CN102505344A - 玄武岩针刺保温隔热材料及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型玄武岩针刺保温隔热材料及其制作工艺，属于保温材料技术领域。是由长度5～7cm与长度8～12cm的玄武岩短切纱经混料、开松、梳理、铺网与针刺工艺制成；其中长度5～7cm的玄武岩短切纱占材料总质量的70～80％，长度8～12cm的玄武岩短切纱占材料总质量的20～30％；本发明的新型玄武岩针刺保温隔热材料温度适用范围更广、断裂强度更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型玄武岩针刺保温隔热材料及其制作工艺，属于保温材料技术领域。
背景技术
我国保温市场上主要采用玻璃纤维产品，玻璃纤维保温隔热材料的最高耐温为600℃。限制了玻璃纤维保温隔热材料的进一步发展。而玄武岩纤维填补了保温材料在600℃-960℃的使用空白。玄武岩纤维保温隔热材料的原料99％是天然的玄武岩石块，来源丰富，价格低廉，不仅符合可持续发展的原则，且有很好的环境效益。生产过程中没有污染环境的物质生成，对环境无危害。由于玄武岩纤维针刺保温隔热材料广泛应用于保温材料领域，提高了保温材料的适用范围，玄武岩纤维针刺保温隔热材料的出现是保温材料行业的又一大进步。
玄武岩纤维有如下特点：
(1)显著的耐高温性能和热震稳定性：玄武岩纤维的使用温度范围为-260℃～880℃，这一温度远远高于无碱E玻纤、石棉、岩棉、不锈钢(玻璃纤维耐温温度-60至450度)；热震稳定性好，在500℃温度下保持不变，在900℃时原始重量仅损失3％。
(2)较低的热传导系数：玄武岩纤维的热传导系数为0.031W/m·K～0.038W/m·K，低于芳纶纤维、硅酸铝纤维、无碱玻纤、岩棉、硅纤维、碳纤维和不锈钢。
(3)高的弹性模量和抗拉强度：玄武岩纤维的弹性模量为：9100kg/mm2～11000kg/mm2，高于无碱玻纤、石棉、芳纶纤维、聚丙稀纤维和硅纤维。玄武岩纤维的抗拉强度为3800～4800MPa，比大丝束碳纤维、芳纶、PBI纤维、钢纤维、硼纤维、氧化铝纤维都要高，与S玻璃纤维相当。
(4)化学稳定性好：玄武岩纤维的耐酸性和耐碱性均比铝硼硅酸盐纤维好，耐久性、耐候性、耐紫外线照射、耐水性、抗氧化等性能均可与天然玄武岩石头相比美。
(5)吸音系数较高：玄武岩纤维的吸音系数为0.9～0.99，高于无碱玻纤和硅纤维；优良的透波性和一定的吸波性，吸音和隔音性能优异，具有良好的隐身性能，可制做隐身材料。
(6)良好的电绝缘性和介电性能：玄武岩纤维的比体积电阻较高为1×1012Ω·m，大大高于无碱玻纤和硅纤维；体积电阻率比电绝缘E玻璃纤维高一个数量级，介电损失角正切高50％。
(7)较低的吸湿性，玄武岩纤维的吸湿性低于0.1％，低于芳纶纤维、岩棉和石棉。
如下为玄武岩纤维与各种纤维材料的物理性能见表1。
表1玄武岩纤维与各种纤维材料的物理性能对比表
发明内容
本发明目的是提供一种温度适用范围更广、断裂强度更高的新型玄武岩保温隔热材料及其制作工艺。
所述的玄武岩针刺保温隔热材料，由长度5～7cm与长度8～12cm的玄武岩短切纱经混料、开松、梳理、铺网与针刺工艺制成；其中长度5～7cm的玄武岩短切纱占材料总质量的70～80％，长度8～12cm的玄武岩短切纱占材料总质量的20～30％；
并由如下步骤制得：
(1)混料：用混料机将两种玄武岩短切纱混合后，在料箱内搅拌，使两种短切纱充分混匀，呈蓬松状；
(2)开松：采用开松机将步骤(1)混合好的短切纱进行纤维开松，成为单纤维状，打入料箱；
(3)梳理：由两台梳理机将料箱中的纤维梳理出网，即将步骤(2)开松好的玄武岩纤维经机械成网工艺制成玄武岩纤维网；梳理机由单锡林双道夫组成；
