一種聚磷酸鈣纖維的制備方法及生產(chǎn)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無機(jī)聚合物纖維材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種聚磷酸鈣纖維的制備方法及生產(chǎn)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，具有強(qiáng)度大，彈性模量高，伸長率低等優(yōu)點，通常作為復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料、電絕緣材料等，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。
[0003]聚磷酸鈣纖維屬于磷酸鹽玻璃纖維，是一種合成的無機(jī)聚合物晶質(zhì)纖維，其主要成分為ZnO、CaO、P2O5，具有高強(qiáng)度、高模量、可控降解速率、熱穩(wěn)定性高、較低的吸水率、不易纏結(jié)成團(tuán)及與基體形成良好界面等優(yōu)良特征，可用于生物醫(yī)用材料、包裝材料、摩擦材料、塑料地板底襯材料等的增強(qiáng)材料使用。聚磷酸鈣纖維具有玻璃纖維的一般特性，與同等直徑的玻璃纖維相比較，普通玻璃纖維直徑在10土um時的抗拉強(qiáng)度為0.6-1.2GPa，彈性模量為12~15GPa，而聚磷酸鈣纖維的拉伸強(qiáng)度為1.0-1.2GPa，彈性模量為40~56GPa。
[0004]目前玻璃纖維的生產(chǎn)工藝有池窯拉絲法和坩禍拉絲法兩種。坩禍拉絲法采用先將天然礦石制成玻璃球，再用玻璃球熔化拉絲的方法進(jìn)行生產(chǎn)。由于需要二次熔化，能源消耗大，在小規(guī)模生產(chǎn)中，工藝參數(shù)不易控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，生產(chǎn)效率低，成本高。池窯拉絲法是將塊狀材料制成粉料，投入單元窯熔化成玻璃液，經(jīng)澄清、均化和溫度調(diào)控，由漏板流出，形成纖維，再經(jīng)冷卻器冷卻、涂敷浸潤劑后被高速旋轉(zhuǎn)的拉絲機(jī)拉制卷繞成型。池窯拉絲法生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低，勞動效率高。目前池窯拉絲均為大型企業(yè)，年生產(chǎn)量大，投資大、能耗高、污染大，不能滿足實驗室科研或小批量生產(chǎn)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的種種技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠滿足實驗室科研或小批量生產(chǎn)要求的一種聚磷酸鈣纖維的制備方法及生產(chǎn)設(shè)備。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來具體實現(xiàn):
一種聚磷酸鈣纖維的制備方法，包括如下步驟:
步驟一:將聚磷酸鈣纖維原料粉末放入融化池中，電極加熱升溫至900-1200°C保溫，形成聚磷酸鈣溶液；
步驟二:聚磷酸鈣溶液流入拉絲池窯，溫度保持在800-1000°C ;
步驟三:聚磷酸鈣溶液從拉絲池窯流出后纏繞在拉絲機(jī)滾筒上，以300-1500米/分鐘的速率進(jìn)行拉絲，同時對拉絲進(jìn)行冷卻，形成聚磷酸鈣纖維。
[0007]進(jìn)一步的，步驟一中保溫時間為30-90分鐘。
[0008]一種聚磷酸鈣纖維的生產(chǎn)設(shè)備，包括高溫熔窯、拉絲裝置與冷卻裝置，所述高溫熔窯包括熔化池窯與拉絲池窯，所述熔化池窯與拉絲池窯通過液流通道連通，所述拉絲裝置設(shè)置在所述拉絲池窯外側(cè)，在所述熔化池窯、液流通道與拉絲池窯內(nèi)設(shè)置有電極，所述拉絲池窯底部設(shè)置有下漏裝置。
