CN102953230A - 一种玻璃纤维短切毡、制备方法和用于真空绝热板的芯材 - Google Patents

一种玻璃纤维短切毡、制备方法和用于真空绝热板的芯材 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维短切毡，其选用玻璃纤维长度在4～25mm，纤维直径在5～15μm，通过加入增稠剂、分散剂、消泡剂，制成浆料，经脱水、烘干制成，其厚度为0.1～2.0mm；上述玻璃纤维是玻璃纤维生产企业的边角废料。本发明提供的玻璃纤维短切毡的制备方法，即利用造纸工艺中的抄造工艺制备玻璃纤维短切毡。在采用相同生产方式前提下，本发明芯材生产成本明显降低，降幅可达10％～50％；而由此所制得的真空绝热板的导热系数则降低了25％～65％。

Description

一种玻璃纤维短切毡、制备方法和用于真空绝热板的芯材
技术领域
本发明涉及一种玻璃纤维短切原丝毡，以及该短切毡的制备方法和应用。
背景技术
玻璃纤维短切原丝毡是一种主要的玻璃纤维无纺增强材料，它是将连续玻璃纤维短切成50mm左右，无定向均匀分布，以粉末或乳液为粘接剂，经沉降铺毡而成。其特点是价廉，但在大面积施工时易造成断裂，因而成为玻璃纤维增强聚合物手糊工艺中用量最大的增强材料，也被大量使用于缠绕、模压等机械成型工艺之中。
真空绝热板是保温材料的升级换代产品，其芯材多种多样，一般选择具有优异热阻性能的纤维或多孔介质材料。根据芯材材质的不同，分别有玻璃纤维(玻纤VIP)、开孔聚氨酯泡沫(开孔PU-VIP)、开孔聚苯乙烯泡沫(开孔PS-VIP)、开孔酚醛泡沫(开孔PF-VIP)、气相二氧化硅粉末(硅粉VIP)、气凝胶(气凝胶VIP)。目前，已有多个专利提出了不同的方案，如：专利号为ZL 200410058742.6、ZL00106049.X、ZL 200710031196.0等。
在真空绝热板中，其芯材的选择非常重要，它除了作为支撑材料外，还可以限制残余在真空绝热板中的一些气体分子的运动空间，因而可以阻止对流以及气体传导这两种传热。此外它还可以起到对红外辐射进行吸收、散射的作用。近年开发成功并大规模商业化的是以超细玻璃棉为芯材的真空绝热板，真空绝热板导热系数一般在3.5～4 mW/m·K。超细玻璃棉属于玻璃纤维中的一个类别，是一种将熔融状玻璃液用火焰喷吹法制成的人造无机纤维。超细玻璃棉纤维平均直径不大于4微米(制品不大于6微米)，容易被人体吸入，且吸入后在肺里面不能够自行分解，因而国际上对纤维直径小于4μm的玻璃纤维已经禁止使用。中国专利号为ZL 200410058742.6《用于真空绝热材料的芯材料的生产方法》的专利中，所用的无机纤维平均直径为3～5μm，处于纤维直径4μm的边缘，也不太适合环保的要求。
如今，世界各国都在努力建设节约型、环境友好型社会，因而在各国经济不断发展的同时，对环境保护、资源循环利用方面越来越重视。在生产制备长短玻璃纤维过程中、制备各种玻璃纤维制品的过程中，往往会产生不良品、边角废料。如何使用边角废料、提高材料利用率以减少对环境的二次污染，如何降低企业处理生产垃圾的成本，成为各国企业所关注的焦点。
综上，寻找或开发一种新型材料，既能满足国际国内对环保的要求，又能有效利用资源，提高综合利用率，甚至变废为宝，开拓应用领域，创造经济和社会效益，成为必然的趋势。
发明内容
本发明旨在针对上述问题，开发出了一种玻璃纤维短切毡，提供了一种玻璃纤维短切毡制备方法，并开辟了玻璃纤维短切毡的新的应用领域，即用于真空绝热板的芯材，进一步提供了一种真空绝热板。
本发明所述的玻璃纤维短切毡选用玻璃纤维，优选长度在4～25mm，纤维直径在5～15μm，通过加入增稠剂、分散剂、消泡剂，制成浆料，经脱水、烘干制成，其厚度为0.1～2.0mm；上述玻璃纤维是玻璃纤维生产企业的边角废料。
本发明提供的玻璃纤维短切毡的制备方法，明显区别于现有的利用表面毡设备制备玻璃纤维毡的方式，即利用造纸工艺中的抄造工艺制备玻璃纤维短切毡，可称本发明为湿法制备方式，包括以下步骤：
(1)将优选的长度在4～25mm，纤维直径在5～15μm的玻璃纤维短切丝与增稠剂、分散剂、消泡剂，经配料后投入到打浆机中，进行打浆分散；
(2)将料浆通过输送设备均匀布置在单网成型机的过滤网上，然后进行强制负压脱水定型后得到湿的连续玻璃纤维短切毡；
(3)将湿的连续玻璃纤维短切毡输送至烘箱中，在100-250℃的温度下烘干，并输送到裁切区进行裁切，得到符合尺寸要求的片状芯材；
(4)将相同尺寸的连续玻璃纤维短切毡堆放整齐备用。
其中，步骤(3)中提到的成型的芯材定型后，其厚度为0.1～2.0mm；
本发明开辟的玻璃纤维短切毡的新的应用领域是指本发明产品用于真空绝热板的芯材，进一步提供了一种真空绝热板。
