一种玄武岩纤维组成及其制备工艺

技术领域

本发明涉及玄武岩纤维技术领域，具体涉及一种玄武岩纤维组成及其制备工艺。

背景技术

玄武岩纤维：以天然玄武岩拉制的连续纤维，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色。

玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。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。

玄武岩纤维表面较光滑，表面能较低，经过表面改性后，其表面增加纳米SiO2粒子，有效地提高纤维表面粗糙度，增加了微生物与载体间的有效接触面积；改性后表面有阳离子的存在，载体表面电位升高，载体表面带正电荷，利用静电吸力促进微生物固定，有利于微生物固定化；改性后表面的活性官能团，增加了载体的表面能，所含有羟基、羰基或羧基等，对微生物在载体表面粘附生长有积极的作用。通过玄武岩纤维载体表面改性，使其具有良好的亲水性和微生物负载性能，使之能够负载更多的生物量，且长时间保持较高的微生物活性，从而实现更有效通过生物膜法降解水体中污染物。因此针对于不同情况，可以在玄武岩纤维生产原料中添加不同的成份，使得性能得到进一步强化或改变。

再加上，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。但是传统的生产工艺，其工序复杂，导致其生产成本增加，不利于玄武岩纤维的生产和加工。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种玄武岩纤维组成及其制备工艺。

本发明所述的一种玄武岩纤维组成，其按质量百分比的组成成份如下：基体65-85％、增强体15-35％；

其中：基体，为玄武岩纤维；

其中：增强体，其按质量百分比的组成成份如下：

玻璃纤维1.5-5.5％、芳纶纤维1.5-5.5％、PBA纤维1.5-5.5％、Technora纤维1.5-5.5％、硼纤维1.5-5.5％、PBO纤维1.5-5.5％、聚乙醛1.2-3.2％、EVA树酯1.2-3.2％、聚氨酯2.5-7.5％、硬脂酸2.5-7.5％、聚丙烯酰胺2.5-7.5％、合成剂2.5-8.5％、阻燃剂2.5-8.5％。

一种玄武岩纤维的其制备工艺，包括碎石原料储藏器，碎石原料储藏器通过导管与料斗相连；所述料斗通过原料输送系统与原料批量添加装置相连，所述原料批量添加装置与初始熔样炉的进料口相连，初始熔样炉的另一端与熔体控温区相连，熔体控温区的底端设置有漏板，漏板的下方设置有浸润器和拉丝机构，拉丝机构上设置有调整纤维拉力机构，拉丝机构与纤维缠绕装置相连。

进一步地，一种玄武岩纤维组成，其按质量百分比的组成成份如下：

基体75％、增强体25％；

其中：基体为玄武岩纤维75％；增强体，其按质量百分比的组成成份如下：玻璃纤维1.5％、芳纶纤维1.5％、PBA纤维1.5％、Technora纤维1.5％、硼纤维1.5％、PBO纤维1.5％、聚乙醛1.5％、EVA树酯2％、聚氨酯4.5％、硬脂酸3％、聚丙烯酰胺2.5％、合成剂2.5％、阻燃剂4.5％、阻燃剂4.5％。

进一步地，所述原料输送系统为传送带机构或螺旋输送器。

进一步地，所述碎石原料储藏器内设置有称量器一，称量器一为重力感应器。

进一步地，所述原料批量添加装置一侧设置有辅料料仓，辅料料仓内设置有称量器二，辅料料仓的底端出口与初始熔样炉的进料口相连。

进一步地，所述漏板为800孔、1200孔或2400孔的漏板。

进一步地，所述初始熔样炉的燃料源为甲醇。

采用上述结构后，本发明有益效果为：

一是：本发明中，传统的熔样炉采用电能来作为燃料源。初始熔样炉作为对原始石料进行打碎后，再进行液化，因此该步骤中的初始熔样炉会使用到较大量的燃料，有较多的燃料消耗，因此涉及的电费较多，不符合国家的环保节能要求。因此本司在节能减耗的理念指导下，进行了革新。基于初始熔样炉只需要将原料液化开就可以，因此使用甲醇为燃料，不会影响工艺的稳定性，并且甲醇具有低成本以及环保等优点，是环保燃料。使用上述的甲醇燃料，因此既符合国家的环保节能减耗理念，又能降低生产成本，一举多得，使得在后期的玄武岩纤维的销售上，具有更高的性价比。

