酸堿程度對玄武巖纖維的影響

劉 菁

（武漢紡織大學 紡織科學與工程學院，湖北 武漢 430073）

玄武巖纖維（continuous basalt fiber,CFB)屬于新型無機材料中的高性能纖維，被譽為21世紀的新材料[1]。本文主要研究玄武巖纖維針刺氈在以處理時間、溫度和酸、堿溶液濃度為變量時，在酸、堿性環(huán)境中處理一段時間之后的質(zhì)量、厚度及強力的變化，對比前后，得出質(zhì)量損失率、厚度損失率和強力損失率。

1 酸性條件對玄武巖纖維的影響

1.1 試驗材料基本制作

三種規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈，其長度都為20cm，寬度為2cm

1.2 試驗所需物品、儀器與設備

10%的濃鹽酸溶液、蒸餾水、電子稱、水浴鍋、烘箱、燒杯、量筒、玻璃棒、塑料薄膜、剪刀等;YG(B)141D型織物厚度儀、YG065H型電子織物強力儀等。

1.3 試驗過程

首先，將10%的濃鹽酸溶液稀釋配置好所需濃度的鹽酸溶液，然后用塑料薄膜蓋住燒杯，將燒杯放入水浴鍋中，把鹽酸溶液加熱到一定的溫度；然后，將玻玄武巖纖維針刺氈試樣浸泡在配置好的稀鹽酸溶液中，再用塑料薄膜蓋住燒杯，保持設定的溫度，處理一定的時間；最后，將試樣從燒杯中取出清洗、烘干并在恒溫恒濕實驗室調(diào)濕后進行相關指標的測試。

1.4 測試指標

玄武巖纖維針刺氈經(jīng)過稀鹽酸溶液處理前后的質(zhì)量、厚度、外觀形態(tài)、斷裂強力、斷裂伸長率等多項性能指標的變化情況。

1.5 測試目的

本課題主要針對同一規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈進行了耐酸性能研究，并對三種不同規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈耐酸性能進行對比試驗。

（1）主要對同一規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈以鹽酸濃度、水浴溫度和處理時間為變量，經(jīng)過鹽酸溶液處理前后的質(zhì)量、厚度、外觀形態(tài)、斷裂強力、斷裂伸長率等多項性能指標的變化情況，考察試樣的耐鹽酸溶液腐蝕性能。

（2）通過對比分析三種規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈在一定的水浴溫度、鹽酸濃度和處理時間下，經(jīng)過鹽酸溶液處理對試樣進行了鹽酸溶液腐蝕性試驗。

2 玄武巖纖維針刺氈的耐酸性實驗過程

2.1 玄武巖纖維針刺氈的外觀形態(tài)、質(zhì)量和厚度

經(jīng)過溫度為80℃、濃度分別為0.5mol/l、1mol/l和2mol/l的鹽酸溶液浸泡處理1小時后，玄武巖纖維針刺氈規(guī)格1的外觀形態(tài)發(fā)生很大變化，試樣被2mol/l的鹽酸腐蝕變化很顯著，反應強烈，纖維斷裂開來，柔若浮絲，已不具備紡織纖維的基本性能。

（1）經(jīng)過溫度為80℃、濃度分別為0.5mol/l、1mol/l和2mol/l的鹽酸溶液浸泡處理0.5小時后，隨著鹽酸濃度的增加，試樣強力下降，纖維易斷裂，出現(xiàn)分層、扭曲、分散的現(xiàn)象。

（2）經(jīng)過溫度為60℃、濃度為1mol/l的鹽酸溶液分別浸泡處理0.5h、1h和2h后，實驗表明處理時間對玄武巖纖維針刺氈的影響，水浴溫度和鹽酸濃度一定時，隨著處理時間的增加，從外觀上觀察均未發(fā)生明顯變化，強力下降，纖維容易斷裂，出現(xiàn)分層、扭曲、分散的現(xiàn)象。

（3）考察經(jīng)過濃度為1mol/l的鹽酸溶液水浴溫度分別為40℃、60℃、80℃的情況下浸泡處理0.5小時后，實驗表明水浴溫度對玄武巖纖維針刺氈的影響，處理時間和鹽酸濃度一定時，隨著水浴溫度的增加，從外觀上觀察均未發(fā)生明顯變化，說明水浴溫度對玄武巖纖維針刺氈無太大影響，體現(xiàn)了玻璃纖維良好的耐酸性[3]。

