，噴射介質(zhì)通過(guò)引射噴嘴2-1與混合三通2-2中的氣體經(jīng)混合管2-3混合，經(jīng)過(guò)擴(kuò)散管2-4從穩(wěn)焰器2-5的細(xì)孔到達(dá)燃燒室進(jìn)行燃燒并從燃燒室噴嘴2-8噴出，將玻璃絲制成納米級(jí)玻璃纖維棉并噴到集棉室1-7，通過(guò)網(wǎng)帶1-8收集。
實(shí)施例1配方SiO2600g，CaO 50g，Na2O 110g，K2O 10g，Li2O 60g，TiO2150g，Al2O330g，MgO 20g。
制造工藝(結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖)按配方取原料清洗后投入熔爐1-1加溫至1400℃熔化，熔化的玻璃液經(jīng)鉑銠合金漏板1-2的漏孔流出，漏嘴孔徑為φ1.8mm，拉絲速度為2.5m/min，拉成纖維絲1-3，拉絲纖維絲直徑控制在120μm，在膠棍1-4牽引下送到噴射燃燒室1-5噴出的火焰中，采用天然氣作噴射介質(zhì)，在1500℃以上高溫及噴吹氣流速度600m/s下，利用從6.0mm寬的燃燒室噴口噴出的高速氣流將玻璃絲制成納米級(jí)玻璃纖維棉1-6，納米級(jí)玻璃纖維棉進(jìn)入集棉室1-7沉積到網(wǎng)帶1-8上，收集納米級(jí)玻璃纖維棉即可，纖維平均直徑達(dá)90nm。
實(shí)施例2配方SiO2600g，CaO 50g，Na2O 110g，K2O 10g，Li2O 60g，TiO2150g，Al2O330g，MgO20g。
制造工藝(結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖)按配方取原料清洗后送入熔爐1-1加溫1400℃熔化，熔化的玻璃液經(jīng)鎳鉻合金漏板1-2的漏孔流出，漏嘴孔徑為2.8mm，拉絲速度為2.5m/min，拉成纖維絲1-3，拉絲纖維絲直徑控制在150μm，在膠棍1-4牽引下送到噴射燃燒室1-5噴出的火焰中，采用天然氣作噴射介質(zhì)，在1500℃高溫及噴吹氣流速度600m/s下，利用從6.0mm寬的燃燒室噴口噴出的高速氣流將玻璃絲制成納米級(jí)玻璃纖維棉1-6，納米級(jí)玻璃纖維棉進(jìn)入集棉室1-7沉積到網(wǎng)帶1-8上，收集納米級(jí)玻璃纖維棉即可，纖維平均直徑達(dá)100nm。
實(shí)施例3配方SiO2600g，CaO 50g，Na2O 110g，K2O 10g，Li2O 60g，TiO2150g，MgO 20g。
制造工藝(結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖)按配方取原料清洗混合后送入熔爐1-1加溫至1400℃熔化，熔化的玻璃液經(jīng)鉑銠合金漏板1-2的漏孔流出，漏嘴孔徑為1.9mm，拉絲速度為2.8m/min，拉成纖維絲1-3，拉絲纖維絲直徑控制在150μm，在膠棍1-4牽引下送到噴射燃燒室1-5噴出的火焰中，采用石油液化氣作噴射介質(zhì)，在1500℃以上高溫及噴吹氣流速度650m/s下，利用從8.0mm寬的燃燒室噴口噴出的高速氣流將玻璃絲制成納米級(jí)玻璃纖維棉1-6，納米級(jí)玻璃纖維棉進(jìn)入集棉室1-7沉積到網(wǎng)帶1-8上，收集納米級(jí)玻璃纖維棉即可，纖維平均直徑達(dá)80nm。
實(shí)施例4配方SiO2600g，CaO 50g，Na2O 110g，K2O 10g，B2O360g，TiO2150g，Al2O330g，MgO 20g。
制造工藝(結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖)按配方取原料清洗后送入溶爐1-1加溫至1400℃熔化，熔化的玻璃液經(jīng)鉑銠合金漏板1-2的漏孔流出，漏嘴孔徑為2.2mm，拉絲速度為3.5m/min，拉成纖維絲1-3，拉絲纖維絲直徑控制在150μm，在膠棍1-4牽引下送到噴射燃燒室1-5噴出的火焰中，采用天然氣作噴射介質(zhì)，在1500℃高溫及噴吹氣流速度700m/s下，利用從8.0mm寬的燃燒室噴口噴出的高速氣流將玻璃絲制成納米級(jí)玻璃纖維棉1-6，納米級(jí)玻璃纖維棉進(jìn)入集棉室1-7沉積到網(wǎng)帶1-8上，收集納米級(jí)玻璃纖維棉即可，纖維平均直徑達(dá)80nm。
權(quán)利要求
1.一種納米級(jí)玻璃纖維棉，其特征是配方包含下列重量百分比的原料SiO240-70％，CaO 2-20％，Na2O+K2O 5-25％，Li2O 3-15％，TiO25-20％，Al2O30-10％，MgO 0-10％，F(xiàn)e2O30-0.5％。
2.如權(quán)利要求1所述的納米級(jí)玻璃纖維棉的制造工藝，其特征在于包含下列步驟a.按配方取原料常規(guī)工藝制成玻璃塊料或球，然后將玻璃塊料或球清洗后送入熔爐加溫至1200-1400℃熔化；b.將熔化的玻璃液拉絲引至噴射燃燒室噴出的火焰中；c.在1400℃以上高溫下，利用從燃燒室噴口噴出的火焰將玻璃絲制成80-100nm的納米級(jí)玻璃纖維棉；d.收集納米級(jí)玻璃纖維棉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米級(jí)玻璃纖維棉的制造工藝，其特征在于拉絲時(shí)漏板用鉑銠合金或鎳鉻合金制造，漏嘴孔徑為1.5-3.0mm，拉絲纖維直徑控制在50-200μm，拉絲速度為2.5-3m/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米級(jí)玻璃纖維棉的制造工藝，其特征在于燃燒室噴口寬度6.0-10mm，噴吹氣流速度500-800m/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米級(jí)玻璃纖維棉的制造工藝，其特征在于噴射介質(zhì)可以是天然氣、焦油煤氣、重油裂解氣、油田伴生氣、石油液化氣。
6.如權(quán)利要求2-5所述的任一納米級(jí)玻璃纖維棉制備工藝的裝置，其特征在于它是由熔爐、拉絲裝置、燃燒噴射裝置、收集裝置構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備納米級(jí)玻璃纖維棉的裝置，其特征在于拉絲裝置由漏板、膠棍構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備納米級(jí)玻璃纖維棉的裝置，其特征在于燃燒噴射裝置由混合器和燃燒室構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備納米級(jí)玻璃纖維棉的裝置，其特征在于混合器包括引射噴嘴、混合三通、混合管、擴(kuò)散管；燃燒室包括穩(wěn)焰器、耐火材料內(nèi)襯、金屬外殼、燃燒室噴嘴。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備納米級(jí)玻璃纖維棉的裝置，其特征在于穩(wěn)焰器為帶有若干孔徑為2-4mm的細(xì)孔/細(xì)管的耐火材料孔板磚或2-4mm水冷金屬縫隙火焰穩(wěn)定器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種納米級(jí)玻璃纖維棉及其制造工藝和裝置。所述的納米級(jí)玻璃纖維棉配方包含SiO
文檔編號(hào)C03C3/076GK1623945SQ20041006566
公開(kāi)日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者鄒寧宇, 沈善燮, 戴春勇, 顧云龍 申請(qǐng)人:河海大學(xué)