一种根据原料成分预测连续玄武岩纤维拉伸强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种根据原料成分预测连续玄武岩纤维拉伸强度的方法，该方法根据矿石中主要氧化物的质量分数初步确定原料能否用于生产连续玄武岩纤维；将玄武岩矿石经熔融工艺和纤维成型工艺，得到连续玄武岩纤维，根据计算矿石中Al2O3的质量分数，矿石中Al2O3/网络形成体质量比，Fe

A Method for Predicting Tensile Strength of Continuous Basalt Fibers Based on Raw Material Composition

The invention discloses a method for predicting the tensile strength of continuous basalt fibers according to the composition of raw materials. The method preliminarily determines whether raw materials can be used to produce continuous basalt fibers according to the mass fraction of the main oxides in ores. The continuous basalt fibers are obtained from basalt ores by melting process and fiber forming process. According to the calculation of the mass fraction of Al2O3 in ores, the Al content in ores is determined. The mass ratio of 2O3/network formation, Fe

【技术实现步骤摘要】
一种根据原料成分预测连续玄武岩纤维拉伸强度的方法
本专利技术涉及一种根据原料成分预测连续玄武岩纤维拉伸强度的方法，属于连续玄武岩纤维制备

技术介绍
玄武岩纤维是以天然玄武岩矿石为原料，将矿石破碎后，加入熔窑中，于1450～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板快速拉制而成的连续纤维。在玄武岩纤维的生产过程中不需要添加任何助剂，也无污染废弃物产生，并且产品废弃后可直接排放入环境中，被誉为“21世纪新型绿色环保型纤维”。玄武岩纤维具有一系列优异的物理化学性质，主要包括：突出的力学性能，耐高温、耐腐蚀、化学稳定性好、吸湿性低、高热稳定性和高声电绝缘性等。以连续玄武岩纤维为增强体可制成各种性能优异的复合材料，广泛应用于航空航天、建筑、化工、医学、电子、农业等军工和民用领域。玄武岩矿石是一种地下岩浆经过火山喷发或从地表裂隙溢出后凝结形成的火成岩，广泛分布于地球的每个角落。玄武岩矿石成分复杂，主要由二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钠、氧化钙、二氧化钛等多种氧化物组成。玄武岩矿石的成分会受到地域的影响，并不是所有的玄武岩矿石都适合拉丝，玄武岩纤维性能好坏很大程度上取决于原料的一些物理化学性质和生产加工工艺。因此，有必要对用于生产连续玄武岩纤维的矿石进行筛选，如中国专利技术专利公开号：CN97199852.3提出了一种制造玄武岩纤维的方法，玄武岩矿石熔化后得到具有以下各基本组分关系的玻璃组成：但是上述组成关系仅为适合拉丝的矿石基本组成，仅满足该要求不一定能得到高强度的连续玄武岩纤维。连续玄武岩纤维的拉伸强度受原料中某些特定成分的影响很大，在满足拉丝要求的基础上，可根据这些变量预测连续玄武岩纤维的拉伸强度。鉴于此，本专利技术提供了一种根据原料成分预测连续玄武岩纤维拉伸强度的方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于，提供一种根据原料成分预测连续玄武岩纤维拉伸强度的方法，该方法首先，根据矿石中主要氧化物的质量分数初步确定原料能否用于生产连续玄武岩纤维；其次，将玄武岩矿石经熔融工艺和纤维成型工艺，得到连续玄武岩纤维，根据计算矿石中Al2O3的质量分数，矿石中Al2O3/网络形成体质量比，Fe3+/ΣFe质量比的三个变量，进一步预测拉制得到连续玄武岩纤维的拉伸强度；最后，测试单丝拉伸强度，对预测结果进行验证。本专利技术所述的的方法能够大大提高玄武岩选料的准确性，为连续玄武岩纤维的生产提供有效依据和判据，从而为生产高强度连续玄武岩纤维指明方向，减少因盲目实验引起的资源、能源浪费。本专利技术所述的一种根据原料成分预测连续玄武岩纤维拉伸强度的方法，其特征在于按下列步骤进行：a、采用电感耦合等离子体发射光谱法测定玄武岩矿石所含化学元素，用重铬酸钾化学滴定法测试玄武岩矿石中Fe2+和Fe3+含量，通过计算得出氧化物组成，根据原料中氧化物的质量分数，初步预测能否用于生产连续玄武岩纤维，其中，氧化物质量分数为SiO245.0-69.0，Al2O312.0-19.0，FeO+Fe2O35.0-15.0，CaO6.0-12.0，MgO3.0-7.0，TiO20.9-2.0，Na2O+K2O2.5-6.0，MnO+P2O52.0-3.5；b、将步骤a中的玄武岩矿石经常规的熔融和纤维成型工艺，得到连续玄武岩纤维；c、将步骤b得到的连续玄武岩纤维根据化学组成计算矿石中Al2O3的质量分数，矿石中Al2O3/网络形成体质量比，Fe3+/ΣFe质量比的三个变量，并预测生产得到连续玄武岩纤维的拉伸强度；d、依据ASTMC1557-14标准测试步骤c得到连续玄武岩纤维的单丝拉伸强度。