2.2 質(zhì)量測試

（1）考察經(jīng)過溫度為80℃、濃度分別為0.5mol/l、1mol/l和2mol/l的鹽酸溶液浸泡處理0.5小時后，變化如表1所示：

表1 試驗1的質(zhì)量變化

可以看出，隨著鹽酸濃度的增加，試樣的質(zhì)量損失稍微增加，但是不是特別的明顯，這說明玄武巖纖維的耐酸性能很穩(wěn)定。

（2）考察經(jīng)過溫度為60℃、濃度為1mol/l的鹽酸溶液分別浸泡處理0.5h、1h和2h后，玄武巖纖維針刺氈規(guī)格1的質(zhì)量變化情況結(jié)果如下表2所示:

表2 試驗2的質(zhì)量變化

可以看出，隨著處理時間的增加，試樣的質(zhì)量損失減小，但損失不是特別明顯，說明玄武巖纖維針刺氈的耐酸性良好。

（3）考察經(jīng)過濃度為1mol/l的鹽酸溶液水浴溫度分別為40℃、60℃、80℃的情況下浸泡處理0.5小時后，玄武巖纖維針刺氈規(guī)格1的質(zhì)量變化情況結(jié)果如下表3所示：

表3 試驗3的質(zhì)量變化

從上表可以看出，隨著水浴溫度的增加，試樣的質(zhì)量損失增加，但損失不是特別明顯，說明玄武巖纖維針刺氈的耐酸性良好。

（4）考察經(jīng)過溫度為60℃、濃度為1mol/l的鹽酸溶液浸泡處理0.5小時后，玄武巖纖維針刺氈規(guī)格1、規(guī)格2和規(guī)格3的質(zhì)量變化情況結(jié)果如下表4所示:

表4 試驗4的質(zhì)量變化

從上表可以看出，對比三種規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈，其質(zhì)量損失無明顯變化，本實驗表明玄武巖纖維針刺氈的耐酸性良好，說明玄武巖纖維針刺氈的耐酸性能很穩(wěn)定。鹽酸濃度、水浴溫度、處理時間都對玄武巖纖維針刺氈的質(zhì)量變化沒有很大的影響，其質(zhì)量損失隨著鹽酸濃度、水浴溫度、處理時間的增加，其質(zhì)量損失無明顯增加，對比三種規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈，其質(zhì)量損失無明顯變化。

2.3 厚度測試

考察經(jīng)過溫度為80℃、濃度分別為0.5mol/l、1mol/l和2mol/l的鹽酸溶液浸泡處理0.5小時后，玄武巖纖維針刺氈規(guī)格1試樣的前中后三個部位厚度變化情況結(jié)果如下表5所示:

表5 試驗5的厚度變化

從上表可以看出，鹽酸濃度對玄武巖纖維針刺氈的厚度有著一定的影響，隨著鹽酸濃度的增加，厚度保持率逐漸降低，但試樣的前中后三個部位的厚度變化不是很顯著。

（1）考察經(jīng)過溫度為60℃、濃度為1mol/l的鹽酸溶液分別浸泡處理0.5h、1h和2h后，玄武巖纖維針刺氈規(guī)格1試樣的前中后三個部位厚度變化情況結(jié)果如下表6所示:

表6 試驗6的厚度變化

從上表可以看出，鹽酸濃度對玄武巖維針刺氈的厚度有一定的影響，隨著處理時間的增加，厚度保持率逐漸降低，但變化不明顯，可以看到處理時間1.5小時比1小時的厚度保持率還要高，試樣的前中后三個部位的厚度變化也有一些波動。

（2）考察經(jīng)過濃度為1mol/l的鹽酸溶液水浴溫度分別為40℃、60℃、80℃的情況下浸泡處理0.5小時后，玻璃纖維針刺氈規(guī)格1試樣的前中后三個部位厚度變化情況結(jié)果如下表7所示:

表7 試驗7的厚度變化

從上表可以看出，水浴溫度對玄武巖纖維針刺氈的厚度有影響，隨著水浴溫度的增加，厚度保持率逐漸降低，但變化規(guī)律不是很明顯，可以看到處理時間 80℃比 40℃有的部位的厚度保持率還要高，試樣的前中后三個部位的厚度變化也有一些波動，特別是60℃的時候前中后三個部位的厚度波動較大。

