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玄武岩纤维材料的制作方法

来源:作者:发布时间:2020-04-06 20:05

 专利称号:玄武岩纤维资料的制作方法
技能领域:
本创造触及具有优胜的吸声和耐热功能的玄武岩纤维。更详细地说,本创造触及 具有优胜的吸声和耐热功能的价格廉价的耐热玄武岩纤维,所述耐热玄武岩纤维可适用于 轿车消声器等。
布景技能:
轿车消声器是用于吸收排气噪声的部件。它们现在运用玻璃纤维作为吸声资料。 因为近来趋向于为在轿车发动机中节省越来越多的能量和日益严厉的废气排放法规而采 取办法的成果,发动机温度变得更高。这导致在消声器处排气温度为800°C或更高。因而, 迫切需求供给在消声器中具有更高耐热功能的吸声资料。在制作耐热玻璃纤维的比方中,将E玻璃纤维用酸处理。详细地说,将具有组成为 50-63wt. % 的 Si02,12-16wt. % 的 A1203,8_13wt. % 的 B203,15_20wt. %的 CaO+MgO和微量Na20+K20的一般E玻璃纤维饱尝用比方9_12wt. %盐酸浓度在40-70°C下浸 渍处理大约30分钟到几小时。这导致在外表层部分中构成具有Si02含量按分量计达80% 或更高的石英玻璃,因而使纤维具有耐热功能。这种经过酸处理的E玻璃纤维的有利之处在于,因为在它的纺丝温度和液相温度 之间有很大差异,所以它能够便利而廉价地长丝并捻。但是,作为用于其排气温度 或许到达700°C或更高的吸声器的吸声资料,上述纤维的耐热功能缺乏和不适用。虽然S玻 璃纤维具有高耐热功能并可用作吸声资料,但S玻璃纤维的价格很贵。日本专利公报No. 2001-206733A揭露了一种耐热玻璃纤维,所述耐热玻璃 纤维适合于用在轿车消声器中作为吸声资料,在上述轿车消声器处排气温度到达800°C或 更高。玻璃纤维具有一种玻璃组成,所述玻璃组成用于整个纤维和根本上按分量百分数计, 含有 56 % -58. 5 % 的 Si02,12-17 % 的 A1203,16-27 % 的 CaO, 1-9 % 的 MgO, 0-1 % 的 Na20 和 0-1 %的K20,而且既不含B203也不含F2,此处外表层部分由含90wt. %或更高的Si02的石英 玻璃构成。上述专利文献还揭露了经过使上述组成的玻璃纤维的外表饱尝用无机酸进行酸 处理而得到的耐热玻璃纤维。其间,用天然产的玄武岩矿石制成的玄武岩长丝与一般的玻璃长丝 比较价格很廉价。但是,当玄武岩长丝在大约750°C-90首要是由Si02,A1203和CaO组成的市售玻璃纤维当露出于排气体系的高温 气体中时,使吸声功能和经用功能遭到危害的问题。首要是由Si02,A1A和MgO组成的市售玻璃纤维当露出于排气体系的高温气体中时,使吸声功能和经用功能遭到危害的问题。市售玻璃长丝价格贵。考虑运用天然产资料的玄武岩纤维处理上述问题_。典型的比方是两 种玄武岩纤维,所述两种玄武岩纤维组成安稳并可很多运用,亦即一种具有较很多Si02的 矿石和一种具有较小量Si02的矿石,它们二者都具有大 致相同的A1203量。虽然用矿石A作为质料的玄武岩纤维能够长丝并捻成纤维,但终究取得 的玄武岩纤维在超越750°C的温度范围下具有耐热性问题。另一方面,矿石B用于很多生产 纤维伴随着较高的能量本钱。因而,还没有能满意耐热性,低本钱和高运用寿命要求的吸声玻璃纤维或隔热 部件资料可用于轿车运用。日本专利公报No. 2001-315588A揭露了一种创造,所述创造将玄武岩纤维 加到树脂中用于轿车内部资料。

创造内容
经过创造人进行的研讨显现,由运用天然产玄武岩矿石制成的玄武岩长丝所发生 的上述问题是因为下列原因引起。完美的玻璃相的部分结晶效果扩展,而Ca-Si-0低熔点晶体相的扩展引起纤 维彼此粘合,导致固化效果和失掉挠性,使表观纤维直径添加超越单根纤维的直径几倍。完美的玻璃相彻底转变成结晶相,导致失掉挠性。市售玻璃纤维是经过将包含玻璃网络构成体和网络改性体的氧化物资料混合 到预订的组成并在高温下熔化上述混合物而制作,因为高的资料本钱,需求粉末混合法,和 高资料熔化温度而导致高制作本钱。玄武岩纤维用天然资料制作,因而它的制作本钱比市售玻璃纤维的制作本钱 低。