Стекло для производства кремнеземного стекловолокна и кремнеземное стекловолокно, устойчивое к высоким температурам

(51)03 13/02 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТЕКЛО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КРЕМНЕЗЕМНОГО СТЕКЛОВОЛОКНА И КРЕМНЕЗЕМНОЕ СТЕКЛОВОЛОКНО,УСТОЙЧИВОЕ К ВЫСОКИМ ТЕМПЕРАТУРАМ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Полоцк-Стекловолокно(72) Авторы Сивый Бронислав Петрович Борисов Яков Александрович Бороденок Татьяна Александровна Гаврин Валений Александрович Кущенко Людмила Николаевна(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Полоцк-Стекловолокно(57) 1. Стекло для производства кремнеземного стекловолокна, включающее 2 и 2 или 2, отличающееся тем, что содержит примеси 23, 23, 2, , , ,23 и 23 в количестве не более 1,5 мас. , при следующем соотношении основных компонентов, мас.2 76-80 2 или 2 20-24. 2. Кремнеземное стекловолокно, устойчивое к высоким температурам, включающее 2, отличающееся тем, что получено из стекла по п. 1 и содержит примеси 2, 23,23, 2, , , , 23 и 23 в количестве 0,2-2,0 мас. . 7886 1 2006.02.28 Изобретение относится к производству температуроустойчивых кремнеземных материалов, а именно к составу стекла для производства стеклянного волокна и высокотемпературоустойчивому кремнеземному волокну на его основе, предназначенному для изготовления нитей, штапельного и рубленого волокна, тканых и нетканых материалов. Известно высокотемпературное стекловолокно, включающее А 2 О 3 от 0,1-2 , Т 2 от 0,1-2 , 2 от 96-99,8 и не более 0,03 суммы оксидов щелочных и щелочноземельных металлов. Процесс его получения включает в себя добавление алюминиевых и титановых хелатных составов в кремниевый алкоголятный раствор, затем процесс сухого формования, в ходе которого образуется гелевое волокно, которое агломерируется (спекается) при температуре от 800 до 1100 С для получения кремнеземных стеклянных волокон (ЕР 0510653 А 1, МПК С 03 С 13/02, 28/10, 1992). Недостатком данного изобретения является многоэтапность процесса, необходимость использования сложных комплексных химических соединений, вредных и опасных продуктов, ядов. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является стекло для производства стекловолокна, устойчивого к высоким температурам, содержащее вес.2 70-75, 2 15-25, 23 1-5. Данные стеклянные волокна изготавливаются из формуемого стекла с помощью обычного для производства стеклянных волокон двухстадийного способа формования и обычного формующего устройства ( 98/51631, МПК С 03 С 25/00,13/00, 25/06, 1998). Недостатком данного состава стекла является то, что он требует более высоких температур стекловарения (1480 С). Интервал выработочной вязкости формования волокна из данного состава стекла находится в зоне более высоких температур, что приводит к увеличению потребления электроэнергии стеклоплавильными сосудами, потерям драгметаллов,снижению скоростей намотки и, как следствие, повышенной капельной обрывности, нестабильному процессу выработки и снижению производительности. Процесс получения волокна из данного состава стекла является двухстадийным, что увеличивает его затратность. Полученные стеклянные волокна подлежат минерально-кислотной экстракции, после которой они имеют следующий состав в вес.2 85-99, 123 1-5, 2 0-10,0-3, 23 0-1, 2 0-1,0-1, 23 0-2, 2 0-1, , , , 23,0-0,5. Недостатком указанных кремнеземных материалов является их недостаточно высокая устойчивость к кристаллизации при длительной эксплуатации при высоких температурах,а также большая затратность при их получении. Задачей изобретения является получение состава стекла, из которого можно при меньших затратах изготовить кремнеземное волокно, имеющее очень высокую температурную стойкость и сохраняющее при этом физические характеристики, обеспечивающие дальнейшую переработку волокна и способность максимально избежать кристаллизации при длительном использовании в зоне высоких температур. Технический результат от использования изобретения состоит в получении кремнеземного волокна с более высоким температурным интервалом использования без образования респираторных кристобалитов, что повышает безопасность практического применения данного волокна и изделий из него. Этот результат достигается тем, что состав стекла для производства кремнеземного стекловолокна, устойчивого к высоким температурам, содержит 2 и 2 или 2 О в следующем количестве, мас.2 76-80, 2 или 2 О 20-24. Наличие примесей А 2 О 3,23, 2, , , , 23, 23 допускается только в виде неизбежных загрязнений сырьевых материалов и не должно превышать в сумме 1,5 мас. . Данный состав стекла предполагает только одностадийный способ получения стеклянных волокон из расплава стекломассы при более низких температурах стекловарения (1430-1440 С). Стеклянные волокна могут производиться диаметром от 6 до 16 мкм, в зависимости от