二是：它利用玄武岩纤维为基体材料，以各个纤维以及其他组成作为增加体材料；它在融合玄武岩纤维的特性的基础，再融合其他纤维的特性，形成复合纤维。其制备中采用碎石原料储藏器，利用料斗和输送机构实现原料添加，并在利用漏板、浸润器和拉丝机构实现单丝和缕丝的生产，形成原丝；其具有操作便捷，利用PLC控制器来实现各工序的执行，工艺流程简化，极大地提高了工作效率。

附图说明

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明的拓扑示意图。

附图标记说明：

碎石原料储藏器-1；料斗-2；原料输送系统-3；原料批量添加装置-4；初始熔样炉-5；熔体控温区-6；漏板-7；浸润器-8；拉丝机构-9；调整纤维拉力机构-10；纤维缠绕装置-11；辅料料仓-12；PLC控制器-13；重力感应器-14。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本具体实施方式所述的一种玄武岩纤维组成，其按质量百分比的组成成份如下：基体65-85％、增强体15-35％；

其中：基体，为玄武岩纤维；其中：增强体，其按质量百分比的组成成份如下：玻璃纤维1.5-5.5％、芳纶纤维1.5-5.5％、PBA纤维1.5-5.5％、Technora纤维1.5-5.5％、硼纤维1.5-5.5％、PBO纤维1.5-5.5％、聚乙醛1.2-3.2％、EVA树酯1.2-3.2％、聚氨酯2.5-7.5％、硬脂酸2.5-7.5％、聚丙烯酰胺2.5-7.5％、合成剂2.5-8.5％、阻燃剂2.5-8.5％。

进一步地，一种玄武岩纤维组成，其按质量百分比的组成成份如下：

基体75％、增强体25％；

其中：基体为玄武岩纤维75％；增强体，其按质量百分比的组成成份如下：玻璃纤维1.5％、芳纶纤维1.5％、PBA纤维1.5％、Technora纤维1.5％、硼纤维1.5％、PBO纤维1.5％、聚乙醛1.5％、EVA树酯2％、聚氨酯4.5％、硬脂酸3％、聚丙烯酰胺2.5％、合成剂2.5％、阻燃剂4.5％、阻燃剂4.5％。

本发明中，以玄武岩纤维为基体，在此基础上，加入玻璃纤维1.5-5.5％、芳纶纤维1.5-5.5％、PBA纤维1.5-5.5％、Technora纤维1.5-5.5％、硼纤维1.5-5.5％、PBO纤维1.5-5.5％，均匀分布于基本中，使其具有上述纤维的特性。聚乙醛1.2-3.2％、EVA树酯1.2-3.2％、聚氨酯2.5-7.5％、硬脂酸2.5-7.5％、聚丙烯酰胺2.5-7.5％、合成剂2.5-8.5％、阻燃剂2.5-8.5％的加入，能够提高其拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度大，热变形温度和熔融指数。

本发明中的涉及的纤维：

(1)PBO纤维的高性能来自于苯环及芳杂环组成的刚棒状分子结构，以及分子链在液晶态纺丝时形成的高度取向的有序结构。PBO纤维分子链间可以实现非常紧密的堆积，而且由于共平面的原因，PBO分子链各结构成分间存在更高程度的共轭，因而导致了其分子链更高的刚性。聚对亚苯基苯并二嗯唑(PBO)纤维因其具有比碳纤维更低的密度、更高的比强度和比模量。

(2)Technora纤维，是由对苯二甲酰氯与对苯二胺及第三单体3，4'-二氨基二苯醚在N，N'一二甲基乙酰胺等溶剂中低温缩聚而成的。

(3)PBA纤维具有与PPTA纤维相似的主链结构。但是红外光谱和x射线衍射光谱研究表明：仲酰胺的吸收谱带相对比强度有差异，波数与位置也不完全一样，取向度高达97％，因此模量比PPTA纤维略高，拉伸强度比PPTA约低20％左右，此外，热老化性能和高温下的强度保持率也比PPTA高。这些性能使其更有利于用作复合材料的增强材料。

