Способ получения стекловолокнистых материалов

,801479 3 С 25/06 51 4 О АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМ И ЕТЕЛЬСТ вала, маты и т,п.) и обснижение себестоимостикислых стоков, Способ пловолакнистых материало спечива уменьшение 18.А.Афонский,учени ключ стекв ает выокна, нере- предвариром кислоты, м кислоты гивание стеклянного во работки его в материалы,тельное смачивание раствнагрев смоченных растворматериалов, промывку их ство СССР5/06, 1978 после нагре в кислотной вание сушку 2 - 20 и сок а, затем выщелаанне, промывку ЕКЛОВОЛОКСпособ позраз количестатить затратыгенерацию,имость маваляет уменьши во кислых сто на их нейтралися к произ окна, в час о и ния высо тем самым снизтериалов на 73 табл. ебесто 2 з.п. ь Е неземных ь, лент статочное для полного вьшелачива ия несилика зации об аз я высокоремнеземны ржа ции ате ань, нить,и может одах стекло ятиях, м риале.Затем смоченный растворам кислоты материал нагревают. Нагрев ведут до температуры не вьш е температуры кипения раствора, используемого для смачивания, Величина нижнего допустимого предела температуры, до которой нагревают материал, обусловлена составом исходного стекла. Для 2-компонентных щелачесиликатн стекол онаосоставляет 70-90 С, для гокомпоонентных - 90-100 С.В процессе нагрева происходит взаимодействие ионов Н кислоты, нанесенной на материал при смачивании, с ионами несиликатных компоненента, ватаыть испольолокна и дЦель изо маты и т.повано на за гих предпретения уменьшени ижени б е кислотных ти ои токов,Вытяовление иал нег ыхмно рудоосущес и ани любым известным сп о ет слоты е смачивания раство В праце равноме материа сят опр ислоты,ленное количест ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение атноводству стеклянного вности к способам получтемпературоустойчивыхматериалов (ткань, нит Изобретение относится к произодству стеклянных волокон, в час ости к способу полученемпературоустойчивыхатериалов, таких как т гивание волокна и изг стекловолокнистых ма дят на стандартном об Смачивание материалов влажняет и пропитывает ри этом на материал на ых компонентов, неитра ющихся продуктов реакния кислой среды в1479430тов, находящихся в материале, т.е.обычная реакция выщелачивания с образованием продуктов реакции ЯаЯЯ, НаС 1,и т.п. При этом продукты реакции не выводятся из массы материалов, так как ре 5акция протекает в ограниченном объемераствора. В основном это раствор, удерживаемый стекловолокнистымматериалом,являющимся капиллярно-пористым телом, 1 рпри смачивании за счет капиллярных,адсорбционных и других сил, Количество такого маточного раствора зависитот структуры и массы единовременнообрабатываемого материала и составляет порядка 100-1502 от массы последнего. В процессе нагрева маточныйраствор, удерживаемый материалом,насьпцается продуктами реакции, которыемогут выпадать на материале в осадок. 20Присутствие продуктов реакции должнотормозить выщелачивание материала.Однако общее время полного выщелачивания не только не увеличивается, нодаже в ряде случаев снижается. По 25всей вероятности, одной Гиз причинэтого является возможность разогреваматериала до высоких температур какза счет внешнего подвода тепла(собственно нагрев), так и за счеттепла, выделяющегося при протеканииреакции выщелачивания, Нагрев материала до температур вьппе 100 С возможенпотому, что температура кипения растворов, нанесенных на материал присмачивании, выше 100 С, а объем нагреваемого раствора мал., Следуетотметить, что продукты реакции,находясь в маточном растворе или наматериале, не разупрочняют и не разРушают материал, так как кислотапри смачивании нанесена на материалс избытком и исключено взаимодействиепродуктов реакции с кремнийкислородным каркасом стекла. 45 30 Реакция взаимодействия без отвода продуктов реакции между ионами Н+ кислоты и ионами несиликатных составляющих стекла при нагреве смоченного раствором кислоты материала продолжается до достижения некоторого равновесного остаточного содержания не- силикатных компонентов в материале. Величина этой равновесной концентрации зависит от состава исходного стекла, температуры нагрева материала, концентрации раствора для смачивания и других факторов,В стекловолокнистых материалах из 2-компонентных натрийсиликатных стекол остаточная равновесная концентрация НаО при нагреве может достигать менее 1-3 Х, в материалах из 3 и 4 компонентных стекол - 5-107.