專利名稱：合成硅灰石纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石棉替代材料，特別是一種含硅灰石成分的合成硅灰石纖維。
背景技術(shù)：
石棉纖維對人體有害，許多國家已經(jīng)禁止使用，現(xiàn)已用天然硅灰石部分替代，但是，由于天然硅灰石的纖維短，限制了它在某些方面的應(yīng)用，因而不能完全取代石棉。如中國專利ZL01211905.9中提供了一種制造針狀硅灰石粉的設(shè)備，雖然可以將天然硅灰石加工成具有一定限度長徑比的硅灰石粉，但這種僅靠物理粉碎的方法加工成的硅灰石粉，它有限的長徑比限制了它在某些方面的應(yīng)用；中國專利87108257公開了一種硅灰石熔制玻璃纖維制備方法，是將硅灰石和氧化鎂、氧化鋁等物質(zhì)混合熔融，制成玻璃纖維，由于這種纖維只考慮了它的耐堿性，它的熱導(dǎo)性差、抗拉強(qiáng)度低，不能滿足代替石棉用于保溫、耐火和剎車片材料等方面的要求，因此這種纖維也只限用于水泥中，作為補(bǔ)強(qiáng)材料來增加水泥的強(qiáng)度；同時存在著造價(jià)高、適用范圍小的缺點(diǎn)。中國專利89102037.3抗堿玻璃纖維新組成，它同樣存在著上述專利的缺點(diǎn)。因此，尋找和生產(chǎn)對人體無害、具有較好抗拉強(qiáng)度和較高熱導(dǎo)率的長纖維礦物來完全取代石棉纖維，已經(jīng)迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過將熔融的硅灰石或熔融的含硅質(zhì)原料與石灰石吹拉成符合石棉用途要求指標(biāo)的硅灰石長纖維，達(dá)到完全取代石棉的目的。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種合成的硅灰石纖維，纖維中含有95-99重量％的化學(xué)組成為(CaO)1.0-2.0(SiO2)1.5-2.5的硅酸鈣，硅灰石纖維中各組分以氧化物計(jì)(wt％)為CaO 25.8～54.9SiO242.3～72.1氧化物雜質(zhì) 1.0～5.0其中氧化物雜質(zhì)為Fe2O3、MgO、B2O3、Na2O和Al2O3中的至少一種；硅灰石纖維的性能指標(biāo)如下纖維直徑2～15微米；纖維長度10～150毫米；表觀密度0.06～0.14g/cm3；抗拉強(qiáng)度25×102MPa～35×102MPa；300℃下熱導(dǎo)率13～14W/m·K。
這種硅灰石纖維的方法，是以天然硅灰石和助熔劑為原料，或以含硅物質(zhì)、石灰石和助熔劑為原料，并包括以下步驟5)將原料粉碎成顆粒；6)將顆粒投入到池窯或電弧爐或電阻爐中熔化；7)在熔融出口處，利用2-8個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣噴吹熔體成絲或用甩絲機(jī)通過離心作用成絲；8)成絲得到的纖維進(jìn)入收集器即得硅灰石纖維成品；其中原料中助熔劑的重量比例為1～5％，助熔劑選自CaF2、B2O3和Na2O中的至少一種，含硅物質(zhì)選自石英石、石英沙、長石、高嶺土和硅藻土中的至少一種，例如可以是石英沙、、石英石、石英沙和高嶺土混合物、石英沙和硅藻土的混合物、石英石和長石混合物、石英石和硅藻土混合物；也可以是石英石、長石和硅藻土混合物，或者是石英沙、硅藻土和高嶺土混合物。熔化時的熔化溫度為1300～1800℃，并且顆粒投入到池窯中時，原料被粉碎至0.5毫米以下，被投入到電弧爐或電阻爐中時，被粉碎至10毫米以下。
在上述硅灰石纖維的制法中，加熱爐可以是以天然氣、煤氣或者重油為燃料的池窯；也可以是以電為加熱能源的電阻爐、電頻爐或者電弧爐。當(dāng)以池窯制備硅灰石纖維時，控制池窯的高徑比為1-3；加料方式為一次填滿池窯，加熱熔融后，然后流出成絲。以電阻爐、電頻爐或者電弧爐制備硅灰石纖維時，控制電爐的高徑比為3-6；加料方式為先填滿爐窯的三分之一，加熱熔融，然后隨著熔融物料流出成絲后，逐漸添加，可以進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)；也可以一次填滿爐窯，加熱熔融后，然后流出成絲。當(dāng)用石灰石為原料時，應(yīng)當(dāng)先快速加熱到800℃后，然后緩緩加熱到需要的溫度熔融，以防止二氧化碳逸出時可能造成的物料噴出。含硅原料的配比對產(chǎn)品的性能影響不大，在制備特定組成的產(chǎn)品時，先分析計(jì)算各種含硅原料中各組分的含量，結(jié)合產(chǎn)品中各組分含量的要求，確定含硅原料的用量。