(4)铺网：由两台铺网机对其进行铺网；
(5)针刺：经上针刺和下针刺制成玄武岩纤维针刺保温隔热材料。
具体步骤如下所示：
(1)混料：用混料机将两种玄武岩短切纱混合后，在料箱内搅拌，使两种短切纱充分混匀，呈蓬松状；混料时间0.5～1小时，摇臂转速在30～50转/min；
混料主要使两种材料充分混合，呈蓬松状。这样减少上料时由于纤维太重，容易留存于开松机内的缺点，不能顺利的打入棉箱，造成堵塞，影响生产效率。
(2)开松：采用开松机将步骤(1)混合好的短切纱进行纤维开松，成为单纤维状，打入料箱；
开松主要是使纤维开松成为单纤维状，打入料箱，为下一步的梳理做好基础，只有开松成单纤维状才好梳理。
(3)梳理：由两台梳理机将料箱中的纤维梳理出网，即将步骤(2)开松好的玄武岩纤维经机械成网工艺制成玄武岩纤维网；
机械成网工艺参数：开毛辊(45HZ)；锡林(40-45HZ)；道夫(10-18HZ)；斩刀(50HZ)；喂入(2.5-4.6HZ)。
梳理机是由单锡林双道夫组成。梳理过程是由两台梳理机将纤维梳理出网，将开松好的玄武岩纤维按照机械成网工艺制成玄武岩纤维网；
梳理机为常州锦益机械有限公司的，型号ASBG214；机器幅宽2300mm；锡林直径1230mm；双道夫形式：斩刀剥棉。
在梳理的过程中，通过调整工作现场的温湿度，温度15-32度，湿度在55-70度之间；将工作辊由原来的道夫电机带动，现在改为由单独电机带动工作辊，这样随时调整工作辊转速，减少在梳理过程中对纤维的损伤；重点解决了出网没有拉力的问题。
(4)铺网：由两台铺网机对其进行铺网；
铺网工艺参数：回转25.6～32.9转/min；往复25.1～32.1转/min；底帘0.591～0.676m/min；
设备为常州锦益机械有限公司的，型号为ASBG202分段补偿铺网机。铺网机参数：输出棉网幅宽：2500mm；铺网机速度：≤45m/min。
采用两台铺网机解决了一台铺网机由于纤网太厚，容易碰到铺网机往复辊上，造成缠往复辊，而出现铺网不均现象，减少了停机次数，提高了生产效率。(此种产品与过滤材料的生产方法不一样，过滤材料是由基布和两边的面层组合而成，而本发明比过滤材料少中间一层基布，由纯的玄武岩纤网面层做成。而且加工难度比过滤材料生产工艺要难得多。此种方式纤网在底帘上必须铺网均匀，使其均匀的进入针刺机。)
(5)针刺：经上针刺和下针刺制成玄武岩纤维针刺保温隔热材料，针刺过程为上针刺和下针刺工序同时进行，针频均为100～400刺/min，针深均为6～12mm。
针刺机为江苏省仪征市海润纺织机械有限公司的产品，设备技术参数：
下针刺机器(1#)：
工作幅宽：2.6m；最大针频：400次/min；植针密度：4000枚/m；输出速度：0.6～6m/min；动程：50mm；针刺形式：向下刺。
上针刺机器(2#)：
工作幅宽：2.6m；最大针频：500次/min；植针密度：4000枚/m；输出速度：0.6～6m/min；动程：30mm；针刺形式：向上刺。
由于没有基布作加强筋，刺出来的保温隔热材料容易在牵引过程中拉断，造成产品降等，降低生产效率。在切边时由于玄武岩保温材料厚度太厚，容易切不下来，也会将玄武岩保温隔热材料拉断。在生产中必须注意两台针刺机的出布速度要基本相同，不能拉的太紧，容易造成断布。
针刺时针频也不能过大，针刺密度也不能过大，否则玄武岩纤维都会被刺断。一方面使保温隔热材料没拉力，另一方面使保温隔热材料的硬挺度不足。
针频根据产品的克重要求随时调节，由于克重厚薄不一样它的针刺频率也会不一样。所以针深、针频根据保温材料的厚度及克重要求调节，一般用两台针刺机同时进行针刺工艺，下针刺的刺针向下刺，上针刺的刺针向上刺。针频均为100～400刺/min，针深均为6～12mm。