用于中温的矿石B具有较少的Si02,而且它在高温熔融的资猜中的粘度低,因而能制作 具有纤维直径为等于或小于20 ym的长丝。但是,玻璃相在750°C或更高的温度下结晶,这 样使资料耐热功能低质。另一方面,用于高温的矿石A虽然结晶效果在大约850°C下扩展, 但在高温下能够坚持它的玻璃相,而且它具有高耐热功能。但是,它在高温下具有高粘度, 这样为了很多生产必需添加熔化温度,导致能量本钱添加。因而,本创造的意图是运用玄武岩矿石构成和坚持网络构成体和玻璃改性体,防 止结晶效果和玄武岩纤维的粘合,显著地添加玄武岩纤维的耐热功能而从惯例750°C到 850或900°C,并到达相对惯例产品大大下降本钱。创造人意识到,经过相对于玄武岩矿石选定用于网络成形物和玻璃改性体的氧化 物及优化它们的参加量,能够阻挠结晶效果和玄武岩纤维的粘合,并能够到达大大改进耐 热功能。因而,到达本创造的意图。在一方面,本创造供给一种玄武岩纤维资料,其运用玄武岩石作为质料,将一种或 多种选自A1203,Si02, CaO和MgO的氧化物加到上述质猜中。在本创造的玄武岩纤维资猜中,参加的最佳氧化物量如下参加的氧化物包含一种成分,所述一种成分经过外部参加的参加量相对于 lOOwt. %的玄武岩岩石为1. 0-40wt. %,优选的是10-30wt. %0
参加的氧化物包含两种成分,所述两种成分经过外部参加的参加总量相对于 lOOwt. %的玄武岩岩石为1. 0-70wt. %,优选的是10-60wt. %0参加的氧化物包含三种或多种成分,所述三种或多种成分经过外部参加的加 入总量相对于lOOwt. %的玄武岩岩石为1. 0-60wt. %,而优选的是10-50wt. %。在第二方面,本创造还供给一种玄武岩纤维资料,所述玄武岩纤维资料运用两种 含不同量元素的玄武岩岩石作为质料。在本创造中,两种含不同量元素的玄武岩岩石触及 一种高温玄武岩矿石和一种中温玄武岩矿石,上述高温玄武岩矿石具有Si元素含量为约28. 7wt. %和Si02含量 为约61. 5wt. %,而上述中温玄武岩矿石具有Si元素含量为约26. Owt. %和A1203含量为约 16. 5wt. %。在第三方面,本创造还供给一种玄武岩纤维资料,其运用两种含有不同元素量的 玄武岩岩石作为质料,将一种或多种选自A1203,Si02,Ca0和MgO的氧化物加到上述质猜中。像在榜首创造的玄武岩纤维资猜中那样,参加的最佳氧化物量如下参加的氧化物包含一种成分,所述一种成分经过外部参加的参加量相对于 100wt. %的玄武岩岩石为1. 0-40wt. %,而优选的是10-30wt. %0参加的氧化物包含两种部分,所述两种成分经过外部参加的参加总量相对于 100wt. %的玄武岩岩石为1. 0-70wt. %,而优选的是10-60wt. %0参加的氧化物包含三种或多种部分,所述三种或多种成分经过外部参加的加 入总量相对于lOOwt. %的玄武岩岩石为1. 0-60wt. %,而优选的是10-50wt. %。在第四方面,本创造供给一种耐热吸声的资料,所述耐热吸声的资料包含上述玄 武岩纤维资料。在第五方面,本创造供给一种消声器,所述消声器包含上述玄武岩纤维资料作为 耐热吸声的资料。别的,依照本创造,经过适宜地选定用于网络构成体和玻璃改性体的氧化物并优 化相对于玄武岩矿石参加的氧化物量,及运用两种含不同量元素的玄武岩矿石作为质料, 亦即,一种含根本上相同量的A1203和较很多Si02的高温矿石和一种含较小量Si02的 中温矿石,能够阻挠结晶效果和玄武岩纤维的粘合,并能够大大改进耐热功能。
详细施行例方法作为质料用于依照本创造所述玄武岩纤维的玄武岩岩石是一种火 成岩。构成的矿藏的首要比方包含⑴斜长石Na-Ca ; 辉石2[206];和橄榄石 2Si04。乌克兰的产品是质优而 价廉。表1和表2示出经过对高温玄武岩矿石,中温玄武岩矿石,及由85%高温矿石和15%中温矿石组成的玻璃进行ICP剖析 所测定的元素比和等效氧化物组成比。表 1
表2 下面阐明本创造的一些示例。将在研钵中磨碎的玄武岩矿石和各种类型氧化物用球磨机混 合12小时,将混合物在衬有钼箔的氧化铝坩埚中于1430°C下加热4小时,然后缓慢地冷却, 由此制备玻璃化的样品。在样品于800°C,850°C和900°C下热处理50-200小时之后,用X射线粉末衍射法