本发明提供了一种真空绝热板，由本发明提供的芯材和吸气剂或吸附剂、封闭的高阻隔包装袋所构成，所述的芯材由多层片状的玻璃纤维短切毡层叠组成。此类真空绝热板是按如下步骤制备的：首先将采用湿法制备的玻璃纤维短切毡置于热处理炉中并加温，最高温度为120-220℃；当温度升至设定的数值120-220℃后保温30-240min，然后打开热处理炉将玻璃纤维短切毡取出；按照厚度要求将层叠的玻璃纤维短切毡装入高阻隔包装袋，并将吸气剂放置到特定位置，然后将放有玻璃纤维短切毡的高阻隔包装袋放入到预先设置好的真空封口机中进行封口，得到真空绝热板，最后打开真空封口机，取出真空绝热板。
与现有的真空绝热板相比，将本发明所述的玻璃纤维短切毡用于真空绝热板的芯材，在采用相同生产方式前提下，芯材生产成本明显降低，降幅可达10％～50％；而由此所制得的真空绝热板的导热系数，则降低了25％～65％。
与现有的玻璃纤维毡相比，将本发明所述的玻璃纤维短切毡和现有的玻璃纤维毡同样用于真空绝热板的芯材，由此所制得的真空绝热板的导热系数有明显差异。主要在于：本发明的玻璃纤维短切毡原料中玻璃纤维短切丝为无捻度玻璃纤维长纱(由无数漏板拉制而成的单丝经集束形成)经裁切机切成一定长度制得，因此短切丝的长径比是稳定的，可以获得较均一芯材结构；而现有的玻璃纤维毡原料中玻璃纤维常为火焰法吹制而成或离心法甩制而成，这两种方法制得的玻璃纤维长径比波动很大，是不稳定的，得到的芯材结构相对无序、无规律。
另外，传统的玻璃纤维短切原丝毡是无法用做真空绝热板芯材的，因为其制备过程普遍采用了施胶工艺增加毡的强度，所用的胶大多在真空下极易放气，严重影响了VIP的阻热性能；而本发明的玻璃纤维短切毡采用的是增稠剂做为毡成型剂，该增稠剂特点在于真空下很少放气，且又起到定型作用，所得真空绝热板在不加吸气剂的情况下仍能获得较好的初始值和保持性。
具体实施方式：
以下以实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明所述的新型玻璃纤维短切毡，湿法制备过程如下：
(1)将优选的长度6mm，纤维直径9μm的的玻璃纤维短切丝与增稠剂、分散剂、消泡剂、进行配料投入到打浆机中，进行打浆分散；
(2)将适合于一定质量的料浆通过输送设备均匀布置在单网成型机的过滤网上，然后进行强制负压脱水定型后得到湿的连续玻璃纤维短切毡；
(3)将湿的连续玻璃纤维短切毡输送至100-250℃的烘箱中烘干，并输送到裁切区进行裁切，得到符合尺寸要求的片状芯材；
(4)将相同尺寸的连续玻璃纤维短切毡堆放整齐备用。
其中，步骤(3)中提到的成型的芯材，其厚度为0.2mm；
实施例2
本发明所述的玻璃纤维短切毡，用于真空绝热板的芯材，其真空绝热板的制备过程如下：
(1)将实施例1中的新型玻璃纤维短切毡置于热处理炉中并加温，最高温度为170℃；
(2)当温度升至设定的数值170℃后保温60min，打开热处理炉将新型玻璃纤维短切毡取出；
(3)按照厚度要求将层叠的玻璃纤维短切毡装入高阻隔包装袋，并将吸气剂放置到特定位置；
(4)将放有玻璃纤维短切毡的高阻隔包装袋放入到预先设置好的真空封口机中进行封口，得到真空绝热板；
(5)打开真空封口机，取出真空绝热板。
本实施例真空绝热板关键指标-导热系数及成本对比如下：
对比1：
  项目   本实施例真空绝热板   超细玻璃棉芯材真空绝热板
  导热系数(mW/m.k)   1.5   3.5
  成本降低(％)   50   ---
对比2：
Figure BDA0000085215290000041
实施例3
本发明所述的玻璃纤维短切毡，湿法制备过程如下：
(1)将优选的长度6mm，纤维直径9μm的的无碱玻璃纤维短切丝50Kg与增稠剂(化学名称：羟丙基甲基纤维素)1.2Kg、分散剂(化学名称：脂肪醇聚氧乙烯醚硅烷)1.2Kg、消泡剂(有机聚硅氧烷混合物)5g、其它助剂(防腐剂：百菌清或亚硝酸钠)4g按质量比进行配料投入到打浆机中，进行打浆分散；
(2)将0.5‰浓度的料浆通过输送设备均匀布置在单网成型机的过滤网上，然后进行强制负压脱水定型后得到湿的连续玻璃纤维短切毡；
(3)将湿的连续玻璃纤维短切毡输送至50-180℃的烘箱中烘干，并输送到裁切区进行裁切，得到符合尺寸要求的片状芯材；
(4)将相同尺寸的连续玻璃纤维短切毡堆放整齐备用。
其中，步骤(3)中提到的成型的芯材，其厚度为0.3mm；
实施例4
本发明所述的玻璃纤维短切毡，用于真空绝热板的芯材，其真空绝热板的制备过程如下：
(1)将实施例1中的玻璃纤维短切毡置于热处理炉中并加温，最高温度为170℃；
(2)当温度升至设定的数值170℃后保温60min，打开热处理炉将玻璃纤维短切毡取出；
(3)按照厚度要求将层叠的玻璃纤维短切毡装入高阻隔包装袋，并将吸气剂放置到特定位置；
(4)将放有玻璃纤维短切毡的高阻隔包装袋放入到预先设置好的真空封口机中进行封口，得到真空绝热板；
(5)打开真空封口机，取出真空绝热板。
本实施例真空绝热板关键指标-导热系数及成本对比如下：
对比1：
Figure BDA0000085215290000042
Figure BDA0000085215290000051
对比2：
Figure BDA0000085215290000052

