“点石成金”不是梦,玄武岩纤维材料来证明!(3)
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【摘要】生产玄武岩纤维的车间一角(从上到下可以看到红色的高温漏钣、浸润剂、缠绕机) 2生产连续玄武岩纤维的主要设备 坩埚炉与池窑 生产玄武岩纤维的关
生产玄武岩纤维的车间一角(从上到下可以看到红色的高温漏钣、浸润剂、缠绕机)
2生产连续玄武岩纤维的主要设备
坩埚炉与池窑
生产玄武岩纤维的关键设备是窑炉。目前普遍使用的窑炉有两类:坩埚炉和池窑。坩埚炉通常用一块漏钣,200~600孔,每台年产丝100吨左右。
玄武岩纤维生产车间一角
从原理上来说,坩埚炉和池窑没有本质的区别,但池窑的生产规模和产率比坩埚炉大得多,因而两者在结构上有明显的不同,相对而言,坩埚炉的结构比池窑结构简单得多。
漏钣
漏钣是窑炉的另一主要部位,经过多年的实践,国内外使用的漏钣材料仍是铂-铑合金(铂约占98%),具有耐高温、抗腐蚀、韧性好、稳定性好(不变形)、浸润角小等优点。漏钣的形状几乎都是长方形,大小取决于孔数,孔数多,漏钣的面积就大,单钣有200、400、600、800、1600、2400等不同孔数的漏钣,钣的厚度6~20mm不等。
漏钣
浸润剂浸润剂是一种以水或有机溶剂为介质,以黏结剂、偶联剂、表面活性剂、抗静电剂等为溶质所组成的一种多组分的水溶液或水乳液。浸润剂在玄武岩纤维的生产和应用中发挥着至关重要的作用,对改善和保护原丝性能、质量方面发挥着重要作用。
缠绕机缠绕是拉丝过程的一个重要环节,缠绕的速度、稳定性、均匀性、连续性直接影响生产连续玄武岩纤维的质量和效率。缠绕机是纤维缠绕工艺的主要设备,通常由机身、传动系统和控制系统等几部分组成。目前玄武岩纤维生产过程中,最常用的是机械式和计算机数控缠绕机。
05为什么坚硬的玄武岩可以拉出连续的纤维?
玄武岩是一种坚硬的岩石,为什么能拉出微米级(10-6m)、连续长度可达数十千米的细丝呢?其基本原理是将结晶态的岩石变成玻璃,丝是玻璃态的。
玄武岩纤维制成的纺织纱
这一过程,先要将岩石在高温下熔融成岩浆,岩浆在漏钣处从1400℃漏出进入常温(20~30℃)状态,这突然且快速的冷却,使得岩浆来不及结晶而成玻璃态。
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拉丝的短视频
漏丝在缠绕机快速缠绕下不断拉伸,丝的粗细和产率取决于从漏钣漏出的岩浆量和缠绕速度,对于固定的漏钣,漏孔的数量、形态是一定的,漏出丝的数量也是一定的,这时缠绕速度越快,丝就会越细,产率也会越高。但也不能无限制地加快缠绕速度,速度要与漏出的岩浆量(漏出丝的量,相当于漏钣的孔数)相匹配。玄武岩熔体流出漏钣后,在冷却凝固之前,表面张力的作用会使熔体表面积收缩成最小的圆柱,凝固时保持此形状。因此制备的连续玄武岩纤维外表呈光滑的圆柱状,玄武岩玻璃表层的特性决定了连续玄武岩纤维的强度性能,越光滑的纤维质量越好。
06玄武岩纤维的优异性能及应用领域
玄武岩纤维具有多种优异性能(表1),如:高的使用温度,高的断裂度,高模量,优异的力学、物理、化学功能,极低的热导率,极低的吸湿性,高的吸声系数,高的吸波功能和透波功能,高的比体积电阻,电绝缘性能好,可抗紫外线、防辐射、防电磁,燃烧烟密度低、无熔滴,无毒性,无污染等。因此,它的用途广,性价比高。
表1 玄武岩纤维与其他纤维性能比较
(1)力学性能好,抗拉强度高连续玄武岩纤维的密度为2.65~3.00g/cm3,莫氏硬度为5~6,弹性模量为91~110GPa,抗拉强度为3000~4800MPa,高的断裂强度(3200MPa)和低的断裂伸长率(3.1%),具有优异的耐磨抗拉增强性能,在桥梁建筑等方面显示出很大的优势,在体育用材方面也得到广泛应用。(2)化学稳定性好,抗腐蚀性能强玄武岩纤维含有的K2O、MgO和TiO2等成分,对提高纤维耐化学腐蚀及防水性能起到重要的作用,具有良好的化学稳定性和很强的耐酸耐碱性能,可代替钢筋用作混凝土建筑结构的增强材料,制作桥梁等大型建筑的结构件;用玄武岩鳞片涂料作为保护层的建筑物和水下物体,包括军舰和船只,可以大大增强防腐蚀的能力和寿命;也可用于制造净化工业废气和城市废物处理装置的过滤器。
文章来源:《材料保护》 网址: http://www.clbhzzs.cn/zonghexinwen/2021/1029/1053.html