[发明专利]一种超细二氧化硅玻璃纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种玻璃纤维及其制备方法，尤其是涉及一种超细二氧化硅玻璃纤维及其制备方法。

背景技术

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，SiO₂（二氧化硅）是它形成骨架的主体，它以硅氧四面体[SiO₄]的结构组成不规则的连续网络结构。具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高等优点，作为保温吸声材料、电绝缘材料和复合材料中的增强增韧材料被广泛应用于机电、冶金、石油、化工、建筑和航空航天领域。

日本专利JP137688/95公开了一种低介电常数的玻璃纤维。该发明所述的玻璃纤维经过配料、1500℃～1550℃下电炉熔融、制备玻璃片、玻璃片在1300℃～1400℃下玻璃纤维制造炉中熔融、纺丝等工艺制备而成。

中国专利CN 100564294C公开了一种耐碱玻璃纤维的生产方法。该发明将石英砂、硝酸钾、方解石、锆英砂、纯碱、萤石粉碎混合后并搅拌均匀，送入熔化池中熔制，经澄清、均化后流入作业池内，经800～2400孔的铂金漏板中流出，表面再涂覆一层高分子乳液，最后缠绕制备成玻璃纤维。

中国专利CN 101811824B公开了一种超细玻璃棉的生产方法。该方法将碎玻璃、长石、白云石、纯碱、硼砂等原料称量、混合，并将混合料熔制，获得均匀、纯净、透明的玻璃液，再将玻璃液导入离心机纤维设备得到超细玻璃棉，纤维直径在2μm～4μm范围内。

目前国内外的玻璃纤维都是以玻璃球或废旧玻璃为基本原料，再加入其它化工原料，经过配料、高温熔制、澄清、均化、拉丝等工艺制造而成。玻璃纤维行业是一个高能耗产业，能源费用占据玻璃纤维生产成本的30%～45%，尤其是玻璃纤维窑炉和熔池能耗，占了大部分能源费用。同时，玻璃纤维生产过程中产生1400℃以上高温，同时伴有一定数量的废气、废水、废渣，造成一定环境污染。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供了一种超细二氧化硅玻璃纤维及其制备方法，使用该方法可以制备出直径达到0.5μm的超细玻璃纤维，并且在制备过程中能耗低，无废气、废水、废渣等环境污染。

为实现本发明的目的采用的技术方案是：提供一种超细二氧化硅玻璃纤维，其特征在于该超细二氧化硅玻璃纤维是以Si粉为原料，以Al粉为反应促进剂，原料经过真空球磨活化后，在大气环境下，以通电的钨丝线圈引燃促进剂，通过Si/Al粉末的自发活性燃烧制备出一种超细二氧化硅玻璃纤维。

所述超细二氧化硅玻璃纤维，其特征在于该纤维直径为0.5μm～5μm，纤维中的SiO₂含量不小于95%。

所述Si粉，其特征在于Si粉颗粒尺寸不小于200目，优选800目，纯度不小于99%，优选99.99%。

所述Al粉，其特征在于Al粉作为Si粉的反应活化剂，其颗粒尺寸不小于300目，优选625目，纯度不小于99%，优选99.99%。

所述钨丝线圈与混合粉末的距离为0mm～1mm，加热温度为1250℃～1350℃。

本发明还公开了一种上述超细二氧化硅玻璃纤维的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

（1）取一部分纯Si粉原料在球磨机中真空球磨2～4h，料球比为1:（6～10），以此减小原料颗粒尺寸，增加原料活性；

（2）按Al粉：Si粉的质量比为1:（5～20）的配比，将Al粉与Si粉混合，并在球磨机中真空球磨2～4h，料球比为1:（6～10），以此减小原料颗粒尺寸，增加原料活性；

（3）取85%～95%步骤1中所述的纯Si粉置入石墨容器中，余下的量取步骤2中所述的Si/Al混合粉末覆盖在纯Si粉上面；

（4）将钨丝线圈置于上述石墨容器中粉末上方，并对钨丝线圈通电点火，温度控制在1250℃～1350℃；

（5）粉末的燃烧反应被触发，在大气环境中自发燃烧，随着燃烧波的传播，制备出超细二氧化硅玻璃纤维。

应用效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1) 该制备方法以Si粉作为主要原料，再辅以一定数量的Al粉作为反应促进剂制备出超细二氧化硅玻璃纤维，具有原料简单，成本低的优点；

(2) 该制备方法通过钨丝线圈加热即可实现超细二氧化硅玻璃纤维的制备，取代了传统高能耗的窑炉拉丝制备方法，具有方法简单、能耗低、无污染等优点。

附图说明

图1为实施例1制备的超细二氧化硅玻璃纤维的扫描电镜照片。