制备出的玄武岩针刺保温隔热材料的克重180～3600g/m2，厚度7～65mm。玄武岩纤维针刺保温隔热材料具有优异的耐高温和化学腐蚀性能，使用温度为-269℃～880℃。
本发明新型玄武岩针刺保温隔热材料，是替代玻璃纤维保温材料新产品，是替代碳纤维材料的廉价产品。
本发明新型玄武岩针刺保温隔热材料应用领域广泛：
(1)应用于动力技术领域：核电站、热电站、热力厂、热力管道上；还用于热力装置的隔热和消音。
(2)陶瓷、瓷器、建筑材料生产业，能起到炉子和设备的隔热作用，还用于砖厂窑炉、陶瓷板厂隔热。
(3)机械制造业：用作热力设备、加热炉、淬火炉、热管道的隔热材料。
(4)低温冷冻技术和设备领域：用作生产液化气体、液态氧等产品的保温材料
(5)冶金工业：用作各种炉子、热力设备、交流换热器、回热装置、管道与管线的隔热材料
(6)化学工业和石油化学工业：用作加热炉、热力设备、干燥舱、蒸汽锅炉、蒸汽管道、热力管道的隔热。
本发明的有益效果如下：
(1)采用机械成网工艺制作玄武岩纤维保温隔热材料，可以使得制成的纤维层具有较紧密的组织化结构，形成玄武岩纤维短切纱互相缠绕勾连的紧密结构，从而使玄武岩针刺保温隔热材料具有更高的断裂强度，提高其拉力，从而避免了由于玻璃纤维容易脱层、折断的弊病。
(2)玄武岩纤维针刺保温隔热材料耐高温，其使用温度范围为-269～880℃(最高为960℃)，在400℃温度下工作时，其断裂强度能够保持85％；在600℃温度下工作时，其断裂强度仍能够保持80％的原始强度；如果玄武岩纤维预先在780～820℃温度下进行处理，纤维还能在860℃温度下工作而不会出现收缩。其使用的温度更高，范围更广，是目前耐高温方面是替代玻璃纤维针刺毡的良好产品。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
所述的玄武岩保温隔热材料，是由长度7cm与长度12cm的玄武岩短切纱经混料、开松、梳理、铺网与针刺工艺制成；其中长度7cm的玄武岩短切纱占材料总质量的70％，长度12cm的玄武岩短切纱占材料总质量的30％；
并由如下步骤制得：
(1)混料：用混料机将两种玄武岩短切纱混合后，在料箱内搅拌，使两种短切纱充分混匀，呈蓬松状；混料时间0.5小时，摇臂转速在30～50转/min；
(2)开松：采用开松机将步骤(1)混合好的短切纱进行纤维开松，成为单纤维状，打入料箱；
(3)梳理：由两台梳理机将料箱中的纤维梳理出网，即将步骤(2)开松好的玄武岩纤维按照机械成网工艺制成玄武岩纤维网；梳理机由单锡林双道夫组成。
(4)铺网：由两台铺网机对其进行铺网；
(5)针刺：经上针刺和下针刺制成玄武岩纤维针刺保温隔热材料；上针刺的针频为210刺/min，针深10mm；下针刺的针频为220刺/min，针深7mm。
制备出的玄武岩保温隔热材料的克重800g/m2，厚度8mm。
经检测玄武岩保温隔热材料指标如下表1所示，相同质量和厚度的玻璃纤维保温毡的性能指标如下表1所示：
表1实施例1产品性能表
| 检测项目 | 玄武岩保温毡 | 玻璃纤维保温毡 |
| 质量(g/m2) | 800 | 800 |
| 厚度(mm) | 8 | 8 |
| 经向断裂强力(N/5cm) | 100.8 | 48.1 |
| 纬向断裂强力(N/5cm) | 180.9 | 76.2 |
| 热传导系数/(w/m·k) | 0.031～0.038 | 0.034～0.040 |
| 耐温温度(℃) | -296～960 | 600 |
实施例2
