一种超细玻璃微纤维及其制备方法与流程

本发明涉及玻璃技术领域，尤其涉及一种超细玻璃微纤维及其制备方法。

背景技术：

超细玻璃微纤维属于玻璃纤维中的一个类型，是一种人造无机纤维。选用碎玻璃或工厂废玻璃为主要原料，配合一些辅料，将熔融状态的玻璃液用离心法吹成直径2.5-5μm棉絮状的玻璃微纤维，俗称玻璃棉。

超细玻璃微纤维之间立体交叉缠绕，具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞，因此被视为多孔材料，具有体质轻、导热系数低、热绝缘和吸声性能好、不燃、耐腐蚀、无毒、不怕虫蛀、不刺皮肤、憎水率高，并具有良好的化学稳定性等优点，是生产密封铅酸蓄电池玻璃纤维吸附性隔板、滤纸、保温纸的理想材料、也是vip(真空保温板)的首选材料。是公认性能优越的保温、消音、隔热的理想材料。

超细玻璃微纤维的传统工艺是将碎玻璃等原料熔化成玻璃液，然后将玻璃液直接喷吹成丝制得，虽然其可以制得的超细玻璃微纤维的直径较小，但是由于此方法所需能耗较大，且存在严重污染，已经被淘汰。目前常采用离心法制备超细玻璃微纤维，但是离心法制得的超细玻璃微纤维的直径一般只能达到5-8μm，甚至9-12μm，而纤维的粗细影响着其导热系数、保温等性能；另外选用碎玻璃作为原料制得的超细玻璃微纤维的外观和性能并理想。在电池隔板、过滤材料和高性能保温材料等领域，对超细玻璃微纤维的性能要求较高，现有离心法制得的超细玻璃微纤维并不能满足其要求。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种超细玻璃微纤维及其制备方法，本发明粗细均匀、平均直径≤2μm，且洁白柔软、拉伸强度好，能满足电池隔板、过滤材料和高性能保温材料的要求。

本发明提出了一种超细玻璃微纤维，其原料按重量百分比包括：石英砂52％，长石10％，硼砂8％，白云石8.5％，方解石2.5％，碳酸钠12.5％，硝酸钠2.4％，萤石粉1％，碳酸钾0.15％，澄清剂0.2％，氧化铝2.75％，其中，石英砂中的硅含量≥99％，铁含量≤300ppm。

优选地，超细玻璃微纤维的平均直径小于等于2μm。

上述长石为一种含有钙、钠、钾的铝硅酸盐矿物。上述长石可以为钠长石、钙长石、钡长石、钡冰长石、微斜长石、正长石、透长石等。

上述硼砂为十水硼酸钠，化学式为na2b4o7·10h2o；在超细玻璃微纤维中硼砂具有助熔、降低玻璃膨胀系数、提高热稳定性、改善玻璃光泽外观的作用；在超细玻璃微纤维中碳酸钠具有助熔、减少玻璃液中气泡的作用。

上述萤石粉又称氟石，主要成分是氟化钙。在超细玻璃微纤维中萤石粉具有良好的助熔作用，还具有降粘、降低成本的作用；硝酸钠具有助熔、提高强度的作用；碳酸钾具有助熔、减少玻璃液中气泡的作用。

本发明还提出了上述超细玻璃微纤维的制备方法，包括如下步骤：取各原料混匀熔化得到玻璃液；将玻璃液送入离心设备，离心甩出，并在喷吹气流的作用下形成超细玻璃微纤维，其中，离心转速为3600-3800转/分，喷吹气流为空气和天然气的混合气流，空气的风量≥1200m³/h。

优选地，喷吹气流的温度为1400-1550℃；空气的风压优选80kpa。

优选地，喷吹气流的风速为300-320m/s。

优选地，空气和天然气的风量比为10:1。

上述天然气的热值为35mj/m³。

优选地，送入离心设备的玻璃液流量为120-150kg/h。

优选地，送入离心设备的玻璃液温度为1200-1210℃。

优选地，离心设备的温度为920-930℃。

可以在玻璃窑炉内熔化，熔化温度为1450-1480℃；熔化时的风压优选16-22kpa。

上述离心设备可以为成纤离心机等；成纤离心机中，离心头的外径优选300mm，离心头中的孔数优选16000-16500，每个孔径优选0.65mm。

上述玻璃液可以先经过流道调温至1250-1280℃，再经铂金独孔漏板流出，然后送入离心设备。

有益效果：

发明人通过多次试验发现，选用硅含量≥99％，铁含量≤300ppm的石英砂与长石、硼砂、白云石、方解石、碳酸钠、硝酸钠、萤石粉、碳酸钾、澄清剂以适宜比例相互配合，可以制得平均直径≤2μm的超细玻璃微纤维，且纤维洁白；但是由于制得的超细玻璃微纤维较细，其韧性和拉伸强度较低，容易碎裂、断裂；发明人通过加入氧化铝来改善其韧性和拉伸强度，然而由于氧化铝加入会提高玻璃液的粘度，导致所得超细玻璃微纤维的直径＞2μm；通过多次调整配方并筛选合适的工艺参数，最终获得了本发明所述粗细均匀、洁白柔软、拉伸强度好的超细玻璃微纤维，且其平均直径≤2μm。

