НЕПРЕРЫВНОЕ БАЗАЛЬТОВОЕ ВОЛОКНО

Предлагаемая полезная модель относится к области производства непрерывных минеральных волокон из расплавов базальтовых горных пород, а более точно - к конструкции непрерывного базальтового волокна, которое обладает высокой прочностью на разрыв, температурной и химической устойчивостью и может быть использовано в промышленности строительных материалов с тепло- и звукоизоляционными свойствами, в энергетике и в других областях.
2
2
3
2
3
2
2
2
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является непрерывное базальтовое волокно, полученное из расплава горной породы [US 3929497 (А); (IРС1-7): С03В 32/00; С03В 37/00; С03С 13/00; С03С 3/22; Publication date: 1975-12-30]. Основными компонентами расплава для приготовления указанного непрерывного волокна являются оксиды: кремния - SiO - 45-50%, алюминия - АlО - 10-15%, кальция - СаО - 10-15%, магния - МgО - 5-15%, железа - FeО - 5-15%, натрия - NaO - 5-15%, титана - TiO - 0.5-5%, марганца - МnО и/или MnO - 0-1%.
Описанное непрерывное базальтовое волокно обладает недостаточной прочностью, обусловленной наличием концентраторов напряжений, образующихся на боковой поверхности волокна при прохождении им фильеры. Одним из факторов, которые приводят к образованию концентраторов напряжений, являются значительные силы трения между материалами фильерной пластины и остывающим в фильере расплавом горной породы.
Дополнение состава шихты антифрикционными, в основном металлическими материалами, позволяет снизить силы трения в фильере, однако это дополнение негативно сказывается на прочности полученных базальтовых волокон, например, из-за большого различия в значениях коэффициентов линейного расширения материалов горных пород и используемых в шихте антифрикционных материалов, поскольку даже на этапе охлаждения такого волокна на бобине оно растрескивается.
Поэтому в основу предлагаемой полезной модели поставлена задача создания такого непрерывного базальтового волокна, полученного из расплава горной породы, которое бы имело более высокую прочность на разрыв. Поставленная задача решается за счет включения в состав материала волокна наночастиц антифрикционного материала на только еще формируемое из расплава волокно непосредственно перед фильерой.
Предлагаемое, как и известное непрерывное базальтовое волокно, получено из расплава горной породы, а, согласно изобретению, волокно содержит включения наночастиц антифрикционного материала.
Особенностью предлагаемого непрерывного базальтового волокна является и то, что оно содержит включения наночастиц меди и/или алюминия.
Использование в предлагаемом волокне наночастиц антифрикционного материала, благодаря размерам наночастиц, позволяет, практически, исключить влияние на прочность волокна разницы в значениях коэффициентов линейного расширения материалов, но существенно снижает силы трения только еще формируемого из расплава волокна о фильеру, что приводит к уменьшению количества концентраторов напряжений и, как следствие, позволяет повысить прочность на разрыв у предлагаемого непрерывного базальтового волокна по сравнению с прототипом. В качестве антифрикционного материала использовали расплавы медных и алюминиевых сплавов. Использовать другие антифрикционные материалы, например баббиты не удалось, поскольку они испрялись еще до контакта с волокном. Дополнение таких материалов присадками меди, никеля, теллура, магния приводило к неоправданному повышению себестоимости волокна, поэтому в предлагаемом волокне имеются наночастицы меди и/или алюминия.
6
Изготовление предлагаемого непрерывного базальтового волокна основано на традиционной технологии, описанной, например в документе US 3929497. Процесс нанесения на непрерывное базальтовое волокно наночастиц антифрикционного материала базируется на известных процессах металлизации волокон. В известных способах выполняют металлизацию уже вышедшего из фильеры волокна следующими способами: газофазным, вакуумным испарением, металлизацией через расплав (см., например патент России №2063461, МПКС22С 1/09; Опубликовано: 10.07.1996). В предлагаемом же решении антифрикционный материал наносят на только еще формируемое из расплава волокно непосредственно на входе в фильеру. Для этого перед фильерой со стороны ванны с расплавом установлена пластина, изготовленная в виде пористого каркаса. Каркас пропитан антифрикционным материалом на основе меди и/или алюминия. В пластине имеются сквозные отверстия, расположенные соосно с фильерами. Поверхности пластины, которые касаются расплава горной породы, герметично закрыты тугоплавким материалом. На верхней поверхности пластины имеются зоны для заполнения пористого каркаса пластины жидким металлическим антифрикционным материалом. В процессе вытягивания волокон, последние соприкасаются с жидким металлическим антифрикционным материалом и, учитывая высокую скорость вытягивания, на поверхности волокон после фильеры оказываются наночастицы антифрикционного материала, которые снижают силы трения волокна о фильеру. Процесс получения непрерывного базальтового волокна проводили на лабораторной установке с однофильерным тиглем с диаметром фильеры 1,4 мм. Вытянутое из фильеры волокно наматывали на бобину, исследовали поверхность полученных волокон на предмет выявления концентраторов напряжений в виде поверхностных повреждений и проводили измерения прочности на разрыв полученных волокон. На поверхности полученных волокон, которые прошли через пластину, изготовленную в виде пористого каркаса, пропитанного антифрикционным материалом на основе меди, не были выявлены какие-либо повреждения, а прочность на разрыв полученных волокон средним диаметром 9 мкм была почти на 50% выше, чем у непрерывных базальтовых волокон из того же расплава, полученных традиционным способом - без пропускания формируемого из расплава волокна через пористый каркас с расплавом материала на основе меди.