所述的玄武岩保温隔热材料，是由长度7cm与长度12cm的玄武岩短切纱经混料、开松、梳理、铺网与针刺工艺制成；其中长度7cm的玄武岩短切纱占材料总质量的75％，长度12cm的玄武岩短切纱占材料总质量的25％；
并由如下步骤制得：
(1)混料：用混料机将两种玄武岩短切纱混合后，在料箱内搅拌，使两种短切纱充分混匀，呈蓬松状；混料时间0.8小时，摇臂转速在30～50转/min；
(2)开松：采用开松机将步骤(1)混合好的短切纱进行纤维开松，成为单纤维状，打入料箱；
(3)梳理：由两台梳理机将料箱中的纤维梳理出网，即将步骤(2)开松好的玄武岩纤维按照机械成网工艺制成玄武岩纤维网；梳理机由单锡林双道夫组成。
(4)铺网：由两台铺网机对其进行铺网；
(5)针刺：经上针刺和下针刺制成玄武岩纤维针刺保温隔热材料；上针刺的针频为210刺/min，针深10mm；下针刺的针频为220刺/min，针深7mm。
制备出的玄武岩保温隔热材料的克重800g/m2，厚度8mm。
经检测玄武岩保温隔热材料指标如下表2所示，相同质量和厚度的玻璃纤维保温毡的性能指标如下表2所示：
表2实施例2产品性能表
| 检测项目 | 玄武岩保温毡 | 玻璃纤维保温毡 |
| 质量(g/m2) | 800 | 800 |
| 厚度(mm) | 8 | 8 |
| 经向断裂强力(N/5cm) | 96.8 | 48.1 |
| 纬向断裂强力(N/5cm) | 168.9 | 76.2 |
| 热传导系数/(w/m·k) | 0.031～0.038 | 0.034～0.040 |
| 耐温温度(℃) | -296-960 | 600 |
实施例3
所述的玄武岩保温隔热材料，是由长度7cm与长度12cm的玄武岩短切纱经混料、开松、梳理、铺网与针刺工艺制成；其中长度7cm的玄武岩短切纱占材料总质量的80％，长度12cm的玄武岩短切纱占材料总质量的20％；
并由如下步骤制得：
(1)混料：用混料机将两种玄武岩短切纱混合后，在料箱内搅拌，使两种短切纱充分混匀，呈蓬松状；混料时间0.6小时，摇臂转速在30～50转/min；
(2)开松：采用开松机将步骤(1)混合好的短切纱进行纤维开松，成为单纤维状，打入料箱；
(3)梳理：由两台梳理机将料箱中的纤维梳理出网，即将步骤(2)开松好的玄武岩纤维按照机械成网工艺制成玄武岩纤维网；梳理机由单锡林双道夫组成。
(4)铺网：由两台铺网机对其进行铺网；
(5)针刺：经上针刺和下针刺制成玄武岩纤维针刺保温隔热材料；上针刺的针频为210刺/min，针深10mm；下针刺的针频为220刺/min，针深7mm。
制备出的玄武岩保温隔热材料的克重800g/m2，厚度8mm。
经检测玄武岩保温隔热材料指标如下表3所示，相同质量和厚度的玻璃纤维保温毡的性能指标如下表3所示：
表3产品性能表
| 检测项目 | 玄武岩保温毡 | 玻璃纤维保温毡 |
| 质量(g/m2) | 800 | 800 |
| 厚度(mm) | 8 | 8 |
| 经向断裂强力(N/5cm) | 95.1 | 48.1 |
| 纬向断裂强力(N/5cm) | 161.3 | 76.2 |
| 热传导系数/(w/m·k) | 0.031～0.038 | 0.034～0.040 |
| 耐温温度(℃) | -296-960 | 600 |
实施例4
所述的玄武岩保温隔热材料，是由长度5cm与长度11cm的玄武岩短切纱经混料、开松、梳理、铺网与针刺工艺制成；其中长度5cm的玄武岩短切纱占材料总质量的75％，长度11cm的玄武岩短切纱占材料总质量的25％；
并由如下步骤制得：
(1)混料：用混料机将两种玄武岩短切纱混合后，在料箱内搅拌，使两种短切纱充分混匀，呈蓬松状；混料时间1.0小时，摇臂转速在30～50转/min；