[0009]進(jìn)一步的，所述電極包括棒狀電極與板狀電極，所述棒狀電極設(shè)置在所述熔化池窯底部，所述板狀電極設(shè)置在液流通道與拉絲池窯內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步的，所述棒狀電極與板狀電極均為一個或多個，所述電極均為鉬電極。
[0011]進(jìn)一步的，所述電極通過電極磚固定。
[0012]進(jìn)一步的，在所述棒狀電極外由外向內(nèi)依次套設(shè)剛玉保護(hù)套管與不銹鋼保護(hù)套管。
[0013]進(jìn)一步的，所述液流通道為U型，在所述熔化池窯與液流通道連接處設(shè)置有堵頭。
[0014]進(jìn)一步的，所述拉絲裝置包括電動機(jī)、傳動箱、機(jī)頭軸、機(jī)頭、排線器組成，所述電動機(jī)連接傳動箱，傳動箱分別于排線器和機(jī)頭軸連接，所述機(jī)頭與機(jī)頭軸連接。
[0015]進(jìn)一步的，所述冷卻裝置包括壓縮機(jī)、儲氣罐、氣閥與冷卻風(fēng)板和噴嘴，所述壓縮機(jī)、儲氣罐通過輸氣管路與冷卻風(fēng)板或噴嘴相連通，所述氣閥設(shè)置在所述輸氣管路上。
[0016]有益效果:
本發(fā)明公開的聚磷酸鈣纖維的制備方法和生產(chǎn)設(shè)備，通過電加熱對聚磷酸鈣原料進(jìn)行加熱，不產(chǎn)生廢氣，占地面積小，熱量散失少，配合料組分揮發(fā)小，易于調(diào)節(jié)控制、熱工制度穩(wěn)定，特別適合基于科研的需要，適合生產(chǎn)量小且在室內(nèi)或通風(fēng)環(huán)境較差的情況下使用。
【附圖說明】
[0017]下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018]圖1是本發(fā)明公開的一種聚磷酸鈣纖維生產(chǎn)設(shè)備剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明公開的一種聚磷酸鈣纖維生產(chǎn)設(shè)備的拉絲裝置結(jié)構(gòu)簡圖；
圖3是本發(fā)明公開的一種聚磷酸鈣纖維生產(chǎn)設(shè)備的冷卻裝置結(jié)構(gòu)簡圖。
[0019]其中:
1-拉絲池窯，2-拉絲池窯頂蓋，3-窯體外殼，4-板狀鉬電極，5-熔化池窯，6-熔化池窯頂蓋，7-棒狀電極，8-電極磚，9-剛玉保護(hù)套管，10-不銹鋼保護(hù)套管，11-堵頭，12-液流通道，13-漏板，14-漏嘴，15-滾筒，16-軸承座，17-機(jī)頭軸，18-機(jī)頭，19-排線器，20-傳動箱，21-電動機(jī)，22-壓縮機(jī)，23-儲氣罐，24-氣閥，25-第一冷卻部分，26-冷卻風(fēng)板，27-第二冷卻部分，28-第三冷卻部分，29-冷卻氣噴嘴。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，一種聚磷酸鈣纖維的生產(chǎn)設(shè)備，由高溫熔窯、拉絲裝置與冷卻裝置三部分組成。高溫熔窯由熔化池窯5、U形液流通道12和拉絲池窯I組成。U形液流通道12將熔化池窯5與拉絲池窯I進(jìn)行連通。熔化池窯5材料采用含Zr0233%~41%的電熔鋯剛玉磚，該材料的耐蝕性較好，產(chǎn)生小氣泡的傾向小，而且不會滲出玻璃相。在熔化池窯5上設(shè)置有熔化池窯頂蓋6。為盡可能減小窯體的表面積以減小熔化池窯的容量、減少熱量損耗以及合理布置三相電源，熔化池窯5為三角形結(jié)構(gòu)，在熔化池窯5底部，設(shè)置有三個棒狀電極7，棒狀電極7由熔化池窯5底部插入，呈等邊三角形形狀布置。為了避免棒狀電極7與窯體的直接接觸，高溫熔化池窯5的加熱電極7是通過電極磚8裝配在窯體上的。當(dāng)電極磚8損壞后，只需更換電極磚8就可以再度使用，可降低熔化池窯5的侵蝕速率，提高熔化池窯5的整體使用壽命。高溫熔化池窯5的棒狀電極7均采用無水冷形式。棒狀電極7緊套在不銹鋼保