本专利技术所述的一种根据原料成分预测连续玄武岩纤维拉伸强度的方法，该方法中网络形成体是指能单独形成玻璃的氧化物，以四面体形式组成连续的网络或骨架。所述的能用于生产连续玄武岩纤维的条件下，矿石中Al2O3的质量分数和Al2O3/网络形成体质量比越大，生产得到连续玄武岩纤维的拉伸强度越高，Fe3+/ΣFe质量比越大，生产得到连续玄武岩纤维的拉伸强度越低。本专利技术所述的一种根据原料成分预测连续玄武岩纤维拉伸强度的方法，该方法与现有技术相比有以下创新性：1.本专利技术提供的方法简单、高效，容易实施。2.本专利技术提供的方法能够大大提高配方的效率和准确性，从而保证连续玄武岩纤维产品质量的稳定，降低废品率。3.本专利技术提供的方法能够为生产高强度连续玄武岩纤维指明方向，减少因盲目实验引起的资源、能源浪费。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的实施方式不仅限于此。实施例1a、测试玄武岩矿石的化学组成，其元素组成及氧化物组成如表1所述，初步预测该矿石不能用于生产连续玄武岩纤维；表1b、将步骤a预测的玄武岩矿石经常规的熔融工艺和纤维成型工艺，观察能否得到连续玄武岩纤维；结果：以该矿石为原料无法拉制出连续玄武岩纤维，与预测结果一致。实施例2a、测试玄武岩矿石的化学组成，其元素组成及氧化物组成如表2所述，初步预测该矿石不能用于生产连续玄武岩纤维；表2b、将步骤a预测的玄武岩矿石经常规的熔融工艺和纤维成型工艺，观察能否得到连续玄武岩纤维；实验结果：以该矿石为原料无法拉制出连续玄武岩纤维，与预测结果一致。实施例3a、测试玄武岩矿石的化学组成，其元素组成及氧化物组成如表3所述，初步预测该矿石能用于生产连续玄武岩纤维；表3b、将步骤a预测的玄武岩矿石经常规的熔融工艺和纤维成型工艺，观察能否得到连续玄武岩纤维；c、将步骤b得到的连续玄武岩纤维根据化学组成计算矿石中的三个变量为Al2O3的质量分数13.30，矿石中Al2O3/网络形成体质量比0.18，Fe3+/ΣFe质量比0.72，并预测生产得到连续玄武岩纤维的拉伸强度较低，在1000MPa左右；d、依据ASTMC1557-14标准测试步骤c得到连续玄武岩纤维的单丝拉伸强度；实验结果：以该矿石为原料可以拉制出连续玄武岩纤维，纤维单丝拉伸强度为1220±330MPa，与预测结果一致。实施例4a、测试玄武岩矿石的化学组成，其元素组成及氧化物组成如表4所述，初步预测该矿石能用于生产连续玄武岩纤维；表4b、将步骤a中的玄武岩矿石经常规的熔融和纤维成型工艺，得到连续玄武岩纤维；c、将步骤b得到的连续玄武岩纤维根据化学组成计算矿石中的三个变量为Al2O3的质量分数15.73，矿石中Al2O3/网络形成体质量比0.24，Fe3+/ΣFe质量比0.26，并预测生产得到连续玄武岩纤维的拉伸强度较高，在2000MPa左右；d、依据ASTMC1557-14标准测试步骤c得到连续玄武岩纤维的单丝拉伸强度；实验结果：以该矿石为原料可以拉制出连续玄武岩纤维，纤维单丝拉伸强度为1890±240MPa，与预测结果一致。实施例5a、测试玄武岩矿石的化学组成，其元素组成及氧化物组成如表5所述，初步预测该矿石能用于生产连续玄武岩纤维；表5b、将步骤a中的玄武岩矿石经常规的熔融和纤维成型工艺，得到连续玄武岩纤维；c、将步骤b得到的连续玄武岩纤维根据化学组成计算矿石中的三个变量为Al2O3的质量分数14.40，矿石中Al2O3/网络形成体质量比0.20，Fe3+/ΣFe质量比0.49，并预测生产得到连续玄武岩纤维的拉伸强度较高，在1500MPa左右；d、依据ASTMC1557-14标准测试步骤c得到连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种根据原料成分预测连续玄武岩纤维拉伸强度的方法，其特征在于按下列步骤进行：a、采用电感耦合等离子体发射光谱法测定玄武岩矿石所含化学元素，用重铬酸钾化学滴定法测试玄武岩矿石中Fe2+和Fe3+含量，通过计算得出氧化物组成，根据原料中氧化物的质量分数，初步预测能否用于生产连续玄武岩纤维，其中，氧化物质量分数为SiO2 45.0‑69.0，Al2O3 12.0‑19.0，FeO+Fe2O3 5.0‑15.0，CaO 6.0‑12.0，MgO 3.0‑7.0，TiO2 0.9‑2.0，Na2O+K2O 2.5‑6.0，MnO+P2O5 2.0‑3.5；b、将步骤a中的玄武岩矿石经常规的熔融和纤维成型工艺，得到连续玄武岩纤维；c、将步骤b得到的连续玄武岩纤维根据化学组成计算矿石中Al2O3的质量分数，矿石中Al2O3/网络形成体质量比，Fe3+/ΣFe质量比的三个变量，并预测生产得到连续玄武岩纤维的拉伸强度；d、依据ASTM C1557‑14标准测试步骤c得到连续玄武岩纤维的单丝拉伸强度。

【技术特征摘要】
1.一种根据原料成分预测连续玄武岩纤维拉伸强度的方法，其特征在于按下列步骤进行：a、采用电感耦合等离子体发射光谱法测定玄武岩矿石所含化学元素，用重铬酸钾化学滴定法测试玄武岩矿石中Fe2+和Fe3+含量，通过计算得出氧化物组成，根据原料中氧化物的质量分数，初步预测能否用于生产连续玄武岩纤维，其中，氧化物质量分数为SiO245.0-69.0，Al2O312.0-19.0，FeO+Fe2O35.0-15.0，CaO6.0-12.0，MgO3....

【专利技术属性】
技术研发人员：马鹏程，邢丹，葸雄宇，齐明钢，
申请(专利权)人：中国科学院新疆理化技术研究所，贵州中科玄武岩纤维创新孵化研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65