Claims (6)

1.一种玻璃纤维短切毡，选用玻璃纤维长度在4～25mm，纤维直径在5～15μm，通过加入增稠剂、分散剂、消泡剂，制成浆料，经脱水、烘干制成。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维短切毡，其特征在于所述的玻璃纤维为玻璃纤维生产企业的边角废料。
3.如权利要求1所述的一种玻璃纤维短切毡，其特征在于用于真空绝热板的芯材。
4.如权利要求3所述的一种玻璃纤维短切毡，其特征在于真空绝热板的芯材由权利3制得的芯材和吸气剂或吸附剂、封闭的高阻隔包装袋所构成，所述的芯材由多层片状的玻璃纤维短切毡层叠制成。
5.一种玻璃纤维短切毡的制备方法，其特征在于利用造纸工艺中的抄造工艺通过强制负压脱水定型制备，包括以下步骤：
(1)将优选的长度在4～25mm，纤维直径在5～15μm的玻璃纤维短切丝与增稠剂、分散剂、消泡剂，进行配料投入到打浆机中，进行打浆分散；
(2)将料浆通过输送设备均匀布置在单网成型机的过滤网上，然后进行强制负压脱水定型后得到湿的连续玻璃纤维短切毡；
(3)将湿的连续玻璃纤维短切毡输送至100-250℃的烘箱中烘干。
6.如权利要求5所述的一种玻璃纤维短切毡的制备方法，其特征在于经所述步骤(3)成型的芯材，其厚度为0.1～2.0mm。
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