(2)开松：采用开松机将步骤(1)混合好的短切纱进行纤维开松，成为单纤维状，打入料箱；
(3)梳理：由两台梳理机将料箱中的纤维梳理出网，即将步骤(2)开松好的玄武岩纤维按照机械成网工艺制成玄武岩纤维网；梳理机由单锡林双道夫组成。
(4)铺网：由两台铺网机对其进行铺网；
(5)针刺：经上针刺和下针刺制成玄武岩纤维针刺保温隔热材料；上针刺的针频为230刺/min，针深10mm；下针刺的针频为260刺/min，针深9mm。
制备出的玄武岩保温隔热材料的克重1000g/m2，厚度12mm。
经检测玄武岩保温隔热材料指标如下表4所示，相同质量和厚度的玻璃纤维保温毡的性能指标如下表4所示：
表4实施例4产品性能表
| 检测项目 | 玄武岩保温毡 | 玻璃纤维保温毡 |
| 质量(g/m2) | 1000 | 1000 |
| 厚度(mm) | 12 | 12 |
| 经向断裂强力(N/5cm) | 116.2 | 67.4 |
| 纬向断裂强力(N/5cm) | 178.1 | 75.6 |
| 热传导系数/(w/m·k) | 0.031～0.038 | 0.034～0.040 |
| 耐温温度(℃) | -296-960 | 600 |
实施例5
所述的玄武岩保温隔热材料，是由长度6cm与长度9cm的玄武岩短切纱经混料、开松、梳理、铺网与针刺工艺制成；其中长度6cm的玄武岩短切纱占材料总质量的75％，长度9cm的玄武岩短切纱占材料总质量的25％；
并由如下步骤制得：
(1)混料：用混料机将两种玄武岩短切纱混合后，在料箱内搅拌，使两种短切纱充分混匀，呈蓬松状；混料时间1.0小时，摇臂转速在30～50转/min；
(2)开松：采用开松机将步骤(1)混合好的短切纱进行纤维开松，成为单纤维状，打入料箱；
(3)梳理：由两台梳理机将料箱中的纤维梳理出网，即将步骤(2)开松好的玄武岩纤维按照机械成网工艺制成玄武岩纤维网；梳理机由单锡林双道夫组成。
(4)铺网：由两台铺网机对其进行铺网；
(5)针刺：经上针刺和下针刺制成玄武岩纤维针刺保温隔热材料；上针刺的针频为248刺/min，针深12mm；下针刺的针频为280刺/min，针深10mm。
制备出的玄武岩保温隔热材料的克重2000g/m2，厚度35mm。
经检测玄武岩保温隔热材料指标如下表5所示，相同质量和厚度的玻璃纤维保温毡的性能指标如下表5所示：
表5实施例5产品性能表
| 检测项目 | 玄武岩保温毡 | 玻璃纤维保温毡 |
| 质量(g/m2) | 2000 | 2000 |
| 厚度(mm) | 35 | 35 |
| 经向断裂强力(N/5cm) | 126.3 | 78.9 |
| 纬向断裂强力(N/5cm) | 188.9 | 90.9 |
| 热传导系数/(w/m·k) | 0.031～0.038 | 0.034～0.040 |
| 耐温温度(℃) | -296-960 | 600 |
实施例6
所述的玄武岩保温隔热材料，是由长度7cm与长度10cm的玄武岩短切纱经混料、开松、梳理、铺网与针刺工艺制成；其中长度7cm的玄武岩短切纱占材料总质量的75％，长度10cm的玄武岩短切纱占材料总质量的25％；
并由如下步骤制得：
(1)混料：用混料机将两种玄武岩短切纱混合后，在料箱内搅拌，使两种短切纱充分混匀，呈蓬松状；混料时间1.0小时，摇臂转速在30～50转/min；
(2)开松：采用开松机将步骤(1)混合好的短切纱进行纤维开松，成为单纤维状，打入料箱；
(3)梳理：由两台梳理机将料箱中的纤维梳理出网，即将步骤(2)开松好的玄武岩纤维按照机械成网工艺制成玄武岩纤维网；梳理机由单锡林双道夫组成。
(4)铺网：由两台铺网机对其进行铺网；
