БАЗАЛЬТОВОЕ НЕПРЕРЫВНОЕ ВОЛОКНО
CONTINUOUS BASALT FIBRE

Изобретение относится к области производства непрерывных и шпательных минеральных волокон из расплава базальтовых горных пород с высокой прочностью, температурной и химической устойчивостью и может быть использовано в промышленности строительных материалов с тепло- и звукоизоляционными свойствами, энергетике и других областях.
В соответствии с патентно-информационными исследованиями известны минеральные, в том числе и базальтовые волокна (см., например, авторское свидетельство СССР №391072, кл. С03В 37/00, 1971; авторское свидетельство СССР №381621, кл. С03В 37/00, 1971; авторское свидетельство СССР №649670, кл. С03В 37/00 1977; патент США №3929497, кл. С03В 37/00, 1973).
Основным недостатком этих волокон является невысокая механическая прочность, которая не обеспечивает непрерывного круглосуточного производства непрерывного базальтового волокна.
2
2
2
3
2
3
2
2
2
5
2
2
3
Известно также базальтовое тонкое волокно (см. патент Российской Федерации №2170218, кл. С03В 37/06, 2001 г.), принятое авторами за прототип. В соответствии с данным изобретением базальтовое волокно на основе расплава базальтовых горных пород включает следующие компоненты, мас.%: SiO 48-52; TiO 2-3; AlO 12,5-15,5; FeO 4-8; FeO 6,5-10,5; CaO 8,5-10,5; MgO 5-7; MnO 0,1-0,5; NaO 1,5-3,5; KO 0,5-2,5; PO 0,2-0,5; ZrO 1-3; CrO, CuO или их смесь 0,5-2,0.
2
Для повышения прочности волокна-прототипа в загрузчик плавильной печи совместно с базальтовым щебнем дополнительно загружают оксид циркония ZrO до 3 мас.%.
2
5
2
Основным недостатком данного базальтового волокна является слабая его устойчивость к влажной среде из-за содержания в волокне оксида фосфора РО, который обладает исключительной гидроскопичностью. Наличие операции загрузки оксида ZrO в строго заданном количестве с последующим тщательным перемешиванием его с базальтовой щебенкой усложняет и затягивает процесс выработки волокна.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание непрерывного базальтового волокна с заданным наперед метрическим рядом (диаметром) волокон с высокими прочностными и эксплуатационными свойствами.
2
2
3
2
3
2
2
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что непрерывное базальтовое волокно на основе расплава базальтовых горных пород включает следующие компоненты, мас.%: непрерывное базальтовое волокно, включающее SiO, AlO, FeO, FeO, CaO, MgO, NaO, KO, содержит указанные компоненты в следующих количествах:
SiO<sub>2</sub>
47,5-50,2
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
12,6-15,1
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14,0-18,0
FeO
10,0-12,0
CaO
6,0-12,0
MgO
4,8-6,7
Na<sub>2</sub>O
0,3-2,3
K<sub>2</sub>O
0,5-2,6
Одним из решающих факторов для выработки непрерывного базальтового волокна с высокой прочностью и эксплуатационными свойствами с наперед заданным метрическим рядом диаметров волокон является строгое соблюдение температурного режима расплава базальта.
На основании многочисленных экспериментальных исследований авторами изобретения было установлено:
2
2
3
2
3
стабильность необходимой температуры расплава базальта обеспечивается при следующем соотношении основных волокнообразующих основных окислов и оксидов железа >2,5(SiO+AlO)/(FeO·FeO)>2,25. При таком содержании оксидов железа в расплаве базальта железо Fe в чистом виде выпадает на фильеры питателя, через которые вырабатывается волокно. Железо Fe, являясь мягким ковким металлом, при выработке волокна из фильер питателя выполняет роль «пластификатора», что упрочняет волокно и позволяет вырабатывать его в круглосуточном режиме.
Пример осуществления изобретения предлагаемого базальтового волокна приведен в таблице.
Компоненты
Состав, мас.%
SiO<sub>2</sub>
48,0
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
13,0
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14,8
FeO
11,7
CaO
6,0
MgO
5,0
Na<sub>2</sub>O
0,8
K<sub>2</sub>O
0,7
Изготавливают базальтовое волокно путем загрузки базальта в плавильную печь, плавления его, стабилизации расплава, выработки волокон через питатель, вытягивания волокон через фильеры, замасливания волокна и намотки на бобины в круглосуточном режиме.
Из расплава через фильеры диаметром 2,4 мм вытягивают непрерывное волокно и наматывают на бобину наматывающего агрегата. Выработку волокна осуществляют при температуре 1500-1530°С. Температурный интервал выработки волокна из расплава базальта составляет 60°С. Температура верхнего предела кристаллизации составляет 1100°С.
Полученное волокно характеризуется следующими показателями:
- средний диаметр, мкм 10;
- прочность на разрыв, МПа 2300-2500;
- температуроустойчивость, °С: от -260 до +700;
- влагосодержание 0,13.