一种玄武岩铁磁性玻璃纤维及其制备方法与应用与流程

本发明涉及一种玄武岩铁磁性玻璃纤维及其制备方法与应用，属于玻璃纤维生产
技术领域：
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背景技术：
：玄武岩是由火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的一种致密状或泡沫状结构的岩石，是地球洋壳和月球月海的最主要组成物质，也是地球陆壳和月球月陆的重要组成物质。玄武岩的主要成份是sio2、al2o3、fe2o3、cao、mgo、na2o等，其中sio2含量最多，约占百分之50％左右。用玄武岩生产的玄武岩纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能，是一种新型绿色无机环保高性能纤维材料。玄武岩纤维的生产工艺决定了产生的废弃物少，对环境污染小，且产品废弃后可直接在环境中降解，无任何危害，因此是一种名副其实的绿色、环保材料。我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维(碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯、玄武岩纤维)之一，实现了工业化生产。玄武岩连续纤维已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。玄武岩的成分中一般含有10％左右的铁元素，而铁元素在传统的玄武岩纤维中属于一种杂质成分，并且使玄武岩纤维呈现褐色，因此在传统的玄武岩纤维中应避免引入。但是，铁元素是自然界中天然存在的三种磁性元素中分布最广、价格最低的一种，磁铁矿(fe3o4)是由火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的一种天然磁性材料，当铁硅酸盐系统中铁的质量百分含量达到30％以上时磁铁矿晶体就会自发形成。因此，在玄武岩中添加一定量的铁元素，磁铁矿就会在生产玄武岩纤维的过程中发生自发析晶，从而使玄武岩纤维具有铁磁性。玄武岩铁磁性玻璃纤维既可作为传统的结构材料、又可作为一种功能材料，使采用玄武岩纤维制成的复合材料具备电磁屏蔽功能，大大提高玄武岩以及玄武岩纤维的附加值。中国专利文件cn103847167a公开了一种具有隔热、阻燃和防电磁辐射功能的材料，包括由90-95％的中空玻璃纤维与5-10％的铁磁性纤维混合编织成的织物基体结构，所述织物基体结构上涂有阻燃防火涂层，所述阻燃防火涂层上涂有隔热降温涂层。但是，该具有隔热、阻燃和防电磁辐射功能的材料是分别由玻璃纤维和铁磁性纤维复合而成，结构复杂，应用上不灵活。中国专利文件cn102476920a公开了溶胶凝胶-熔融法制备铁磁性纳米微晶玻璃纤维，是通过溶胶凝胶-熔融法制备含有磁铁矿(fe3o4)晶相的铁磁性纳米微晶玻璃纤维，用于制造磁性玻璃纤维复合材料，用作磁性吸波材料和屏蔽材料，采用溶胶-凝胶法制备氧化物在分子尺度混合均匀的玻璃配合料，配合料经1480℃熔融后当玻璃液冷却到1100℃左右时玻璃体中发生fe3o4自由分相，在拉制玻璃纤维的过程中形成纳米级的磁铁矿(fe3o4)晶体，不需添加其它成分和额外的热处理制度，从而一次性拉制铁磁性纳米微晶玻璃纤维。但是，上述方法采用溶胶-凝胶法制备磁性玻璃纤维产量低，玻璃配合料的制备方法复杂，不能直接使用矿物原料，成本高，不适合于工业化生产。中国专利文件cn105906214a公开了一种铁磁性玻璃纤维及其制备方法与应用，该玻璃纤维以生产硫酸过程中产生的硫铁矿渣废渣为主要原料，将硫铁矿渣、石英砂、氧化铝粉、硼酸、碳酸钙和白云石制成混合均匀的配合料；经熔化，澄清，均化，冷却，拉丝，干燥，即得。该发明是以化工废渣硫铁矿渣为主要原料、采用拉丝法生产铁磁性玻璃纤维。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提供了一种玄武岩铁磁性玻璃纤维及其制备方法与应用。本发明以地壳中大量存在的天然矿物玄武岩为主要原料制备铁磁性玻璃纤维，可以达到对玄武岩矿物的高附加值利用的目的。玄武岩中一般含有10％左右的铁，其它成分跟普通的硅酸盐玻璃的成分非常相似，无法满足铁磁性玻璃纤维配方的要求，因而在铁硅酸盐玻璃系统中以玄武岩为主要原料，添加适量的氧化铁，在生产玄武岩纤维的过程中使磁铁矿(fe3o4)自发析晶从而制得玄武岩铁磁性玻璃纤维，可以大大提高玄武岩以及玄武岩纤维的附加值。