本發(fā)明硅灰石纖維的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，都達(dá)到或者優(yōu)于石棉纖維的指標(biāo)，與其它石棉替代產(chǎn)品如巖棉相比較，抗拉強(qiáng)度和熱傳導(dǎo)率高，可用于石棉纖維所能涉及的一切應(yīng)用領(lǐng)域，而且效果更好，可以滿足完全替代石棉纖維的需要，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有推廣價(jià)值。
以下用實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
具體實(shí)施例方式
對于本發(fā)明的組成以氧化物的形式表示為(重量百分比)CaO25.8～54.9，SiO242.3～72.1，雜質(zhì)氧化物1.0～5.0的硅灰石纖維，可以用不同的原材料和不同的生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)。
實(shí)施例1用池窯生產(chǎn)。a、取天然硅灰石950kg，CaF230kg、B2O320kg，將這些原料粉碎成0.5毫米以下的粉末；b、將原料粉末投入池窯中，加熱至1350-1500℃熔融；c、在熔融出口處，利用6-8個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的高壓空氣噴吹成絲；d、成絲后的纖維進(jìn)入收集器，然后壓縮包裝。產(chǎn)品主要組份以氧化物的形式表示為(重量百分比)CaO39.2，SiO257.6，雜質(zhì)氧化物中MgO0.9、B2O31.7、Fe2O30.6。產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)為抗拉強(qiáng)度28×102Mpa，纖維直徑2～4微米，纖維長度130～150毫米；表觀密度0.12g/cm3；300℃下熱導(dǎo)率13W/m·K。
實(shí)施例2用電阻爐生產(chǎn)。a、取天然硅灰石990kg，CaF210kg，將這些原料粉碎成10毫米以下的顆粒；b、將原料粉末投入電阻爐中，加熱至1500-1600℃熔融；c、在熔融出口處，用甩絲機(jī)通過離心作用甩成絲；d、成絲后的纖維進(jìn)入收集器，然后壓縮包裝。產(chǎn)品主要組份以氧化物的形式表示為(重量百分比)CaO40.9，SiO257.9，雜質(zhì)氧化物MgO0.7、Fe2O30.5。產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)為抗拉強(qiáng)度29×102Mpa，纖維直徑12～15微米，纖維長度120～140毫米；表觀密度0.12g/cm3；300℃下熱導(dǎo)率13W/m·K。
實(shí)施例3用池窯生產(chǎn)。a、取石英沙720kg，石灰石470kg、CaF220kg、Na2O10kg，將這些原料粉碎成0.5毫米以下的粉末；b、將原料粉末投入池窯中，加熱至1400-1500℃熔融；c、在熔融出口處，用甩絲機(jī)通過離心作用甩成絲；d、成絲后的纖維進(jìn)入收集器，然后壓縮包裝。產(chǎn)品主要組份以氧化物的形式表示為(重量百分比)CaO26.0，SiO272.0，雜質(zhì)氧化物中MgO1.0、Na2O1.2、Fe2O30.7。產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)為抗拉強(qiáng)度35×102Mpa，纖維直徑2～4微米，纖維長度70～90毫米；表觀密度0.14g/cm3；300℃下熱導(dǎo)率14W/m·K。