Нижний предел температуры, до которой ведут нагрев материала, обусловлен тем, что более низкотемпературный нагрев менее эффективен. При температурах выше температуры кипе-, ния раствора, нанесенного на материал, возникает опасность испарения кислоты, что ухудшает условия труда и эксплуатации оборудования. Кроме того, более интенсивно испаряется и влага, что повышает величину равновесной остаточной концентрации не- силикатных компонентов в материалах.В каждом конкретном случае величины температуры и времени нагрева материала подбираются опытным путем в зависимости от состава исходного стекла, концентрации раствора для смачивания, массы материала и др.С целью уменьшения расхода энергоресурсов и сокращения времени нагрев смоченного раствором кислоты материала, оформленного в большие массы(например рулон ткани, мата, войлока, паковка нити и т,п.) может осуществляться путем местного кратковременного (в течение 2-10 с) воздействия на него пламени газовой горелки с температурой 1200-2100 С в зависимости от используемого газа (пропан-бутан, ацетилен и др.). При этом в месте высокотемпературного воздействия начинается реакция взаимодействия между. ионами Н нанесенной на материал кислоты и несиликатными ионами стекла. Эта реакция, как известно, является экзотермической, т.е. идет с выделением тепла. За счет выделяющегося тепла происходит дальнейший разогрев материала, который постепенно распространяется на всю его массу, в результате чего реакция взаимодействия продолжается, несмотря на прекращение воздействия пламени газовой горелки. Таким образом,высокотемпературное воздействие дает как бы толчок реакции, которая идетзатем самопроизвольно во всей массематериала. Нагрев в течение 2 с является малоэффективным и недостаточнымдля возникновения реакции. Нагревсвыше 10 с проводит к перегреву материала в месте воздействия и его спеканию или разупрочнению.Для исключения испарения воды из маточного раствора, удерживаемого материалом при смачивании, нагрев может осуществляться направленным потоком водяного пара, которым обдувают материал. При этом помимо нагрева материала до требуемой температуры происходит и некоторое разбавление маточного раствора за счет частичной концентрации пара на материале, .что интенсифицирует процесс.После нагрева материал промывают любым известным способом с целью удаления образовавшихся на материале в процессе нагрева продуктов реакции, Затем промытый материал вьпцелачивают любым известным способом с целью извлечения остаточного количества неудаленных при нагреве несиликатных компонентов.П р и м е р 1. Используют стеклянную ткань полотняного переплетения толщиной 0,4 мм. Ткань вырабаты" вают из комплексной крученой стекло- нити линейной плотности 200 текс, изготовленной из натрийсиликатного стеклаОбразцы ткани длиной примерно по 1,0-0,5 м каждый предварительно сма-. чивают 50-55 .-ным раствором Н 80 4 при 15 С в течение 5-10 мин. Привес образцов после смачивания 100- 120 . . Затем пропитанные образцы нагревают до 60; 90; 105; 120 и 150 С в течение 10-15 мин. Нагрев осуществляют водяным паром, Затем образцы промывают путем окунания в теплую водопроводную воду при 40-бО С. Отмывку ведут до рН промывных вод не менее 1.Определяют содержание БаО в образцах, нагретых до разных температур и промытых. Затем промывные образцы помещают в кислотную ванну для выщелачивания. Концентрация рабочего раствора серной кислоты в ваннео составляет 2-5 , температура 90-95 С. Время вьпцелачивания образцов до остаточного содержания ЗаО в них менее 0,1 составляет 5-10 мин.