本发明的技术方案如下：一种玄武岩铁磁性玻璃纤维，包括如下质量百分比的化学组成：根据本发明，优选的，所述的玄武岩铁磁性玻璃纤维，包括如下质量百分比的化学组成：根据本发明，上述质量百分比的化学组成由原料玄武岩、氧化铝粉、氧化铁粉、硼酸、碳酸钙和氧化镁提供。根据本发明，优选的，所述的玄武岩铁磁性玻璃纤维的晶相为具有磁性的fe3o4晶体，晶体尺寸大小为5-60nm；玄武岩铁磁性玻璃纤维的直径为5～30μm，比饱和磁距为0.5～10emu/g。根据本发明，优选的，所述的玄武岩铁磁性玻璃纤维，包括如下质量百分比的原料：根据本发明，所述的玄武岩为天然矿物；优选的，所述的玄武岩的化学组成如下，均为质量百分比：根据本发明，上述玄武岩铁磁性玻璃纤维的制备方法，包括步骤如下：(1)按原料的质量百分比，将玄武岩、氧化铝粉、氧化铁粉、硼酸、碳酸钙和氧化镁制成混合均匀的配合料；(2)将步骤(1)得到的配合料经熔化，澄清，均化，冷却，甩丝，干燥，即得玄武岩铁磁性玻璃纤维。根据本发明的制备方法，优选的，步骤(2)中所述的熔化温度为1450～1500℃。根据本发明的制备方法，优选的，步骤(2)中所述的甩丝温度为1200～1400℃。本发明所述玄武岩、氧化铝粉、氧化铁粉、硼酸、碳酸钙和氧化镁均为市购的矿物原料或化工原料。本发明的制备方法，如无特别说明，均按本领域常规操作。根据本发明，上述玄武岩铁磁性玻璃纤维在制备磁性吸波材料中的应用。本发明的技术难点在于：以玄武岩为主要原料，调整玻璃中氧化铁的含量，通过磁铁矿晶体的自发析晶，无需经过任何热处理过程，采用转筒甩丝工艺技术一次性甩制出含有磁铁矿晶体的铁磁性玻璃纤维，达到对玄武岩的高附加值利用。本发明的技术特点及有益效果如下：1、本发明以玄武岩为主要原料，通过调整玻璃组成使磁铁矿晶体自发析晶，无需经过任何热处理过程，可一次性甩制出含有磁铁矿晶体的磁性玻璃纤维。2、本发明提供的玄武岩铁磁性玻璃纤维是一种新型的玻璃纤维材料，所得铁磁性玻璃纤维与树脂等有机物复合制成的复合材料中具有双重功能，既作为结构材料提高其强度，又可作为磁性吸波材料使其具有屏蔽电磁波的功能；以玄武岩铁磁性玻璃纤维为基体材料可以合成管状、片状、柱状、块状等复合材料，广泛应用于民事和军事领域，具有很高的经济效益和社会效益。3、本发明可大量使用玄武岩，使玄武岩得到高附加值利用，同时提高了玻璃纤维的附加值，为企业和社会带来可观的经济效益和社会效益。4、本发明以天然矿物玄武岩为原料制备铁磁性玻璃纤维，原料充足，适合工业化、连续大生产。本发明采用甩制法制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维为短纤维，避免了拉丝法生产长纤维对玻璃组成要求苛刻的缺陷，更适合于工业化大生产。附图说明图1为实施例1制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的xrd(x射线衍射)图，其中横坐标为衍射角度2θ，纵坐标为衍射强度。图2为实施例1制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的扫描电镜图片(sem)。图3为实施例1制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的透射电镜图片(tem)。图4为实施例1制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的磁滞回线。图5为实施例2制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的xrd(x射线衍射)图，其中横坐标为衍射角度2θ，纵坐标为衍射强度。图6为实施例2制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的扫描电镜图片(sem)。图7为实施例2制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的透射电镜图片(tem)。图8为实施例2制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的磁滞回线。具体实施方式下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中所用玄武岩为天然矿物，所述玄武岩的化学组成如下，均为质量百分比：实施例中所述玄武岩、氧化铝粉、氧化铁粉、硼酸、碳酸钙和氧化镁均为市购的矿物原料或化工原料。