Способ получения стекловолокнистых материалов
Изобретение относится к производству стеклянного волокна, в частности к способам получения высокотемпературоустойчивых кремнеземных материалов (ткань, нить, лента, вата, маты и т.п.) и обеспечивает снижение себестоимости и уменьшение кислых стоков. Способ получения стекловолокнистых материалов включает вытягивание стеклянного волокна, переработку его в материалы, предварительное смачивание раствором кислоты, нагрев смоченных раствором кислоты материалов, промывку их после нагрева, затем выщелачивание в кислотной ванне, промывку и сушку. Способ позволяет уменьшить в 2-20 раз количество кислых стоков и сократить затраты на их нейтрализацию и регенерацию, тем самым снизить себестоимость материалов на 7-10%. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„1479430 А1 (51)4 С 03 С 25/06
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ достаточное для полного вьш елачивания несиликатных компонентов, нейтрализации образующихся продуктов реакции и поддержания кислой среды в материале.
Затем смоченный растворам кислоты материал нагревают. Нагрев ведут до температуры не выше температуры кипения раствора, используемого для смачивания, Величина нижнего допустимого предела температуры, до которой нагревают материал, обусловлена составом исходного стекла. Для 2-компонентных щелачесиликатных стекол она о составляет 70-90 С, для мнагокомпоо н е нтных — 90- 1 00 С .
В процессе нагрева происходит
+ взаимодействие ионов H hllcJIoTht нанесенной на материал прн смачивании, с ионами несиликатных компоненГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4309136/29-33 (22) 25.09.87 (46) 15.05.89. Бюл. N - 18 (72) И.A.Ëàâðèíoâè÷, А.A.Àôîíñêèé, В.И.Волков и P.Н.Асташева (53) 666.1.05 (088.8) (56) Патент СИА N - 3356563, кл. 161 — 170, 1967.
Авторское свидетельство СССР
N9 804587, кл. С 03 С 25/06, 1978. (54) СПОСОБ ПОЛУ 1ЕНИЯ СТЕКЛОВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относичся к производству стеклянного волокна, в частности к способам получения высокотемперат жароустойчивых кремне земных материалов (ткань, нить, лента, !
Изобретение относится к производству стеклянных волокон, в частности к способу получения высокотемператураустойчивых кремнеземных материалов, таких как ткань, нить, лента, вата, маты и т.п., и может быть использовано на заводах стекловолокна и других предприятиях.
Цель изобретения — снижение себестоимости и уменьшение кислотных стоков
Вытягивание волокна и изготовление из него стекловолакнистых материалов производят на стандартном оборудовании. Смачивание материалов осуществляется любым известным способом.
В процессе смачивания раствор кислоты равномерно увлажняет и пропитывает материал. При этом на материал наносят определенное количество кислоты, вала, маты и т,п.) и обеспечивает снижение себестоимости и уменьшение кислых стоков. Способ получения стекловолокнистых материалов включает вытягивание стеклянного волокна, нереработки его в материалы, предварительное смачивание раствором кислоты, нагрев смоченных раствором кислоты материалов, промывку их после нагре- ва, затем выщелачивание в кислотной ванне, промывку и сушку. Способ позволяет уменьшить в 2-20 раз количество кислых стоков и сократить затраты на их нейтрализацию и регенерацию, тем самым снизить себестоимость материалов на 7-103. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
f479430
ТоВ находящихся в материале, т.е. обычная реакция выщелачивания с образованием продуктов реакции Na $Я, NaC1, и т.п. При этом продукты реакции не выводятся из массы материалов, так как ре5 акция протекает в ограниченном объеме раствора. В основном это раствор, удерживаемый стекловолокнистымматериалом, являющимся капиллярно-пористым телом, 10 при смачивании за счет капиллярных, адсорбционных и других сил. Количество такого маточного раствора зависит от структуры и массы единовременно обрабатываемого материала и составля- 15 ет порядка 100-150Х от массы последнего. В процессе нагрева маточный раствор, удерживаемый материалом, насьпцается продуктами реакции, которые могут выпадать на материале в осадок. 20
Присутствие продуктов реакции должно тормозить выщелачивание материала.