（5）考察經(jīng)過溫度為60℃、濃度為1mol/l的鹽酸溶液浸泡處理0.5小時后，玄武巖纖維針刺氈規(guī)格1、規(guī)格2試樣的前中后三個部位的厚度變化情況結(jié)果如下表8所示:

表8 試驗8的厚度變化

從上表可以看出，不同規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈的在一定濃度的鹽酸濃度、處理時間和水浴溫度下，厚度保持率變化規(guī)律不是很明顯，試樣的前中后三個部位的厚度變化也沒有明顯的波動。這與針刺氈的加工工藝有關，如成網(wǎng)時的纖網(wǎng)均勻度、針刺過程中的牽伸等，都不可避免地會產(chǎn)生面密度和厚度的波動。經(jīng)過濃度為2mol/l的鹽酸溶液處理后，玄武巖纖維針刺氈的厚度略微下降，表現(xiàn)出很好的耐鹽酸腐蝕性能。

3 玄武巖纖維針刺氈的耐堿性實驗過程

3.1 玄武巖纖維針刺氈質(zhì)量變化

（1）分別稱取即將處理的實驗樣本的質(zhì)量并記錄，然后將這些同一規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈放入同一溫度（80℃）的濃度分別為0.5mol/l、1mol/l、2mol/l的氫氧化鈉溶液中處理相同一段時間（0.5h），清洗、烘干后稱其質(zhì)量并記錄（見表9）。

表9 NaOH濃度對玄武巖纖維針刺氈質(zhì)量的影響

可看出隨著氫氧化鈉濃度的增加，玄武巖纖維針刺氈的質(zhì)量在減少，但減少的極其的少，幾乎沒有什么變化，這說明玄武巖纖維的耐堿性能很不錯。

我們同時測試了玻璃纖維在同等條件下的質(zhì)量保持率，得到了如表10。

表10 NaOH濃度對玻璃纖維針刺氈質(zhì)量的影響

將表9和表10對比之后可以得出，除了在氫氧化鈉濃度為2mol/l時，玻璃纖維針刺氈的質(zhì)量保持率比玄武巖纖維針刺氈高之外，其他的均說明玄武巖纖維針刺氈的質(zhì)量保持率比較好，說明玄武巖纖維針刺氈的耐堿性比玻璃纖維要好。

（2）分別稱取即將處理的實驗樣本的質(zhì)量并記錄，然后將這些同一規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈放入同一溫度（80℃），相同濃度（1mol/l）的氫氧化鈉溶液中分別處理0.5h、1h、2h，然后清洗、烘干后稱其質(zhì)量并記錄（見表11）。

表11 處理時間對玄武巖纖維針刺氈質(zhì)量的影響

從實驗結(jié)果分析可以得出，處理時間對于玄武巖纖維針刺氈的影響幾乎沒有，可能是由于試樣本來質(zhì)量就不大，然后處理時間不夠長，實驗本身存在些不可抗的誤差，所以導致實驗結(jié)果不明顯，但是仍然可以得出處理時間越久質(zhì)量損失越大。以上實驗結(jié)果充分說明玄武巖纖維針刺氈的耐堿性能很好。

我們同時測試了玻璃纖維在同等條件下的質(zhì)量保持率，得到了如表12所示的結(jié)果。

表12 處理時間對玻璃纖維針刺氈質(zhì)量的影響

將表11和表12對比之后可以得出，玄武巖纖維針刺氈的質(zhì)量保持率比玻璃纖維針刺氈的質(zhì)量保持率要好，這說明玄武巖纖維針刺氈的耐堿性比玻璃纖維針刺氈的耐堿性要好。

（3）分別稱取即將處理的實驗樣本的質(zhì)量并記錄，然后將這些同一規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈放入相同濃度（2mol/l）的氫氧化鈉溶液中，分別置于40℃、60℃、80℃的溫度中處理0.5小時，然后取出樣本清洗、烘干后稱其質(zhì)量并記錄（見表13）。

表13 溫度對玄武巖纖維針刺氈質(zhì)量的影響

從實驗結(jié)果可以得出，溫度越高，玄武巖纖維針刺氈的質(zhì)量損失越大，說明玄武巖纖維針刺氈耐堿性良好。

（4）分別稱取即將處理的實驗樣本的質(zhì)量并記錄，然后不同規(guī)格的兩種玄武巖纖維針刺氈放入相同溫度（60℃），相同濃度（2mol/l）的氫氧化鈉溶液中處理相同的時間（0.5h），然后取出樣本清洗、烘干后稱其質(zhì)量并記錄（見表14）。

