一种玄武岩纤维颗粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种玄武岩纤维颗粒及其制备方法和应用，该玄武岩纤维的平均直径不超过8微米，平均长度为2‑8毫米，其中酸度系数M

Basalt fiber particle, preparation method and application thereof

The invention provides a basalt fiber particle and preparation method and application thereof, the average diameter of the basalt fiber is less than 8 microns, the average length of 2 8 mm, the acidity coefficient of M

【技术实现步骤摘要】
一种玄武岩纤维颗粒及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种玄武岩纤维颗粒及其制备方法和应用，属于玄武岩纤维

技术介绍
玄武岩及其它矿石及矿渣等按一定配比的化学成份，通过融熔后经过离心法制备制成的絮状玄武岩纤维棉，因为其制造成纤工艺所确定，其纤维平均长度≥30毫米，而纤维团的平均粒径≥20毫米。这种絮状矿物纤维棉因为其纤维太长纤维团不易分散，将其用于绝热保温具有良好作用，但将其用于沥青混合料中时，因为沥青的粘度高，由于它极不易均匀分散的特征，而它的掺量因经济性决定掺量极少，一般掺量为沥青混合料重量的2‰-5‰，至使它不能在沥青混合料中起到良好的增粘、增强和稳定沥青的作用。用熔融离心法或吹喷法制成玄武岩矿物纤维棉的特点是成纤工艺简单生产成本较低，但因该硅酸盐纤维的模量较高，纤维表面的显微裂纹容易造成纤维的缺陷的扩张。CN103044877A公开的一种含改性玄武岩纤维和聚合物的复合材料及其制备方法，在成纤工艺中加入一定剂量的与沥青有较好相容性的表面处理剂(如重油、聚乙二醇等)可以提高纤维品质和成纤率，可以克服一些该工艺所带来的缺陷。其他可使用的表面活性剂有十二烷基硫酸钠、硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、β-环糊精、聚氧乙烯蜡、聚乙烯蜡、吐温、十八胺、超分散剂和阿拉伯树胶等，所用的偶联剂为KH540，KH550，KH560，SG-Si900、NDZ-101、NDZ-201、TTS、OL-AT1618、DL411等。研究表明适量表面活性剂或偶联剂的加入可使改性玄武岩纤维在有机介质中的分散更为均匀并增加了复合材料中改性玄武岩纤维和聚合物间的相容性和结合力。玄武岩纤维还可以通过铂铑合金拉丝漏板法来制备，但因为漏板孔的目数较少一般为200-400目，成纤效率较低、纤维成本高昂。将熔融的熔体拉丝进行表面处理后进行切割，得到玄武岩纤维的短切丝束。而该纤维束在沥青混合料中极难在几十秒钟的拌和时间内分散。在工程实践中，不管是什么工艺制得的玄武岩纤维，需将纤维均匀的分散在沥青混合料中才能形成有效的三维网络状沥青基树脂纤维复合材料体系。否则，将适得其反造成沥青路面的病害。所以，这种纤维用于沥青混合料的关键之一就是要使纤维能迅速的在十几秒钟内均匀分散以满足施工应用的节拍要求。在申请人以前的研究中，也考虑过将纤维制成一定粒度的纤维棉，如CN101255011公开了一种用于沥青混凝土的玄武岩矿物纤维，为解决纤维在混合料拌和中的分散性，将纤维制成平均粒度为4～8mm的纤维棉。申请人发现相对单一的粒级对沥青混凝土的增强效果并不理想。这是因为沥青混合料的骨料是由按一定级配比例组成的，这些粒径大小不一的石子构成相互嵌挤的沥青混合料结构系统。大小不一的粒状纤维团更容易均布于这种骨料系统中，形成纤维沥青复合材料体系。而在其他的现有技术中，对于沥青混凝土中添加的玄武岩纤维均是通过拉丝法制成并以短切丝束的形式加入沥青混合料。用离心法或吹喷法制备玄武岩纤维因纤维棉分散性极差，也无法用它来增强沥青混合料。采用离心法或吹喷法成纤工艺与拉丝漏板法成纤工艺相比要有三方面优点。第一，高速离心法或吹喷法制成的玄武岩纤维平均直径1-8μm，而拉丝法制成的连续玄武岩纤维平均直径13-21μm，纤维越细，单位重量纤维的比表面积就越大，实际使用时更细的纤维对沥青增粘效果更理想。第二，离心法或吹喷法的生产成本比铂铑合金拉丝漏板法来制备低得多。第三，单位产量的生产效力要高很多，而且能耗低。
技术实现思路
由于离心法或吹喷法制备玄武岩纤维的具有较大的纤维技术优势、成本优势和产能优势，但这种絮状玄武岩纤维因为成纤工艺所限，纤维棉的分散性极差，无法用它来增强沥青混合料。本专利技术解决的技术问题就是将这种方法生产的玄武岩纤维棉进行分散、剪切、造粒并将它掺入沥青混合料中增强沥青混凝土的性能。本专利技术的技术方案是，提供一种玄武岩纤维颗粒，玄武岩纤维的平均直径不超过8微米，平均长度为2-8毫米；玄武岩纤维的酸度系数MK为0.8-5.6，其中WCaO和WMgO分别表示SiO2、Al2O3、CaO和MgO在玄武岩纤维中的质量百分含量；所述玄武岩纤维颗粒由若干呈絮状分布的玄武岩纤维组成，其中玄武岩纤维颗粒的粒度分布为：1mm≤粒度＜5mm的粒级为18-76％，5mm≤粒度＜12mm的粒级为18-76％，其他粒度的粒级为的3-16％。优选地，所述玄武岩纤维颗粒的粒度分布为：1mm≤粒度＜3mm的粒级为7-30％，3mm≤粒度＜5mm的粒级为9-46％，5mm≤粒度＜7mm的粒级为6-29％，7mm≤粒度＜9mm的粒级为6-32％，9mm≤粒度＜12mm的粒级为6-15％，其他粒度的粒级为3-10％。这种粒度的阶梯分布，是为了将这种颗纤维团以极小的比例以优化的组合形态匀布于沥青混合料的骨料级配组合中。优选地，所述玄武岩纤维颗粒中，由于受到制备方法的限制，会存在一定比例的非纤维物质(渣球)，非纤维物质(渣球)的含量主要是通过湿法筛分的筛余量来进行确定，本专利技术中的非纤维物质(渣球)通过63微米的筛孔的筛余量≤30％(即渣球含量≤30％，优选≤25％)，通过250微米的筛孔的筛余量≤10％(即渣球含量≤10％，优选≤5％)。非纤维物质(渣球)含量的测试方法是参照国家标准(GB/T5480.5-2004-矿物棉及其制品渣球含量试验方法)进行测定的。优选地，所述玄武岩纤维的平均直径优选不超过6微米，更优选不超过5微米；平均长度优选为4-5毫米。优选地，所述玄武岩纤维颗粒在煤油中经浸泡半小时后的吸油量是玄武岩纤维重量的2倍以上。优选地，本专利技术还提供一种用于分散玄武岩纤维棉的剪切装置，包括刀具和安装所述刀具的安装座，所述刀具和安装座之间活动连接。优选地，所述刀具和安装座之间通过柔性铰链连接。优选地，本专利技术还提供一种用于分散玄武岩纤维棉的装置，包括上述的剪切装置和筛分装置，所述筛分装置位于剪切装置的下方；筛分装置中的筛网优选为弧形；优选地，筛孔的孔径为3-23mm。优选地，本专利技术还提供一种颗粒状玄武岩纤维的制备方法，利用上述的剪切装置中旋转的刀具对玄武岩纤维棉进行剪切，再进行筛分，筛下物即为玄武岩纤维颗粒。优选地，所述玄武岩纤维棉由离心法或吹喷法制备得到。优选地，所述玄武岩纤维的酸度系数MK为1-3.6，其中WCaO和WMgO分别表示SiO2、Al2O3、CaO和MgO在玄武岩纤维中的质量百分含量。优选地，本专利技术还提供所述玄武岩纤维颗粒在沥青混凝土中的应用；其中，玄武岩纤维颗粒的添加量优选为沥青混合料重量的0.2-0.5％。优选地，本专利技术还提供一种玄武岩纤维增强沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：(1)将离心法或吹喷法制备得到玄武岩纤维棉经过上述的剪切装置剪切和筛分后，得到玄武岩纤维颗粒；(2)将玄武岩纤维颗粒按沥青混合料重量的0.1-0.8％的比例掺入沥青混合料的热料仓中，拌和，得到玄武岩纤维增强的沥青混合料。对于在骨料嵌挤结构的沥青混合料如SMA混合料中使用这种纤维时，设计及施工配合比关键技术要求有别于现行JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的技术要求。它的特点是：VMA≥14.5％，VFA为65％～80％，空隙率为3.0％～4.5％，混合料析漏率≤0.2％，粗骨料骨架间隙VCAMmix≤VC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玄武岩纤维颗粒，其特征在于，玄武岩纤维的平均直径不超过8微米，平均长度为2‑8毫米，玄武岩纤维的酸度系数M

