一种特种无碱高强纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种特种无碱高强纤维，制备原料包括石灰石和矿物，矿粉具体为叶腊石、高岭土、生石灰、硅灰石、石英砂、萤石、矿渣，通过特定的矿粉的选择与石灰石混合后，使制备得到的玻璃纤维具有优异的稳定性、机械强度、弹性模量及耐酸碱、耐水性，而且玻璃纤维加工熔融温度低、融化速度快，成品率高。此外，矿渣为废弃炉渣，能够实现原料的重复利用，降低成本的同时提升玻纤性能，性价比高，操作性强，适合在纤维领域广泛推广。纤维领域广泛推广。

【技术实现步骤摘要】
一种特种无碱高强纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及的是石灰及其组合物的制备领域，尤其涉及一种特种无碱高强纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]玻璃纤维，具有突出的耐热性、绝缘性、机械强度，在建筑、环境、交通、航空、印刷电路、新能源等多领域内具有广泛的应用，但是其脆性大，耐磨性差，会限制其进一步应用，而且其耐酸碱性、弹性模量、强度也需要根据需求得到进一步改善。此外，其在制备工艺中熔融温度高，能耗大。
[0003]专利CN202011383782.3公开了一种高性能玻璃纤维组分及其制造方法，包括硅砂、高岭土、石灰石、白云石、Bi2O3、ZrO2、NaCl、碳酸钾、硫酸钡、CeO2，得到的玻璃纤维拉伸强度高、弹性模量高、化学稳定性好、耐高温稳定性好，但其加工熔融温度较高。专利CN202110010612.9公开了一种低热膨胀系数高强度玻璃纤维，不添加CaO、K2O、Na2O组分，而是加入石英粉、硼酸、氧化铝、氧化镁、氧化锌、金红石矿、锂辉石、锆英石、氧化铪、氧化铈，降低了玻璃纤维的膨胀系数，提高了抗拉强度，但其耐酸碱性能还可以进一步改善。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术第一方面提供了一种特种无碱高强纤维，其制备原料包括：石灰石和矿物。
[0005]所述石灰石的成分包括CaO、SiO2、MgO、S、Fe2O3中的至少一种；优选地，所述石灰石的成分包括CaO、SiO2、MgO、S、Fe2O3。
[0006]所述CaO质量百分含量≥45.0％，SiO2质量百分含量≤1.7％，MgO质量百分含量≤1.8％，S质量百分含量≤0.2％，Fe2O3质量百分含量≤0.08％；优选地，所述CaO质量百分含量≥54.0％，SiO2质量百分含量≤1.5％，MgO质量百分含量≤1.5％，S质量百分含量≤0.1％，Fe2O3质量百分含量≤0.06％。
[0007]所述石灰石的粒度为30～100nm；优选地，所述石灰石的粒度为40～80nm；进一步优选地，所述石灰石的粒度超出上限的部分不大于5％，超出下限的部分不大于3％。
[0008]石灰石的粒度能够直接影响石灰石的煅烧效果，进而影响玻璃纤维的加工性能。本申请人发现当选择粒度要求为40～80mm的石灰石作为生石灰的煅烧原材料，杂质质量百分含量较少，降低了煅烧所需能耗，得到的石灰的纯度较高。可能原因是，选择上述范围内的石灰石，煅烧速度容易达到，而且石灰层表面的热量可以顺利进入内部，实现热量的均匀、快速传递，有助于石灰石的快速、完全分解，而且所选石灰石中、SiO2、MgO等杂质的质量百分含量较少，降低了煅烧过程中表面产生的熔融物质堵塞二氧化碳气体的排出，进而阻止了内部部分石灰石的生烧，促使石灰石菱形晶格到立方晶格的转化进程，最终提高了石灰石的煅烧纯度，生成更高纯度的氧化钙，从而增加玻璃纤维的稳定性和机械强度。
[0009]所述矿物选自叶腊石、高岭土、生石灰、重晶石、硅灰石、白云石、石英砂、萤石、长
石、矿渣、硼钙石、硼镁石中的至少一种；优选地，所述矿物为叶腊石、高岭土、生石灰、硅灰石、石英砂、萤石、矿渣。
[0010]优选地，所述特种无碱高强纤维的制备原料包括：按重量份计，1～15份石灰石、15～45份叶腊石、7～18份高岭土、8～23份生石灰、3～15份硅灰石、5～25份石英砂、2～13份萤石、0.5～10份矿渣；优选地，所述特种无碱高强纤维的制备原料包括：按重量份计，2～10份石灰石、20～42份叶腊石、10～15份高岭土、10～20份生石灰、5～10份硅灰石、5～20份石英砂、4～8份萤石、1～6份矿渣；进一步优选地，所述特种无碱高强纤维的制备原料包括：按重量份计，5份石灰石、32份叶腊石、13份高岭土、15份生石灰、7份硅灰石、12份石英砂、6份萤石、3份矿渣。
[0011]所述叶腊石选自块状叶腊石、粉末状叶腊石中的至少一种；优选地，所述叶腊石为粉末状叶腊石。