表14 不同規(guī)格玄武巖纖維針刺氈堿處理后質(zhì)量的變化

從實驗結(jié)果可以得出，玄武巖纖維針刺氈在一定的溫度，處理時間和氫氧化鈉濃度下質(zhì)量并沒有太大變化，說明規(guī)格對于耐堿性并沒有影響。

從實驗（1）、（2）、（3）、（4）所得出的結(jié)果來看，不管是氫氧化鈉濃度、溫度、處理時間及規(guī)格對于它的質(zhì)量的影響都極其小。由于原試樣的質(zhì)量基數(shù)就很小，加上實驗時不可避免的誤差，例如清洗、烘干并沒有很徹底等，導致某些實驗數(shù)據(jù)不明顯。但是，我們還是可以得出結(jié)論，玄武巖纖維針刺氈的耐堿性良好，經(jīng)過堿處理后質(zhì)量損失極小。

3.2 玄武巖纖維針刺氈厚度變化

（1）將同一規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈試樣放入相同溫度（80℃），濃度分別為0.5mol/l、1mol/l、2mol/l的氫氧化鈉溶液中處理相同的時間（0.5h）然后取出樣本清洗、烘干后測其厚度并記錄（見表15）。

表15 NaOH濃度對玄武巖針刺氈厚度的影響

從實驗結(jié)果所得的數(shù)據(jù)分析，隨著NaOH溶液濃度的增加，玄武巖纖維針刺氈的厚度保持率逐漸下降，但即使是在濃度為2mol/l時，玄武巖纖維針刺氈的厚度保持率也在70%以上，說明玄武巖纖維針刺氈受NaOH溶液的影響并不是很大。

（2）將同一規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈試樣放入相同溫度（80℃）、相同濃度（1mol/l）的溶液中分NaOH別處理0.5h、1h、2h，然后取出清洗、烘干測其厚度并記錄（見表16）。

表16 處理時間對玄武巖纖維針刺氈厚度的影響

從實驗結(jié)果所得的數(shù)據(jù)分析，實驗處理的時間對玄武巖纖維針刺氈厚度有著一定的影響。隨著處理時間的增加，玄武巖纖維針刺氈的厚度也在增加。但即使是在時間為0.5h時，玄武巖纖維針刺氈的厚度保持率也在80%左右，說明玄武巖纖維針刺氈受NaOH溶液的影響并不是很大。

（3）將同一規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈試樣放入相同濃度（2mol/l），溫度分別為40℃、60℃、80℃、的NaOH溶液中處理相同的（0.5h）時間，然后取出清洗、烘干測其厚度并記錄（見表17）。

表17 溫度對玄武巖纖維針刺氈厚度的影響

從實驗結(jié)果所得的數(shù)據(jù)分析，實驗溫度對玄武巖纖維針刺氈厚度還是有著一定的影響。但是隨著溫度的升高，厚度保持率的變化并沒有明顯的規(guī)律，其中60℃時的厚度保持率最好。但是即使是厚度減少的最多時的保持率也在70%以上，說明玄武巖纖維受NaOH溶液的影響并不是很大。

（4）將不同規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈放入相同溫度（60℃）、相同濃度（2mol/l）的NaOH溶液中處理相同的時間（0.5h），然后取出樣本清洗、烘干測其厚度并記錄（見表18）。

表18 不同規(guī)格玄武巖纖維針刺氈堿處理后厚度變化

從實驗結(jié)果所得的數(shù)據(jù)分析，不同規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈在一定的溫度、處理時間和NaOH濃度下厚度保持率變化沒有明顯的變化。

從實驗（1）、（2）、（3）、（4）所得出的實驗結(jié)果來看，總的來說，玄武巖纖維針刺氈經(jīng)過氫氧化鈉堿處理之后的厚度變化都不大，這與針刺氈的加工工藝有關，如成網(wǎng)時的纖網(wǎng)均勻度、針刺過程中的牽伸等，都不可避免的會產(chǎn)生面密度和厚度的波動。當然，經(jīng)過上述實驗說明玄武巖纖維針刺氈具有良好的耐堿性。

