| 玄武岩制备连续纤维熔融反应热力学研究 |
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| 引用本文： | 刘昶江,董成,马鸿文,郭玲,李红超.玄武岩制备连续纤维熔融反应热力学研究[J].矿物岩石地球化学通报,2023(3):500-507. |
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| 作者姓名： | 刘昶江 董成 马鸿文 郭玲 李红超 |
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| 作者单位： | 1. 河北地质大学玄武岩纤维材料研究所;2. 河北省岩石矿物材料绿色开发重点实验室;3. 北方民族大学材料科学与工程学院;4. 中国地质大学(北京)材料科学与工程学院 |
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| 摘 要： | 玄武岩纤维由天然岩石直接熔融拉丝制备而成，性能优异，其原料调控对纤维制备和性能提升有重要影响，熔融反应的热力学分析是研究原料特征的重要手段。本文以代表性玄武岩样品为原料，分析其矿物组成，进而构建复杂硅酸盐体系热力学模型，研究其在1400℃时的熔融反应热力学。结果表明，单一矿物如长石、辉石熔融反应的吉布斯自由能为负值且相对较小；钛铁矿、磁铁矿、磷灰石等矿物熔融反应的吉布斯自由能为正数。所选玄武岩样品熔融反应的吉布斯自由能为-225～-257 kJ/mol,表明可自发进行；样品熔融过程的理论能耗为2.4～2.5 GJ/t,接近某些玻璃纤维池窑工艺能耗(考虑窑炉热效率)。纤维的制备条件和性能参数与原料的成分关系密切，以直径约9μm的纤维为例，其拉丝温度及缠绕机线速度等条件各不相同，纤维表面光滑，断裂伸长率约3%～4%,弹性模量59～66 GPa,抗拉强度1700～2400 MPa;采用Giordano的模型，计算出不同原料成纤粘度(lgη)约0.70～1.21 Pa·s。本研究的热力学模型及实验结果可为玄武岩纤维制备的原料优选、能耗计算、条件调控及性能预测提供参考。
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| 关 键 词： | 玄武岩纤维 玻璃纤维 熔融反应 热力学 |
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