實(shí)施例4用池窯生產(chǎn)。a、取石英沙320kg，高嶺土200kg、石灰石980kg、CaF220kg，將這些原料粉碎成0.5毫米以下的粉末；b、將原料粉末投入池窯中，加熱至1500-1600℃熔融；c、在熔融出口處，利用2-4個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的高壓空氣噴吹成絲；d、成絲后的纖維進(jìn)入收集器，然后壓縮包裝。產(chǎn)品主要組份以氧化物的形式表示為(重量百分比)CaO54.8，SiO243.0，雜質(zhì)氧化物中MgO0.4、Al2O31.2、Fe2O30.6。產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)為抗拉強(qiáng)度35×102Mpa，纖維直徑4～5微米纖維長度90～100毫米；表觀密度0.14g/cm3；300℃下熱導(dǎo)率14W/m·K。
實(shí)施例5用電弧爐生產(chǎn)。a、取石英石420kg，硅藻土300kg、長石50kg、石灰石660kg、CaF220kg，將這些原料粉碎成10毫米以下的粉末；b、將原料粉末投入電弧爐中，加熱至1700-1800℃熔融；c、在熔融出口處，利用4-6個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的高壓空氣噴吹成絲；d、成絲后的纖維進(jìn)入收集器，然后壓縮包裝。產(chǎn)品主要組份以氧化物的形式表示為(重量百分比)CaO38.8，SiO256.3，雜質(zhì)氧化物中MgO0.8、Al2O32.4、Fe2O30.2，Na2O1.5。產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)為抗拉強(qiáng)度32×102Mpa，纖維直徑4～5微米，纖維長度130～150毫米；表觀密度0.14g/cm3；300℃下熱導(dǎo)率13W/m·K。
實(shí)施例6用電弧爐生產(chǎn)。取石英石620kg，長石100kg，石灰石650kg，CaF220kg，如實(shí)施例5制成硅灰石纖維，產(chǎn)品主要組份以氧化物的形式表示為(重量百分比)CaO39.2，SiO254.6，雜質(zhì)氧化物中MgO0.2、Al2O31.1、Fe2O30.7，Na2O2.7，Al2O31.5。產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)為抗拉強(qiáng)度32×102Mpa，纖維直徑2～4微米，纖維長度130～150毫米；表觀密度0.06g/cm3；300℃下熱導(dǎo)率13W/m·K。
實(shí)施例7用池窯生產(chǎn)。取石英石320kg，硅藻土200kg、石灰石940kg、CaF220kg，如實(shí)施例4制成硅灰石纖維，產(chǎn)品主要組份以氧化物的形式表示為(重量百分比)CaO54.2，SiO243.8，雜質(zhì)氧化物中MgO0.5、Al2O31.2、Fe2O30.5。產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)為抗拉強(qiáng)度35×102Mpa，纖維直徑4～5微米，纖維長度90～100毫米；表觀密度0.14g/cm3；300℃下熱導(dǎo)率14W/m·K。
實(shí)施例8用池窯生產(chǎn)。取石英石720kg，石灰石470kg、CaF220kg、Na2O10kg，如實(shí)施例3制成硅灰石纖維，產(chǎn)品主要組份以氧化物的形式表示為(重量百分比)CaO36.0，SiO260.1，雜質(zhì)氧化物中MgO1.6、Na2O1.4、Fe2O30.9。產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)為抗拉強(qiáng)度35×102Mpa，纖維直徑2～4微米，纖維長度70～90毫米；表觀密度0.14g/cm3；300℃下熱導(dǎo)率14W/m·K。
實(shí)施例9用電阻爐生產(chǎn)。取石英沙390kg，硅藻土200kg，石灰石720kg，CaF210kg，實(shí)施例2制成硅灰石纖維。產(chǎn)品主要組份以氧化物的形式表示為(重量百分比)CaO40.9，SiO257.3，雜質(zhì)氧化物MgO0.7、Fe2O30.5，Na2O0.6。產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)為抗拉強(qiáng)度29×102Mpa，纖維直徑5～7微米，纖維長度130～150毫米；表觀密度0.07g/cm3；300℃下熱導(dǎo)率13W/m·K。