(4)芳纶纤维具有耐高温、高强度和高模量和低相对密度的特性。

本发明是以玄武岩纤维为基体材料，以各个纤维以及其他组成作为增加体材料；它在融合玄武岩纤维的特性的基础，再融合其他纤维的特性，形成复合纤维。

如图1-图2所示，一种玄武岩纤维的制备工艺，包括碎石原料储藏器1，碎石原料储藏器1通过导管与料斗2相连；所述料斗2通过原料输送系统3与原料批量添加装置4相连，所述原料批量添加装置4与初始熔样炉5的进料口相连，初始熔样炉5的另一端与熔体控温区6相连，熔体控温区6的底端设置有漏板7，漏板7的下方设置有浸润器8和拉丝机构9，拉丝机构9上设置有调整纤维拉力机构10，拉丝机构9与纤维缠绕装置11相连。

进一步地，所述原料输送系统3为传送带机构或螺旋输送器。

进一步地，所述碎石原料储藏器1内设置有称量器一，称量器一为重力感应器14。

进一步地，所述原料批量添加装置4一侧设置有辅料料仓12，辅料料仓12内设置有称量器二，辅料料仓12的底端出口与初始熔样炉5的进料口相连。称量器二也是重力感应器14，也与PLC控制器相连。

进一步地，所述漏板7为800孔、1200孔或2400孔的漏板。

进一步地，所述初始熔样炉的燃料源为甲醇。

本发明中，碎石原料储藏器1内设置有搅拌机构，搅拌机构的浆叶为搅拌锤，从而能够实现对原料的碎石。碎石原料储藏器1通过导管与料斗2相连，如果导管采用水平设置结构，也可以在导管内也可以安装螺旋输送机，方便快速传送。料斗2通过原料输送系统3与原料批量添加装置4相连，原料输送系统3为传送带机构或螺旋输送器，均可以实现快速输送原料。

由于本发明中的初始熔样炉只需要将原料液化开就可以，因此本司经过实践和实验，使用甲醇为燃料来代替电能，不会影响工艺的稳定性，并且甲醇具有低成本以及环保等优点，是环保燃料，因此既符合国家的环保节能减耗理念，又能降低生产成本，一举多得，使得在后期的玄武岩纤维的销售上，具有更高的性价比。

本设计中，由于碎石原料储藏器内设置有称量器一，称量器一为重力感应器，因此能够控制原料的输送量。原料批量添加装置4为加料机，与初始熔样炉5的进料口相连，实现连续定量加料，便于控制生产。

本设计中，由于针对不同目的对象的不同，因此于玄武岩纤维在基本的性能的基础上，要进行一些功能的添加。故需要增加辅助原料。因此，在原料批量添加装置4一侧设置辅料料仓，辅料料仓内设置有称量器二，辅料料仓的底端出口与初始熔样炉5的进料口相连。这样可以按组成配方的要求进行添加辅料，从而实现玄武岩纤维的功能的改变，形成具有针对性功能的玄武岩纤维。

本设计中，初始熔样炉5设置在池窑内，与加料机相连中，利用加料机实现原加添加。初始熔样炉5中设置有熔体控温区6，实现对原料的高温处理。初始熔样炉5内一般设置有8-16个漏板，漏板7为800孔、1200孔或2400孔，从而可能形成多个系列的纤维单丝。玄武岩纤维类型：连续玄武岩纤维(短切、连续、粗纱、细纱、超细纱)、岩棉和鳞片等。

本发明中，漏板7的下方设置有浸润器8和拉丝机构9，利用拉丝机构9形成缕丝，然后利用调整纤维拉力机构10来调纤维拉力，并利用纤维缠绕装置11，实现原丝的加工。原丝加工完毕后，进行烘干，然后再实现粗纱、细纱和其他制品的生产。

本设计中，设置有控制箱，控制箱内设置有PLC控制器13，利用PLC控制器13来控制生产线上的各个设备的工作。从而方便形成智能流水操作，极大地提高了工作效率。

本发明中的玄武岩纤维与其他纤维材料的性价比较，如下表所示：

本发明是针对当下的玄武岩纤维在建筑基础设施行业的应用越来越多。究其原因，主要是玄武岩纤维的环保性能，与混凝土良好的相容性，以及易于在高浓度下混合。玄武岩纤维具有较高的机械性能，这是在极端条件下施工所需要的，与所有其他抗碱纤维相比，它的价格要低得多。行业专家的结论是，一吨玄武岩纤维棒可以提供相当于4吨钢棒的加固。这些优点使玄武岩纤维产品成为目前市场上使用的抗碱纤维的一种较好的经济替代品。

