本发明属于玄武岩纤维制备，具体涉及一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维及其制备方法。
背景技术：
1、高技术纤维对国家建设具有重要意义，是支撑高新技术产业发展的重要基础。玄武岩纤维具有高强度、高模量、耐高低温、耐化学腐蚀性、抗紫外线、吸湿性低、隔音隔热、绝缘性能好等性能特点，其优异的综合性能是其他高性能纤维所不能比拟的，可广泛用于土建交通、能源环保、汽车船舶、航空航天、石油化工以及武器装备等领域。但是在实际使用中玄武岩纤维经常暴露在极端条件中，最常见的就是玄武岩纤维用作混凝土增强材料时，水泥基体的强碱性会导致玄武岩纤维的腐蚀，特别是在硬化的早期阶段。由于碱蚀，玄武岩纤维和玄武岩纤维增强混凝土的机械性能会发生下降。因此，如何提高玄武岩纤维的耐碱性成为玄武岩纤维增强混凝土领域亟待解决的关键性问题之一。
2、目前研究中提高玄武岩纤维自身耐碱性主要是在纤维制备时，在原料中添加耐碱添加剂zro2，得到的富锆玄武岩纤维经碱腐蚀后，表面出现一层由zr4+、fe3+和mg2+等的不溶性化合物组成的致密的保护层，阻止内部纤维与碱性介质接触，从而增强玄武岩纤维的耐碱性能。专利（公开号：cn98114321.0）公开了一种多矿石组合的耐碱玄武岩纤维原料配方及制造方法，以玄武岩、白云石、天青石、锆英石、钛铁矿等矿石粉末为原材料，经熔融、拉丝工艺制备得到耐碱玄武岩纤维。专利（公开号：cn 109879598a）报道了一种由两种或多种玄武岩矿石为主要原料，添加耐碱添加剂zro2后制得的高耐碱性玄武岩纤维，其具有较高的力学性能和拉丝稳定性。
3、已有的研究工作虽然取得了许多成果和进展，但还存在需要进一步研究和解决的问题：玄武岩熔体黏度被认为是玄武岩熔质产品生产最重要的工艺参数之一，黏度的大小及稳定性直接影响玄武岩纤维生产的产品品质和制备难度。但是，zro2的加入导致玄武岩熔体的黏度显著增大，使得富锆玄武岩纤维的拉丝温度增大，增大了纤维的制备难度和生产能耗，不利于富锆玄武岩纤维的工业化生产。
4、鉴于此，研究如何降低富锆玄武岩纤维的黏度和制备温度，以期制备出高效且节能制备的高性能富锆玄武岩纤维，具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、针对目前如何降低富锆玄武岩纤维的黏度和制备温度的问题，本发明提供了一种制备简单且能耗低的耐碱富锆玄武岩纤维的原料配方及制备方法。本发明改性后的纤维具有较高的力学性能和耐碱性能，拉丝作业温度远低于改性前，且拉丝温度窗口显著增大，大大降低耐碱富锆玄武岩纤维的制备难度和生产能耗。
2、为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
3、一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1，将玄武岩矿石进行烘干破碎，然后与耐碱添加剂和钙基添加剂混匀，经熔融、澄清、均质化处理，激冷得到改性后的均质富锆玄武岩玻璃；
5、步骤2，将均质富锆玄武岩玻璃进行纤维制备和烘干，得到钙基添加剂改性的富锆玄武岩纤维。
6、进一步，以氧化物的重量百分比来表示，所述均质富锆玄武岩玻璃的化学组分范围为：sio2：43.0%~56.0%、al2o3：13.0%~18.0%、cao：4.0%~9.0%、fe2o3：6.0%~13.0%、mgo：2.0%~6.0%、tio2：0.5%~3.0%、na2o+k2o：2.0%~6.0%。
7、进一步，所述玄武岩矿石、耐碱添加剂和钙基添加剂按照质量百分比计，玄武岩矿石为80%~95%，耐碱添加剂3%~11%，钙基添加剂1%~15%。
8、进一步，所述钙基添加剂为cao或钙含量不低于90%的钙基矿石中任意一种。钙基添加剂的加入能降低熔体的黏度，从而能降低拉丝需要的温度。从结构上来说由于ca2+部分破坏熔体的硅氧结构，使[sio4]的聚合度降低。在降低生产温度的同时又兼顾了纤维的力学性能。
9、进一步，所述耐碱添加剂为zrsio4（锆石）、zro2中任意一种。
10、进一步，所述步骤1中将玄武岩矿石进行烘干破碎，烘干温度为100℃~140℃，烘干时间为5h~10h，破碎至粒径小于80目。
11、进一步，所述步骤1中均质化温度为1500℃~1600℃，均质化时间为8h~16h。
12、进一步，所述步骤2中进行纤维制备具体是进行拉丝作业，拉丝作业温度控制在1380℃~1520℃，拉丝速度为600m/min~1300m/min。
13、进一步，所述步骤2中烘干的温度为105℃，烘干的时间为2h。
14、根据上述制备方法制得的一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维。
15、与现有技术相比本发明具有以下优点：
16、本发明使用的钙基添加剂是玄武岩的组分之一，能在很大程度上保持玄武岩纤维的纯天然性，且价格低廉，来源广泛。钙基添加剂的添加显著降低了富锆玄武岩熔体的黏度和富锆玄武岩纤维的拉丝作业温度，使拉丝温度窗口增大，并且提高了拉丝稳定性。锆在纤维中主要以六配位[zro6]与[sio4]单元通过si-o-zr键连接生成zro6-sio4多面体进入网络结构，而ca2+可以促进[zro6]的形成，故制得的改性富锆玄武岩纤维具备优异的力学性能和耐碱性能。从而优化富锆玄武岩纤维的生产工艺，提高生产效率，起到了降低其制备难度和生产能耗的效果。本发明为耐碱性能优异的富锆玄武岩纤维的规模化、高效化生产和利用提供了一种有效的方法。
1.一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维的制备方法，其特征在于：以氧化物的重量百分比来表示，所述均质富锆玄武岩玻璃的化学组分范围为：sio2：43.0%~56.0%、al2o3：13.0%~18.0%、cao：4.0%~9.0%、fe2o3：6.0%~13.0%、mgo：2.0%~6.0%、tio2：0.5%~3.0%、na2o+k2o：2.0%~6.0%。
3.根据权利要求1所述的一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维的制备方法，其特征在于：所述玄武岩矿石、耐碱添加剂和钙基添加剂按照质量百分比计，玄武岩矿石为80%~95%，耐碱添加剂3%~11%，钙基添加剂1%~15%。
4.根据权利要求1所述的一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维的制备方法，其特征在于：所述钙基添加剂为cao或钙含量不低于90%的钙基矿石中任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维的制备方法，其特征在于：所述耐碱添加剂为zrsio4、zro2中任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1中将玄武岩矿石进行烘干破碎，烘干温度为100℃~140℃，烘干时间为5h~10h，破碎至粒径小于80目。
7.根据权利要求1所述的一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1中均质化温度为1500℃~1600℃，均质化时间为8h~16h。
8.根据权利要求1所述的一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤2中进行纤维制备具体是进行拉丝作业，拉丝作业温度控制在1380℃~1520℃，拉丝速度为600m/min~1300m/min。
9.根据权利要求1所述的一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤2中烘干的温度为105℃，烘干的时间为2h。
10.根据权利要求1~9任意一项所述的制备方法制得的一种钙基添加剂改性的耐碱富锆玄武岩纤维。