附图说明

图1为实施例1制得的超细玻璃微纤维的照片。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

一种超细玻璃微纤维的制备方法，包括如下步骤：

称取硅含量≥99％、铁含量≤300ppm的石英砂52g，长石10g，硼砂8g，白云石8.5g，方解石2.5g，纯碱12.5g，萤石粉1g，硝酸钠2.4g，碳酸钾0.15g，澄清剂0.2g，氧化铝2.75g；搅拌混匀后，转入玻璃窑炉内熔化得到玻璃液，其中，熔化温度为1465℃，窑炉风压为19kpa；

然后玻璃液经流道调温至1265℃，再经铂金独孔漏板流出，调节玻璃液流股流量为135kg/h，玻璃液温度为1205℃，并使玻璃液进入离心器温度为925℃的成纤离心机(其离心头的外径为300mm，离心头中的孔数为16250，每个孔径为0.65mm)中，调节离心转数为3700转/分，离心甩出，并在喷吹气流的作用下形成超细玻璃微纤维，其中，喷吹气流为空气和天然气的混合气流，空气的风量为1200m³/h，空气的风压(即离心机助燃风压)为80kpa；喷吹气流的温度为1500℃，喷吹气流的风速为310m/s，空气和天然气的风量比为10:1，天然气的热值为35mj/m³。

实施例1制得的超细玻璃微纤维的照片如图1所示。

实施例2

一种超细玻璃微纤维的制备方法，包括如下步骤：

称取硅含量≥99％、铁含量≤300ppm的石英砂52g，长石10g，硼砂8g，白云石8.5g，方解石2.5g，纯碱12.5g，萤石粉1g，硝酸钠2.4g，碳酸钾0.15g，澄清剂0.2g，氧化铝2.75g；搅拌混匀后，转入玻璃窑炉内熔化得到玻璃液，其中，熔化温度为1450℃，窑炉风压为22kpa；

然后玻璃液经流道调温至1250℃，再经铂金独孔漏板流出，调节玻璃液流股流量为150kg/h，玻璃液温度为1200℃，并使玻璃液进入离心器温度为930℃的成纤离心机(其离心头的外径为300mm，离心头中的孔数为16000，每个孔径为0.65mm)中，调节离心转数为3800转/分，离心甩出，并在喷吹气流的作用下形成超细玻璃微纤维，其中，喷吹气流为空气和天然气的混合气流，空气的风量为1300m³/h，空气的风压(即离心机助燃风压)为80kpa；喷吹气流的温度为1400℃，喷吹气流的风速为320m/s，空气和天然气的风量比为10:1，天然气的热值为35mj/m³。

实施例3

一种超细玻璃微纤维的制备方法，包括如下步骤：

称取硅含量≥99％、铁含量≤300ppm的石英砂52g，长石10g，硼砂8g，白云石8.5g，方解石2.5g，纯碱12.5g，萤石粉1g，硝酸钠2.4g，碳酸钾0.15g，澄清剂0.2g，氧化铝2.75g；搅拌混匀后，转入玻璃窑炉内熔化得到玻璃液，其中，熔化温度为1480℃，窑炉风压为16kpa；

然后玻璃液经流道调温至1280℃，再经铂金独孔漏板流出，调节玻璃液流股流量为120kg/h，玻璃液温度为1210℃，并使玻璃液进入离心器温度为920℃的成纤离心机(其离心头的外径为300mm，离心头中的孔数为16500，每个孔径为0.65mm)中，调节离心转数为3600转/分，离心甩出，并在喷吹气流的作用下形成超细玻璃微纤维，其中，喷吹气流为空气和天然气的混合气流，空气的风量为1400m³/h，空气的风压(即离心机助燃风压)为80kpa；喷吹气流的温度为1550℃，喷吹气流的风速为300m/s，空气和天然气的风量比为10:1，天然气的热值为35mj/m³。

对比例1

将石英砂替换成玻璃工厂的废碎玻璃，其他同实施例1。

对比例2

不含氧化铝，其他同实施例1。

对比例3

氧化铝为10g，其他同实施例1。

对比例4

石英砂中的硅含量为97％，铁含量为500-600ppm，其他同实施例1。

对比例5

离心转数为3500转/分，其他同实施例1。

对比例6

离心转数为3900转/分，其他同实施例1。

对比例7

空气的风量为1000m³/h，其他同实施例1。

检测实施例1-3和对比例1-7制得的超细玻璃微纤维，结果如表1所示：

表1检测结果

由表1可以看出，本发明选用合适原料以适宜比例相互配合，结合适宜的工艺，可以制得平均直径≤2μm的超细玻璃微纤维，且抗拉强度较好，不易碎裂。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。