Однако общее время полного выщелачивания не только не увеличивается, но даже в ряде случаев снижается. По 25 всей вероятности, одной из причин этого является возможность разогрева материала до высоких температур как за счет внешнего подвода тепла (собственно нагрев), так и за счет тепла, выделяющегося при протекании реакции выщелачивания. Нагрев материала до температур вьппе 100 С возможен потому, что температура кипения растворов, нанесенных на материал при смачивании, выше 100 С, а объем нагреваемого раствора мал., Следует отметить, что продукты реакции, находясь в маточном растворе или на материале, не разупрочняют и не раз- 4р
Рушают материал, так как кислота при смачивании нанесена на материал с избытком и исключено взаимодействие продуктов- реакции с кремнийкислородным каркасом стекла. 45
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 несиликатных 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
Na O при нагреве может достигать менее 1-3Х в материалах из 3 и 4 компонентных стекол — 5-10X °
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 несиликатных 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 H 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 возпействие дает как бы толчок реакции, которая идет затем самопроизвольно во всей массе материала. Нагрев в течение 2 с является малоэффективным и недостаточным для возникновения реакции. Нагрев
1479430
45
55 свыше 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 выщелачивают любым известным способом с целью извлечения остаточного количества неудаленных при нагреве несиликатных компонентов.
Пример 1. Используют стеклянную ткань полотняного переплетения толщиной 0,4 мм. Ткань вырабаты" вают из комплексной крученой стеклонити линейной плотности 200 текс, изготовленной из натрийсиликатного стекла °
Образцы ткани длиной примерно по
1,0-0,5 м каждый предварительно сма-. чивают 50-55 .-ным раствором H Определяют .содержание Na<0 в образцах, нагретых до разных температур и промытых. Затем промывные образцы помещают в кислотную ванну для выщелачивания. Концентрация рабочего раствора серной кислоты в ванне о составляет 2-5, температура 90-95 С. Время вьпцелачивания образцов до остаточного содержания Na O 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 NagO в выщелоченных образцах и разрывную нагрузку. Результаты испытаний образцов ткани в зависимости от параметров обработки представлены в табл. 1. Пример 2. Паковки стеклянной крученой нити линейной плотности 200 текс, выработанной иэ натрийсиликатного стекла, смачивают 70 -ным раствором HgS04 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 SO< 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. Пример 3. Образцы волокна марки СТВ-26 массой по 20 r емачивают 30-40Х-ным раствором H 288 К (15 С) в течение 20 мин ° Привес 30 образцов после смачивания и лег. :-.: о отжима около 300 . Пропитанные образцы нагревают: 1-й образец — в лабораторном шкафу до 378-383 К (105 110 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 Na<0. Промытые образцы подвергают вьпцелачиванию горячей дистиллированной водой при 95 С в течение 30 мин, высушивают и анализируют на содержание Ма О. Результаты испытаний полученных образцов представлены в табл. 3. Данные табл.3 показывают, что в процессе нагрева смоченных, раствором кислоты образцов из них удаляется основная масса Na@0, 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 1479430 Таблица1 Нагрев Ф промывка Время выщелачива Образец Остаточное ! ния мин содержание Na<0 после промывки, % осн. ут. 5 150 12,2 2,55 1,77 1,42 1,47 0,04 0,05 0,06 0,04 0,05 705,6 676,2 715,4 764,4 2 4 627,2 597,8 637 558,6 607,6 Таблица 2 Нагрев + промывка Образец Остаточное Время воздейГаз содержание N 0 после промывки, % ствия с 44,1 47,6 50, 00 42,1 44,1 46, 1 0 05 0,06 0,08 0,05 0,07 0,08 19,3 5,2 3,1 3,3 1,8 1,5 5 Пропан-бутан 2 4 Ацетилен lt 11 этом 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 позволяет уменьшить 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 изобретения 1. Способ получения стекловолокнистых материалов путем вытягивания стеклянного волокна, переработки его в материалы, смачивания в растворе кислоты, выщелачивания в кислотной ванне, промывки и сушки, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью 10 снижения себестоимости и уменьшения кислых стоков, перед выщелачиванием материал нагревают, а затем промывают. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю15 шийся тем, что нагрев ведут пламенем газовой горелки в течение 2-10 с. 3. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что нагрев ведут 20 направленным потоком водяного пара. Свойства полученных образцов Содержание Разрывная нагрузка Nag0, % Свойства полученных образцов Содержание Разрывная нагрузка, Na 0, % Н 9 ! 1479430 Таблица 3 Образец Составитель О. Самохина Редактор И, Рыбченко Техред А. Кравчук Корректор Л. Патай Заказ 2497/21 Тираж 419 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина, 101 Остаточное содержание Na<0 после промывКИ, Ж 0,220 0,167 О, 151 Содержание Na О в вьпцелоченных образцах, Ж 0 05 0,054 0,052
