[发明专利]一种高性能人造矿物纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能人造矿物纤维的制备方法，按重量百分比计成份包括，SiO₂含量35.64%～39.24%%、Al₂O₃含量11.49%～12.71%、Fe₂O₃含量6.84%～7.56%、TiO₂含量1.21%～1.33%、CaO含量12.61%～13.93%、MgO含量9.64%～10.66%、K₂O含量0.21%～0.23%、Na₂O含量1.21%～1.33%、ZrO₂含量0.31%～0.35%。该人造矿物纤维以玄武岩、白云石、矿渣、锆英石等为基础原料，通过配料、熔化、离心甩丝等步骤，实现高性能人造矿物纤维的制备，使得人造矿物纤维的抗拉强度和弹性模量得到很好的优化和提高。

技术领域

本发明涉及一种高性能人造矿物纤维的制备方法，主要用作复合材料的增强材料，属于无机纤维材料领域。

背景技术

传统人造矿物纤维生产原料多为高炉矿渣，或者玄武岩、辉绿岩和白云石简单配制，通过冲天炉熔化、离心甩丝而制得，由于缺乏配方精细设计和控制，且冲天炉熔化温度及熔体熔化质量所限，传统人造矿物纤维普遍酸度系数较低、耐水及耐酸碱性能较差、单纤维直径较粗、抗拉强度和弹性模量较低，很难满足高化学稳定性、高强度及高弹性模量增强纤维材料要求。

由于传统人造矿物纤维原料及制备工艺所限，其配方中SiO₂+Al₂O₃含量相对偏低，而CaO+MgO含量相对偏高。但SiO₂作为骨架对人造矿物纤维的机械强度、化学稳定性和热稳定性起着至关重要的作用，这些性能随着SiO₂含量的增加而提升；Al₂O₃能够降低人造矿物纤维基体的析晶倾向有利于人造矿物纤维成型，提高化学稳定性的同时，增加机械强度；CaO含量的提高虽然可以一定程度上提高基体的化学稳定性和机械强度，但对热稳定性有影响，也会增加析晶倾向，不利于成纤；MgO含量的提高有利于降低基体粘度易于成型，提高化学稳定性，但会影响基体的熔化及熔化质量。少量ZrO₂的引入，可以改善和优化熔体粘度，控制析晶倾向，增加基体化学稳定性和机械强度。由此可以看出，传统人造矿物纤维的性能缺陷主要是由于其主要化学组成造成的，要优化性能只有通过基体化学成分改进实现。

发明内容

本发明针对传统人造矿物纤维化学稳定性及机械强度等性能缺陷，通过改性氧化物ZrO₂成分的引入及制备工艺的改进，提出的一种人造矿物纤维的制备方法，是一种方法简单、成本低廉的制备方法。该方法制备的高性能人造矿物纤维性能稳定、品级较高、化学稳定性好、不易被酸碱腐蚀、使用效果好，且生产过程绿色环保，是一种性能优良、安全环保的高性能人造矿物纤维材料。

本发明的一个目的在于针对传统人造矿物纤维化学稳定性差，强度低等性能缺陷，提供了一种高性能人造矿物纤维以满足对高化学稳定性、高强度及高弹性模量增强纤维材料的需求。

本发明的另一目的在于提供高性能人造矿物纤维的制备方法，该方法操作简单、成本低廉、生产过程环保，适用于工业化大规模生产。

本发明的整体思路是：以玄武岩、白云石这两种易得的非金属矿物为主要原料，配以工业尾料矿渣，通过锆英石引入二氧化锆，达到人造矿物纤维原料配方改性的目的，然后经原料预处理、原料称量、配合料制备、高温熔化、纤维成型而制得所述高性能人造矿物纤维。

本发明高性能人造矿物纤维性能包括：单纤维直径、抗拉强度、弹性模量、耐酸性、耐碱性。降低单纤维直径有利于提高人造矿物纤维应用中的柔性，从而提高其拉伸强度。抗拉强度是指纤维断裂前的最大应力值，弹性模量是指纤维受力时抵抗弹性变形的能力，抗拉强度和弹性模量是增强纤维材料性能优越的重要评价指标。耐酸、耐碱性是指纤维抵抗酸碱侵蚀的能力，是人造矿物纤维化学稳定性的主要评价指标。