назначения конечного продукта. В процессе формования на волокна наносится замасливающая композиция, обеспечивающая защиту полуфабрикатов при дальнейшей переработке до 2 7886 1 2006.02.28 поступления на кислотную обработку. Полученные изделия или полуфабрикаты подвергаются кислотной экстракции серной кислотой. Подобранные определенным образом технологические параметры кислотной обработки позволяют увеличить производительность за счет увеличения скорости выщелачивания. В процессе кислотной обработки стеклянные волокна освобождаются от растворимых в кислоте составных частей до 25 . Технический результат достигается также тем, что после кислотной экстракции кремнеземное стекловолокно, полученное из вышеописанного состава стекла и включающее 2, содержит примеси 2, А 2 О 3, 23, 2, , , , 23 и 23 в количестве 0,2-2,0 мас. . Пример 1 осуществления изобретения. Для получения непрерывного стеклянного волокна предлагаемого состава готовят шихту, содержащую (мас. ) 2 - 76 2 - 22,5 сумма оксидов - 1,5. Шихту загружают в ванную стекловаренную печь прямого нагрева и плавят при температуре 144010 С. Из расплавленной стекломассы формуют непрерывное стеклянное волокно диаметром 6-16 мкм при температуре 12005 С на 800 фильерных питателях. Выщелачивание волокна осуществляют поэтапно серной кислотой на специальном оборудовании при предварительном смачивании 65 раствором серной кислоты при температуре 15-25, дальнейшее выщелачивание осуществляют горячим раствором серной кислоты концентрацией 5 при температуре не более 90 С. Время контакта волокна с раствором не более 60 мин. Затем волокно промывают водой и высушивают при температуре 13030 С. Содержание 2 в нем составляет 0,03 . Кремнеземные материалы, обработанные подобным образом, в зависимости от назначения подвергают термической обработке при температуре выше 200 С для удаления адсорбционной и химически связанной воды. Приготовление составов стекол, выработку и выщелачивание волокна по примерам 2 и 3 осуществляют аналогично примеру 1. На фиг. 1 показаны кривые изменения прочности кремнеземных нитей при высоких температурах.- кривая состава 2 по изобретению,- кривая прототипа. На фиг. 2 - диаграмма, характеризующая степень кристаллизации кремнеземного волокна при различных температурах при нагревании в течение 24 ч.- состав 2 по изобретению,- прототип. Составы предлагаемого стекла и составы полученных кремнеземных волокон приведены в табл. 1. В табл. 2 приведены характеристики процесса выработки волокна и свойства кремнеземных материалов (нити, ткани). В табл. 3 приведены данные изменения прочности кремнеземных нитей при различных температурах, представленные графиками на фиг. 1. В табл. 4 приведены данные, показывающие зависимость степени кристаллизации кремнеземного волокна от температуры, представленные диаграммой на фиг. 2. Приведенные в табл. 2, 3 данные, а также графики на фиг. 1 подтверждают, что прочностные характеристики кремнеземных материалов, полученных из предлагаемого состава стекла, не ниже, чем у прототипа, а в условиях воздействия высоких температур даже выше, в то время как энергоемкость процесса получения волокна ниже, чем у прототипа. Как видно из диаграммы на фиг. 2 и табл. 4, волокна и материалы из предлагаемого состава обладают более высокой устойчивостью к кристаллизации по сравнению с прототипом,так как они могут длительно безопасно применяться при непрерывной температуре 1175,5 С 10 С без образования респираторных кристобалитов, в то время как прототип при температуре 1037 С 10 С. Получение стекловолокна из данного состава стекла одностадийным методом и подобранные определенным образом технологические параметры кислотной обработки волокон, полученных из данного состава стекла, повышающие скорость выщелачивания, позволяют увеличить производительность процесса, причем остаточное содержание 2 О или 2 О при полном выщелачивании составляет менее 0,1 . Технологический процесс получения кремнеземных материалов на данном составе стекла по всем технологическим стадиям обеспечивает повышение производительности, экономию сырьевых материалов и драгметаллов, снижение энергозатрат. 3 состава кремнеземных материалов 1 2 3 98,4 99,5 99,7 1,6 0,5 0,3 Таблица 2 состава 1 Исходное стеклянное волокно Максимальная темпера 1435 тура стекловаренной массы в печи, С Температура стекломассы 1203 при выработке, С Температура фильерных 1118 питателей, С Увеличение скоростей 15 намотки,к прототипу Потребляемая СПА и одностадийный фильерными питателями электроэнергия, квт/ч 10,02 Коэффициент полезного 0,83 времени (КПВ) сосуда при выработке волокна Безвозвратные потери драгметаллов, г/т волов Кремнеземная ткань Разрывная нагрузка, Н Коэффициент вариации разрывной нагрузки,Кремнеземная нить Разрывная нагрузка, Н Коэффициент вариации разрывной нагрузки,Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.