После вьпцелачивания в кислотной ванне образцы промывают дистиллированной водой, а затем высушивают при 100-110 С. Определяют остаточное содержание НаО в выщелоченных образцах и разрывную нагрузку.10 15 20 25 35 40 45 50 55 Данные табл.3 показывают, что в процессе нагрева смоченных, раствором кислоты образцов из них удаляется основная масса ХаО, что позволяет вести их окончательное вьпцелачивание даже горячей водой, Загрязнение ванны продуктами реакции во много раз меньше, чем при обработке по способу-прототипу. Расход кислоты при Результаты испытаний образцов ткани в зависимости от параметров обработки представлены в табл. 1.П р и м е р 2. Паковки стеклянной крученой нити линейной плотности 200 текс, выработанной иэ натрийсиликатного стекла, смачивают70 -ным раствором НЯ 04 при 12 С в течение 5 мин. Затем нить подвергают воздействию пламени (2000 С).Время воздействия в том и другом случае составляет 1; 2; 5; 10 и 30 с. Затем нить промывают водопроводной водой и помещают в кислотную ванну, Концентрация раствора Н БО в ванне 5-7 , температура 90 - 95 С, время выщелачивания 20 мин, Результаты опыта представлены в табл. 2.Разрывную нагрузку нити определяют при зажимной длине 500 мм в зажимах улиткового типа. В табл. 2 даны средние значения разрывной нагрузки из 10 определений для каждого образца.П р и м е р 3. Образцы волокна марки СТВб массой по 20 г емачивают 30-402-ным раствором НБО ф при288 К (15 С) в течение 20 минПривесобразцов после смачивания и лег;:.:оотжима около 300 . Пропитанные образцы нагревают: 1-й образец - в лабораторном шкафу до 378-383 К (105110 С); 2-й образец - путем воэдействия пламени газовой горелки, работающей на пропан-бутане, в течение 7 с; 3-й образец - путем воздействия направленного потока водяного пара с температурой 105 С. Затем образцы промывают дистиллированной водой при комнатной температуре и определяют содержание в них МаО.Промытые образцы подвергают вьпцелачивацию горячей дистиллированной водой при 95 С в течение 30 мин, высушивают и анализируют на содержание МаО.Результаты испытаний полученных образцов представлены в табл. 3.1479430 Таблица 1 Нагрев Ф промывка Время выщелачива Образец Остаточное СодержаниеХаО, % Разрывная нагрузка ния мин содержание НаО после промывки, % осн. ут,20 10 5 5 5 60 90 105 120 150 12,22,55 1,77 1,42 1,47 0,04 0,05 0,06 0,04 0,05 705,6 735 676,2 715,4764,4 1 2 3 4 5 627,2 597,8 637 558,6 607,6 Таблица 2 Нагрев + промывка Образец Остаточное Время воздействияс1 Газ содержаниеИО послепромывки, % 44, 1 47,6 50, 00 42, 1 44,1 46,1 0,05 0,06 0,08 0,05 0,07 0,08 9,3 5,2 3,1 3,3 Пропан-бутанн нАцетилен 4 5 6 5 10этом снижается не только за счет уменьшения кислых стоков на единицу продуккии, но также за счет использования для окончательного выщелачивания воды вместо раствора кислоты. Таким образом, способ позволяетуменьшить в 2-20 раз количество кислых стоков и, следовательно, сократить затраты на их нейтрализацию или регенерацию, уменьшить расход реагентов примерно на 20-40% и тем самым снизить себестоимость получаемых кремнеземных материалов примерно на 7-10% при одновременном обеспечении возможности получения кремнеземных материалов с равномерными прочностными свойствами и однород, ным химическим составом. Формула из обретения1, Способ получения стекловолокнистых материалов путем вытягиваниястеклянного волокна, переработки егов материалы, смачивания в растворекислоты, выщелачивания в кислотнойванне, промывки и сушки, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью 10 снижения себестоимости и .уменьшениякислых стоков, перед выщелачиваниемматериал нагревают, а затем промывают.2, Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что нагрев ведут пламенем газовой горелки в течение2-10 с,3. Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что нагрев ведут 20 направленным потоком водяного пара. Свойства полученных образцов Свойства полученных образцов Содержание Разрывная нагрузка,МаО, % Н1479430 Таблица 3 Образец Составитель О. СамохинаРедактор И, Рыбченко Техред А. Кравчук Корректор Л. Патай Заказ 2497/21 Тираж 419 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 Остаточное содержание На 0после промывки Уф 0,220 0,167 О, 151 СодержаниеЮа О в вьпцелоченных образцах, Х 0,050,0540,052