(5)针刺：经上针刺和下针刺制成玄武岩纤维针刺保温隔热材料；上针刺的针频为180刺/min，针深8mm；下针刺的针频为200刺/min，针深6mm。
制备出的玄武岩保温隔热材料的克重300g/m2，厚度5mm。
经检测玄武岩保温隔热材料指标如下表6所示，相同质量和厚度的玻璃纤维保温毡的性能指标如下表6所示：
表6实施例6产品性能表
| 检测项目 | 玄武岩保温毡 | 玻璃纤维保温毡 |
| 质量(g/m2) | 300 | 300 |
| 厚度(mm) | 5 | 5 |
| 经向断裂强力(N/5cm) | 56.2 | 38.2 |
| 纬向断裂强力(N/5cm) | 68.5 | 46.9 |
| 热传导系数/(w/m·k) | 0.031～0.038 | 0.034～0.040 |
| 耐温温度(℃) | -296-960 | 600 |
从以上各项指标可以看出均优于玻璃纤维保温毡，是值得推广的一种新型环保保温材料。
实施例1～6制作过程中的梳理和针刺工艺参数如下表7所示：
表7梳理、针刺工艺参数表
Claims (4)
1.一种玄武岩针刺保温隔热材料，其特征在于由长度5～7cm与长度8～12cm的玄武岩短切纱经混料、开松、梳理、铺网与针刺工艺制成；其中长度5～7cm的玄武岩短切纱占材料总质量的70～80％，长度8～12cm的玄武岩短切纱占材料总质量的20～30％；
并由如下步骤制得：
(1)混料：用混料机将两种玄武岩短切纱混合后，在料箱内搅拌，使两种短切纱充分混匀，呈蓬松状；
(2)开松：采用开松机将步骤(1)混合好的短切纱进行纤维开松，成为单纤维状，打入料箱；
(3)梳理：由两台梳理机将料箱中的纤维梳理出网，即将步骤(2)开松好的玄武岩纤维经机械成网工艺制成玄武岩纤维网；梳理机由单锡林双道夫组成；
(4)铺网：由两台铺网机对其进行铺网；
(5)针刺：经上针刺和下针刺制成玄武岩纤维针刺保温隔热材料。
2.根据权利要求1所述的玄武岩针刺保温隔热材料，其特征在于步骤(5)所述的上针刺和下针刺的针频均为100～400刺/min，针深均为6～12mm。
3.根据权利要求1所述的玄武岩针刺保温隔热材料，其特征在于制备出的玄武岩保温隔热材料的克重180～3600g/m2，厚度7～65mm。
4.一种权利要求1所述的玄武岩针刺保温隔热材料的制作工艺，其特征在于包括如下步骤：
(1)混料：用混料机将两种玄武岩短切纱混合后，在料箱内搅拌，使两种短切纱充分混匀，呈蓬松状；混料时间0.5～1小时，摇臂转速在30～50转/min；
(2)开松：采用开松机将步骤(1)混合好的短切纱进行纤维开松，成为单纤维状，打入料箱；
(3)梳理：由两台梳理机将料箱中的纤维梳理出网，即将步骤(2)开松好的玄武岩纤维经机械成网工艺制成玄武岩纤维网；
机械成网工艺参数：开毛辊45HZ；锡林40～45HZ；道夫10～18HZ；斩刀50HZ；喂入2.5～4.6HZ；
(4)铺网：由两台铺网机对其进行铺网；
铺网工艺参数：回转25.6～32.9转/min；往复25.1～32.1转/min；底帘0.591～0.676m/min；
(5)针刺：经上针刺和下针刺制成玄武岩纤维针刺保温隔热材料，针刺过程为上针刺和下针刺工序同时进行，针频均为100～400刺/min，针深均为6～12mm。
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| CN2011103916868A CN102505344A (zh) | 2011-11-30 | 2011-11-30 | 玄武岩针刺保温隔热材料及其制作工艺 |
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