玄武岩纤维材料的应用领域：航天、航空、军事、国防、石油石化管道防腐、海洋(抗腐蚀、抗干扰)、交通(道路、汽车轻量化)、建筑(防火、防震)、农业等。

例如，修路：在使用玄武岩纤维后，无论是AC-13C级配还是SMA-13级配，抗疲劳性能均有了大幅度的提高，在SMA-13中提高的幅度最大，疲劳次数和累积耗散能都比使用木质素纤维提高了将近4倍，在SBS改性沥青AC级配中提高了2倍多，在基质沥青AC级配中提高的幅度也达70％左右，使用疲劳方程拟合也表明玄武岩纤维能够有效提高沥青混合料的抗疲劳性能。沥青混合料疲劳性能提高，说明其承受荷载重复作用的次数增加，路面使用寿命增长。

例如，架桥：连续玄武岩纤维抗拉强度为3800～4800MPa，具有优异的耐磨、抗拉、抗腐蚀、增强性能，不仅抗拉强度高，弹模高，开裂变形小，并能提高弯拉强度，在桥梁建筑等方面显示出很大的优势。

本发明中的玄武岩纤维材料发展前景广阔：无污染，低能耗，绿色产业，符合社会经济发展走，企业升级转型的必然取向。当今社会经济转型的主流和导向就是发展绿色经济。而玄武岩是无机硅酸盐，它经过两次(火山喷发时一次，熔炉熔化时一次)高温(约1500℃)煅烧,在生产过程中，无废气、废物及有毒物质释放，是地道的无污染，无公害绿色产业。它一次成丝，生产每公斤连续玄武岩纤维的耗电量为3～4度电，在所有高性能纤维的生产过程中，连续玄武岩纤维的能耗(电或气)相对较低，因此，玄武岩纤维产业符合社会经济发展的大趋势，随着时间地推移，会越来越显现出这个产业的生命力。玄武岩纤维能够自动降解成为土壤的母质，废物易处理。

本发明中，在沥青混合料中，玄武岩纤维与其他纤维相比，具有以下突出优势：

(1)工作温度范围大：具有良好的耐高温、耐低温性(-269℃一650℃)，与沥青高温拌合时，材料性能不会热退化，更不会与沥青发生化学或溶解反应，可有效改变沥青低温硬化、高温软化的状况；能够适应各种高、低温的路面环境。

(2)力学性能优异：具有很高的拉伸强度和模量，可有效提高沥青混合料的增强增韧作用。

(3)化学稳定性好：拌合时不与沥青发生任何化学反应，适应各种路面的工作环境。

(4)抗老化性能好：不老化，不变质退化。不受沥青高温拌合影响，因此矿物纤维沥青混合料能100％的再生利用。

(5)水稳定性好：不吸水、不怕潮，有助抑制沥青氧化老化，减少沥青路面的水破坏。

本发明中的玄武岩纤维材料的主要特性如下：

(1)永久的阻燃性：极限氧指数(Loi)>70；

(2)特高软化温度：>1200℃；

(3)极高的使用温度：>880℃；

(4)极低的使用温度：<-200℃；

(5)高的断裂强度：4500MPa；

(6)低的断裂伸长率：3.1％；

(7)高的弹性模量：1x104 GPa；

(8)低的热传导系数：0.035W/m·K；

(9)高的吸音系数：0.95；

(10)低的吸湿性：0.1％；

(11)高的比体积电阻：1x1012Ω·m；

(12)防辐射铅当量：0.0073mmPb；

(13)材料密度：2.7g/cm3。

本发明的玄武岩纤维材料的优点如下：

(1)抗拉强度高，力学性能好；

(2)介电系数高，绝缘性能好；

(3)热传导系数低，阻燃性能好，既耐高温又耐低温；

(4)既耐酸又耐碱，化学稳定性好，抗腐蚀性能强；

(5)与水泥相容性好，握裹力强，对增强水泥混凝土结构具有无可替代的优势；

(6)优良的透波性能和一定的吸波性能，适宜做隐形材料；

(7)吸音系数高，抗电磁辐射功能强等特性。。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。