查验是否有结晶相和玻璃相。表3-8示出查验成果,其间字母A-D代表下列特征A 独自玻璃相B 较多玻璃相和较少结晶相
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C 较少玻璃相和较多结晶相D 独自结晶相耐热性的优胜性按A B C D的顺序排列,而且A和B标明在耐热性方面的 实用性。表3 表4 表 5 表 6 从表3-8所列的成果发现下列状况加Ti02不发生玻璃化,不能阻挠在热处理之后的结晶效果。加Na20不能阻挠在热处理之后的结晶效果。虽然加Si02鉴别出结晶相,但假如参加的Si02的量添加,可阻挠结晶相的扩展。虽然经过添加A1203参加量能够添加阻挠结晶效果,但假如参加量过多则玻璃 化变得困难。虽然在800°C下热处理的状况下参加CaO能够阻挠结晶效果,但在850°C或更 高温度下,结晶效果敏捷扩展。参加MgO不能阻挠结晶效果,而且假如参加MgO量过多玻璃化也变得困难。将已用破碎机破碎的玄武岩岩石与各种类型氧化物在玛瑙研钵中混合。混合物在衬有钼箔的氧化铝坩埚中于1430°C下加热4小时,然后缓慢地冷却,由 此制备玻璃化的样品。在样品于800°C,850°C和900°C下热处理50-200小时之后,经过X射线粉末衍射
法查验是否有结晶相和玻璃相。表9-11示出查验的成果,其间字母A-D代表如上所述相同的特征。A和B标明优 越的耐热功能,因而它们具有实用性。表9
C
表10
表11 从表9-11所列的成果能够发现下述状况参加Si02/Al203氧化物在800°C下热处理200小时的状况下彻底阻挠结晶作 用。在850°C下热处理200小时和在900°C下热处理200小时的状况下,它还能坚持很多的玻璃相,并因而阻挠结晶相的扩展。参加Si02/Ca0氧化物在800°C下热处理200小时的状况下彻底阻挠结晶效果。 但是,在850°C下热处理200小时和在900°C下热处理200小时的状况下,它不能阻挠结晶效果。参加Si02/Mg0氧化物在800°C下热处理200小时的状况下趋向于阻挠结晶作 用。但是,在850°C下热处理200小时和在900°C下热处理200小时的状况下,它不能阻挠
结晶效果。参加Al203/Mg0氧化物不发生玻璃化且不能阻挠结晶效果。参加Al203/Ca0氧化物不发生玻璃化且不能阻挠结晶效果。成果标明,显现阻挠结晶效果,亦即玄武岩岩石在饱尝热处理之后改进耐热功能 的效果的二元氧化物能够排序如下Si02 : 20wt.% /A1203 :20wt. % Si02/Ca0 Si02/Mg0 A1203 :20wt. % /MgO A1203 :20wt. % /CaO。尤其是,很显然,参加20wt. %的Si02和20wt. %的A1203显著地改进 了玄武岩纤维的耐热功能从现在的大约750°C到850°C或900°C。将已用破碎机破碎的玄武岩岩石和三种类型氧化物Si02, A1A和MgO在玛瑙研钵中混合。将混合物在衬有钼箔的氧化铝坩埚中于1430°C下加热4 小时,然后缓慢地冷却,由此制备玻璃化的样品。在样品于800°C,850°C和900°C下热处理50-200小时之后,用X射线粉末衍射法
查验是否有结晶相和玻璃相。表12示出查验的成果,其间字母A-D代表如上所述相同的特性。A和B标明优胜 的耐热功能,因而它们具有实用性。表 12 表12标明,在参加三种类型氧化物Si02,A1203,MgO的一切组成中,在800°C下热 处理的状况下,调查到了阻挠结晶效果的效果。但是,在850°C或更高温度下热处理的状况 下,未调查到阻挠效果。
将已在研钵中磨碎的玄武岩岩石和玄武岩岩石用球磨机混合12小时。将混合物在衬有钼箔的氧化铝坩埚中于1430°C下加热4小 时,然后缓慢地冷却,由此制备玻璃化的样品。样品在800°C,850°C和900°C下热处理50-200小时之后,经过X射线粉末衍射法