實(shí)施例10用電阻爐生產(chǎn)。取石英沙380kg、硅藻土220kg，高嶺土60kg，石灰石720kg，CaF210kg，實(shí)施例2制成硅灰石纖維。產(chǎn)品主要組份以氧化物的形式表示為(重量百分比)CaO40.2，SiO258.0，雜質(zhì)氧化物MgO0.8、Fe2O30.5，Na2O0.5。產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)為抗拉強(qiáng)度35×102Mpa，纖維直徑7～8微米，纖維長度130～150毫米；表觀密度0.14g/cm3；300℃下熱導(dǎo)率13W/m·K。
權(quán)利要求
1.一種合成的硅灰石纖維，其特征在于纖維中含有95-99重量％的化學(xué)組成為(CaO)1.0-2.0(SiO2)1.5-2.5的硅酸鈣，硅灰石纖維中各組分以氧化物計(jì)(wt％)為CaO 25.8～54.9SiO242.3～72.1氧化物雜質(zhì) 1.0～5.0其中氧化物雜質(zhì)為Fe2O3、MgO、B2O3、Na2O和Al2O3中的至少一種；硅灰石纖維的性能指標(biāo)如下纖維直徑2～15微米；纖維長度10～150毫米；表觀密度0.06～0.14g/cm3；抗拉強(qiáng)度25×102MPa～35×102MPa；300℃下熱導(dǎo)率13～14W/m·K。
2.一種制備權(quán)利要求1的硅灰石纖維的方法，是以天然硅灰石和助熔劑為原料，或以含硅物質(zhì)、石灰石和助熔劑為原料，并包括以下步驟1) 將原料粉碎成顆粒；2) 將顆粒投入到池窯或電弧爐或電阻爐中熔化；3) 在熔融出口處，利用2-8個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣噴吹熔體成絲或用甩絲機(jī)通過離心作用成絲；4) 成絲得到的纖維進(jìn)入收集器即得硅灰石纖維成品；其中原料中助熔劑的重量比例為1～5％，助熔劑選自CaF2、B2O3和Na2O中的至少一種，含硅物質(zhì)選自石英石、石英沙、長石、高嶺土和硅藻土中的至少一種，熔化時的熔化溫度為1300～1800℃，并且顆粒投入到池窯中時，原料被粉碎至0.5毫米以下，被投入到電弧爐或電阻爐中時，被粉碎至10毫米以下。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中含硅物質(zhì)為石英沙。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中含硅物質(zhì)為石英沙和高嶺土。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中含硅物質(zhì)為石英石、長石和硅藻土。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中含硅物質(zhì)為石英沙和硅藻土。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中含硅物質(zhì)為石英石和長石。
8.如權(quán)利要求所述的方法，其中含硅物質(zhì)為石英石和硅藻土。
9.如權(quán)利要求所述的方法，其中含硅物質(zhì)為石英沙、硅藻土和高嶺土。
10.如權(quán)利要求所述的方法，其中含硅物質(zhì)為石英石。
全文摘要
一種合成硅灰石纖維，是以天然硅灰石、或者含硅質(zhì)的原料和石灰石為原料，在助熔劑作用下，于1300－1800℃下加熱熔融后，以高壓空氣噴吹成絲、或者用甩絲機(jī)通過離心作用甩成絲而成；這種硅灰石纖維中各組分以氧化物的形式表示為(重量百分比)CaO 25.8－54.9、SiO
文檔編號C03C3/091GK1654386SQ200510006650
公開日2005年8月17日 申請日期2005年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月16日
發(fā)明者張延大, 張夢顯 申請人:張延大, 張夢顯