实施例中，将玄武岩粉碎至20～60目备用。实施例1一种玄武岩铁磁性玻璃纤维，以制备500kg配合料计，所用原料按照下列质量配比：制备步骤如下：将以上原料通过qh750型混料机混合均匀，得到混合均匀的配合料，将配合料加入到玻璃窑炉中，按常规熔制条件，在1500℃下熔化、澄清、均化，经供料道将玻璃液输送到出料口并冷却至1300℃，玻璃液从出料口流下落到快速旋转的甩轮上，采用甩制方法制备玄武岩铁磁性玻璃纤维。本实施例制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的化学组成如下，均为质量百分比：sio2：34.45％，al2o3：11.54％，fe2o3+feo：36.24％，b2o3：3.43％，cao：7.39％，mgo：5.45％，na2o：1.50。本实施例制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的xrd图如图1所示，由图1可知，本实施例制得的铁磁性玻璃纤维的晶相为fe3o4。本实施例制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的扫描电镜图片如图2所示，由图2可知，本实施例制得的铁磁性玻璃纤维直径为13μm。本实施例制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的透射电镜图片如图3所示，由图3可知，本实施例制得的铁磁性玻璃纤维中包含的fe3o4的晶体的大小为20nm左右。本实施例制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的磁滞回线如图4所示，由图4可知，本实施例制得的铁磁性玻璃纤维的比饱和磁距为7.2a·m2/㎏。实施例2一种玄武岩铁磁性玻璃纤维，以制备500kg配合料计，所用原料按照下列质量配比：制备方法同实施例1。本实施例制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的化学组成如下，均为质量百分比：sio2：38.13％，al2o3：11.72％，fe2o3+feo：31.69％，b2o3：3.65％，cao：9.57％，mgo：3.62％，na2o：1.62。本实施例制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的xrd图如图5所示，由图5可知，本实施例制得的铁磁性玻璃纤维的晶相为fe3o4。本实施例制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的扫描电镜图片如图6所示，由图6可知，本实施例制得的铁磁性玻璃纤维直径为13μm左右。本实施例制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的透射电镜图片如图7所示，由图7可知，本实施例制得的铁磁性玻璃纤维中包含的fe3o4的晶体的大小为20nm左右。本实施例制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的磁滞回线如图8所示，由图8可知，本实施例制得的铁磁性玻璃纤维的比饱和磁距为5.1a·m2/㎏。实施例3-6实施例3-6的原料配比如表1所示。表1实施例3-6500kg配合料所需原料配比原料\实施例实施例3实施例4实施例5实施例6玄武岩(kg)237.44323.28346.68266.05氧化铝粉(kg)16.632.450.0011.75氧化铁粉(kg)150.39118.895.34136.94硼酸(kg)48.9224.9848.7148.37碳酸钙(kg)36.7428.899.2732.97氧化镁(kg)9.881.600.003.92合计500.00500.00500.00500.00制备步骤同实施例1。实施例3-6制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的化学组成如表2所示，均为质量百分比：表2实施例3-6制得的玄武岩铁磁性玻璃纤维的化学组成实施例7如实施例1所述，不同的是：制备步骤中，熔化温度为1460℃，甩丝温度为1300℃。实施例8如实施例1所述，不同的是：制备步骤中，熔化温度为1450℃，拉丝温度为1250℃。当前第1页12