查验是否有结晶相和玻璃相。表13示出查验成果,其间字母A-D代表如上所述相同的特征。A和B标明优胜的 耐热功能,因而具有实用性。表 13 从表13所示的成果,能够发现,经过用两种含不同量元素的玄武岩岩石作为原 料,亦即具有约61. 5wt. %的Si02的高温玄武岩矿石和具有约16. 5wt. %的 A1203的中温玄武岩矿石,在于800°C下热处理200小时,850°C下热处理200小 时,和900°C下热处理200小时的状况下,坚持了很多的玻璃相,并能够阻挠结晶相扩展。将已用破碎机破碎的玄武岩岩石和A1203氧化物在玛瑙研钵 中混合。将混合物在衬有钼箔的氧化铝坩埚中于1430°C下加热4小时,然后缓慢地冷却,由 此制备玻璃化的样品。在样品于800°C,850°C和900°C下热处理50-200小时后,用X射线粉末衍射法检
验是否有结晶相和玻璃相。表14示出了查验的成果,其间字母A-D代表如上所述相同的特色。A和B标明优 越的耐热功能,而且它们具有实用性。表14 从表14中所示的成果,能够发现,即便在玄武岩岩石中,也存在必定 量的待参加的氧化物,使得在于800°C下热处理200小时,850°C下处理200小时,和900°C 下热处理200小时的状况下,坚持了很多的玻璃相,并能够阻挠结晶相扩展。依照本创造,能够阻挠结晶效果和玄武岩纤维的粘结,而且耐热功能能够显著地 改进。成果,本创造能够用低本钱供给一种适合于消声器等的耐热的吸声资料。依据本创造的一方面,供给一种玄武岩纤维资料,包含玄武岩岩石作为质料,一种 或多种从A1203,Si02, CaO和MgO中选定的氧化物加到上述质猜中。依据如上一方面所述的玄武岩纤维资料,其间,参加的氧化物包含一种成分,所述 一种成分经过外部参加的参加量相对于lOOwt. %玄武岩岩石为l_40wt. %。依据如上一方面所述的玄武岩纤维资料,其间,参加的氧化物包含两种成分,所述 两种成分经过外部参加的参加总量相对于lOOwt. %玄武岩岩石为l_70wt. %。依据如上一方面所述的玄武岩纤维资料,其间,参加的氧化物包含三种或多 种成分,所述三种或多种成分经过外部参加的参加总量相对于lOOwt. %玄武岩岩石为 l-60wt. %。依据本创造的另一方面,供给一种玄武岩纤维资料,包含两种含不同量元素的玄 武岩岩石作为质料。依据本创造的又一方面,供给一种玄武岩纤维资料,包含两种含不同量元素的玄 武岩岩石作为质料,一种或多种从A1203,Si02,Ca0和MgO中选定的氧化物加到上述质猜中。依据上述又一方面所述的玄武岩纤维资料,其间,参加的氧化物包含一种成分,所 述一种成分经过外部参加的参加量相对于lOOwt. %玄武岩岩石为l_40wt. %。依据上述又一方面所述的玄武岩纤维资料,其间,参加的氧化物包含两种成分,所 述两种成分经过外部参加的参加总量相对于lOOwt. %玄武岩岩石为l_70wt. %。依据上述又一方面所述的玄武岩纤维资料,其间,参加的氧化物包含三种或多 种成分,所述三种或多种成分经过外部参加的参加总量相对于lOOwt. %玄武岩岩石为 l-60wt. %。本创造供给一种耐热吸声的资料,包含依照以上任一项所述的玄武岩纤维资料。本创造供给一种消声器,包含依照以上任一项所述的玄武岩纤维资料作为耐热吸 声的资料。
1权利要求
一种玄武岩纤维资料,包含两种含不同量元素的玄武岩岩石作为质料。
2.依照权利要求1所述的玄武岩纤维资料,其间,所述两种玄武岩岩石由10-30wt.% 的中温玄武岩矿石和90-70wt. %的高温玄武岩矿石组成。
3.一种耐热吸声的资料,包含依照权利要求1或2所述的玄武岩纤维资料。
4.一种消声器,包含依照权利要求1或2所述的玄武岩纤维资料作为耐热吸声的资料。
全文摘要
本创造触及玄武岩纤维资料和包含所述玄武岩纤维资料的耐热吸声的资料和消声器。运用玄武岩矿石构成和坚持网络构成体和玻璃改性体,并阻挠结晶效果和玄武岩纤维的粘合。玄武岩纤维的耐热功能从惯例的750℃到850或900℃而显著地改进,并完成了比较惯例产品下降相当大的本钱。供给具有两种含不同量元素的玄武岩岩石作为质料的玄武岩纤维资料。其间,所述两种玄武岩岩石由10-30wt.%的中温玄武岩矿石和90-70wt.%的高温玄武岩矿石组成。
文档编号C03B37/00GK101851062SQ20101020398
揭露日2010年10月6日 请求日期2006年6月6日 优先权日2005年6月6日
创造者中川敬章, 今村一巳, 田中熏, 神谷纯生, 笹木宏格 请求人:丰田主动车株式会社;中川工业株式会社
文章标题: 玄武岩纤维资料的制作方法 文章地址: http://www.sctmjh.com/dangqunjianshe/98287.html