【技术特征摘要】
1.一种玄武岩纤维颗粒，其特征在于，玄武岩纤维的平均直径不超过8微米，平均长度为2-8毫米，玄武岩纤维的酸度系数MK为0.8-5.6，其中WSiO2、WAl2O3、WCaO和WMgO分别表示SiO2、Al2O3、CaO和MgO在玄武岩纤维中的质量百分含量；所述玄武岩纤维颗粒由若干呈絮状分布的玄武岩纤维组成，其中玄武岩纤维颗粒的粒度分布为：1mm≤粒度＜5mm的粒级为18-76％，5mm≤粒度＜12mm的粒级为18-76％，其他粒度的粒级为的3-16％。2.如权利要求1所述的玄武岩纤维颗粒，其特征在于，所述玄武岩纤维颗粒的粒度分布为：1mm≤粒度＜3mm的粒级为7-30％，3mm≤粒度＜5mm的粒级为9-46％，5mm≤粒度＜7mm的粒级为6-29％，7mm≤粒度＜9mm的粒级为6-32％，9mm≤粒度＜12mm的粒级为6-15％，其他粒度的粒级为3-10％。3.如权利要求1所述的玄武岩纤维颗粒，其特征在于，所述玄武岩纤维颗粒中非纤维物质的含量即筛分的筛余量，通过63微米的筛孔的筛余量≤30％，通过250微米的筛孔的筛余量≤10％。4.一种用于分散玄武岩纤维棉的剪切装置，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖菁，
申请(专利权)人：肖菁，
类型：发明
国别省市：湖南,43