3.3 玄武巖纖維針刺氈力學性能變化

（1）將同一規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈試樣放入相同溫度（80℃），濃度分別為0.5mol/l、1mol/l、2mol/l的NaOH溶液中處理相同的時間（0.5h）然后取出樣本清洗、烘干后測其拉伸強力并記錄（見表19）。

表19 氫氧化鈉濃度對玄武巖纖維針刺氈拉伸斷裂強力的影響

從表19中可以看出，隨著NaOH溶液濃度的增加，玄武巖纖維針刺氈的斷裂強力隨之下降，在NaOH溶液濃度為2mol/l時，玄武巖纖維針刺氈的強力保持率也在90%左右，這能說明玄武巖纖維針刺氈的耐堿性良好。

（2）將同一規(guī)格玄武巖纖維針刺氈試樣放入相同溫度（80℃）、相同濃度（1mol/l）的氫氧化鈉溶液中分別處理0.5h、1h、2h，然后取出樣本清洗、烘干測其拉伸強力并記錄（見表20）。

表20 處理時間對玄武巖纖維針刺氈拉伸斷裂強力的影響

從表20中可以看出，隨著處理時間的增加，玄武巖纖維針刺氈的斷裂強力隨之減小，說明在堿性溶液中處理的越久，玄武巖纖維的強力越弱。并且在處理2小時之后玄武巖纖維針刺氈的強力保持率在85%左右，說明玄武巖纖維針刺氈的耐堿性良好[5]。

（3）將同一規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈試樣放入相同濃度（2mol/l），溫度分別為40℃、60℃、80℃、的NaOH溶液中處理相同的（0.5h）時間，然后取出清洗、烘干測其厚度并記錄（見表21）。

表21 溫度對玄武巖纖維針刺氈拉伸斷裂強力的影響

從表21中可以看出，隨著溫度的增加，玄武巖纖維針刺氈的斷裂強力隨之減小，說明在越高溫的堿性溶液中處理，玄武巖纖維的強力越弱。并且在80℃的高溫中處理之后的玄武巖纖維針刺氈的強力保持率在90%左右，說明玄武巖纖維針刺氈的耐堿性良好。

從實驗（1）、（2）、（3）所得出的結(jié)果來看，不管是NaOH濃度、溫度、處理時間及規(guī)格對玄武巖纖維針刺氈的強力影響不大，其強力保持率還是很好的。因此我們得出結(jié)論，玄武巖纖維針刺氈的耐堿性優(yōu)異。

4 結(jié)語

玄武巖纖維正在呈不斷增長的發(fā)展勢頭，玄武巖纖維針刺氈在玄武巖纖維織物中占有很大一部分的比重，而對于玄武巖纖維針刺氈來說，主要應用于高溫過濾和隔熱這兩方面。

總體來說，酸、堿溶液濃度、水浴溫度、處理時間等都對玄武巖纖維針刺氈的質(zhì)量變化沒有很大的影響，其質(zhì)量損失隨著酸、堿溶液濃度、水浴溫度、處理時間的增加，其厚度也無明顯變化，對比兩種規(guī)格的玄武巖纖維針刺氈，其質(zhì)量損失無明顯變化，本實驗表明玄武巖纖維針刺氈的耐酸、堿性良好。玄武巖纖維針刺氈經(jīng)過處理后，試樣的強力值總體明顯偏小:這與玄武巖纖維針刺氈的加工工藝有關，玄武巖纖維針刺氈是由單纖維無序交錯穿插而形成的無定向三維微孔結(jié)構(gòu)，導致了玄武巖纖維針刺氈的強力值較小，這也是玄武巖纖維針刺氈的一個不足之處。

[1]姜振華，等. 先進聚合物基復合材料技術[M]. 北京: 科學出版社, 2007.

[2]陳陽. 一種新型礦物棉材料-連續(xù)玄武巖纖維[J]. 保溫材料與節(jié)能技術, 1999(3): 18-21.

[3]孫俊科, 李彥, 姜秀溪. 高效環(huán)保過濾材料的開發(fā)研制[J]．非織造布,2005,13(2): 45-46.

[4]黃齊模．紡織品過濾材料[M]．北京: 紡織工業(yè)出版社，1992.

[5]閆全英, 高春梅．玄武巖纖維制備的研究[J]．保溫材料與建筑節(jié)能, 2003,(11):58-59.