[0012]所述叶腊石的粒径为200～600目；优选地，所述叶腊石的粒径为325目。
[0013]所述高岭土选自煅烧高岭土、水洗高岭土中的一种；优选地，所述高岭土为煅烧高岭土。
[0014]在一些优选的实施方式中，所述高岭土的平均粒径为600～1200目，莫氏硬度85～110；优选地，所述高岭土的平均粒径为800目，莫氏硬度95。
[0015]高岭土的添加可以为体系中提供丰富的氧化铝和氧化硅，但是还需要求其高百度和高稳定性，而且多种颗粒物质在体系中的相容性差。本申请人发现，选择煅烧高岭土则可以满足用于玻璃纤维的需求，尤其是平均粒径为600～1200目，莫氏硬度85～110的煅烧高岭土，是所得玻璃的白度高、致密、机械强度大、成品率高。可能原因是，经过对高岭土的高温煅烧，使其内部结构发生一定的滨化，产生一定的孔洞结构，其粒径适宜时，表面的细微孔隙结构赋予其较强的吸附性，可以更多地吸附其他矿石颗粒，增强体系的流动性，而且其表面带有的电荷产生一定的静电斥力，进而提高了体系中颗粒的悬浮率，进而在高温熔融时起到一定的分散作用，促进熔融速度和融化质量，而且在外力作用下可以任意改变形态而不发生裂纹，进一步提高玻璃纤维的强度和弹性模量。
[0016]所述生石灰中CaO的质量百分含量为≥80％；活性度≥240；优选地，所述生石灰中CaO的质量百分含量为≥85％；活性度≥300。
[0017]所述硅灰石的热膨胀系数为1～10
×
10
‑6，硬度为4～6；优选地，所述硅灰石的热膨胀系数为6.5
×
10
‑6，硬度为4.5～5.5。
[0018]所述石英砂选自精制石英砂、高纯石英砂、普通石英砂、熔融石英砂中的至少一种；优选地，所述石英砂为精制石英砂、高纯石英砂；进一步优选地，所述精制石英砂、高纯石英砂的重量比为1：(0.7～2)；更进一步优选地，所述精制石英砂、高纯石英砂的重量比为1：1.3。
[0019]所述精制石英砂的粒径为8～50目，高纯石英砂的粒径为20～100目；优选地，所述精制石英砂的粒径为20～30目，高纯石英砂的粒径为40～70目。
[0020]石英砂可以为玻璃纤维的制备提供充足的二氧化硅，构成玻璃纤维的主要成分，但其中的含铁量会影响熔融过程中咸味液体的黏度、透热性和氧化还原状态，进而影响最终玻璃纤维的色泽、强度和耐酸碱性。本申请人发现，当采用精制石英砂、高纯石英砂的混合物时，其内含有的二氧化硅、三氧化二铁、氧化铁等物质的质量百分含量不同，所得玻璃
纤维液体的黏度适宜、加工性强。本申请人意外发现，当加入粒径为8～50目的精制石英砂和20～100目的高纯石英砂，能够进一步改善其熔融速度，加快熔融进程。特别是当精制石英砂、高纯石英砂的重量比为1：(0.7～2)时，所得玻璃纤维表现出优异的耐水性、耐腐蚀性，且其强度可以高达3805MPa％，弹性模量高达93.14GPa。
[0021]所述萤石中氟化钙的质量百分含量为85～99％，萤石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种特种无碱高强纤维，其特征在于，其制备原料包括：石灰石和矿物；所述矿物选自叶腊石、高岭土、生石灰、重晶石、硅灰石、白云石、石英砂、萤石、长石、矿渣、硼钙石、硼镁石中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种特种无碱高强纤维，其特征在于，所述矿物为叶腊石、高岭土、生石灰、硅灰石、石英砂、萤石和矿渣。3.根据权利要求1所述的一种特种无碱高强纤维，其特征在于，所述石灰石的成分包括CaO、SiO2、MgO、S、Fe2O3；所述石灰石的粒度为30～100nm。4.根据权利要求1
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3任一项所述的一种特种无碱高强纤维，其特征在于，所述特种无碱高强纤维的制备原料包括：按重量份计，1～15份石灰石、15～45份叶腊石、7～18份高岭土、8～23份生石灰、3～15份硅灰石、5～25份石英砂、2～13份萤石和0.5～10份矿渣。5.根据权利要求4所述的一种特种无碱高强纤维，其特征在于，所述高岭土选自煅烧高岭土、水洗高岭土中的一种。6.根据权利要求5所述的一种特种无碱高强纤维，其特征在于，所述高岭土为煅烧高岭土；所述高岭土的平均粒径为600～1200目，莫氏硬度85...

【专利技术属性】
技术研发人员：马元海，铁有录，马宇星，王怀礼，李晓鹏，王明龙，刘启权，
申请(专利权)人：苏州科大岩土工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：