CN103204665A - 一种纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡及其制作方法，其特征在于由隔热纤维材料和隔热颗粒材料组成，且包括65～85％的孔隙率，其中隔热纤维材料所占重量比为15～50％，隔热颗粒材料所占重量比为50～85％，隔热纤维材料为玻璃棉、陶瓷棉、矿物棉或它们的组合，隔热颗粒材料为硅酸钙颗粒、二氧化硅颗粒、珍珠岩、熟石膏粉、碳酸钙颗粒、玻化微珠、珠光砂或它们的组合。本发明的优点在于克服了纯纤维材料毡或芯材压缩后回弹性大的缺点，克服了纯颗粒材料毡或芯材抗折强度低，抽真空时间长的缺点。该无机复合材料毡可用作建筑、机械、热能等领域的隔热元件或隔热填料，也可以用作真空绝热板的芯材。

Description

一种纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种无机复合材料毡及其制作方法，特别是涉及一种纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡及其制作方法。

背景技术

近年来，石油、煤炭等化石能源价格高涨，二氧化碳排放量居高不下，这些对人类高质量的生存环境构成了很大威胁，社会对隔热、保温、节能、降耗材料提出了越来越高的要求。资料报道，随着人类对居住、办公区域环境的温度湿度要求越来越高，房屋的取暖和降温能耗占据了社会总能源消耗的1/3。中国、欧洲近年来积极开发以玻璃棉等无机材料为芯材的应用于建筑内外墙保温的真空绝热板技术。真空绝热板由表面高效阻隔膜、无机材料芯材、吸气剂或干燥剂构成，是一种新型、高效节能的保温绝热材料。由于真空绝热板中气体被抽尽，从而避免了气体分子运动所造成的热对流，真空绝热板的导热系数可以降低到0.01W/m·K以下，成为目前世界上导热系数最低的材料。

芯材是真空绝热板中的支撑体，是一种多孔毡，具有高的孔隙率，且不能被无限压缩，是决定真空绝热板漏气后能否保持原状长期服役的关键。多孔无机材料毡应用在真空绝热板中，被阻气阻热薄膜包装后，一般被称为芯材。尽管毡的结构、形状有多种多样，但其材质均为低导热系数材料。

厦门高特高新材料有限公司在公开号为CN1945091A的发明专利上公开了一种以玻璃纤维与酚醛复合材料为芯材的真空绝热板及其制备方法。该复合芯材有三层结构，上下层为玻璃纤维，中间层为发泡酚醛。

旭玻璃纤维股份有限公司在公开号为CN1609498A的发明专利上公开了一种通过将热固性有机粘合剂施加于无机纤维，经过加热、加压形成用于真空绝热板的芯材。该法制得的芯材，玻璃纤维沿芯材平面方向排列，芯材具有平滑表面和优异的隔热性能。

松下冷机株式会社在公开号为CN1659402A的发明专利上公开了一种纤维材料制成的真空隔热材料和制作方法。该法形成的真空隔热材料通过结合剂使纤维结合体硬化，在芯材的厚度方向上结合剂的浓度不同，在芯材的至少一侧表面上形成有通过结合剂固定的硬化层。

英德市埃力生亚太电子有限公司在公开号CN101149209A的发明专利上公开了一种以钛白粉或碳黑与低堆积密度的增强颗粒为增强体的真空绝热板用复合芯材及其制备方法。该法制得的复合芯材具有特殊的强度分布，即强度主要存在于垂直保温板表面的方向，有利于材料承受大气压力而不坍塌。

胡仲寅在公开号CN1944326A的发明专利上公开了一种粉体与纤维混杂的绝热保温材料。这种保温材料由纤维素醚类聚合物和菱苦土、复合抗水外加剂、氯化镁粉体、轻质颗粒料、憎水剂、增强增韧纤维、改性乳胶粉和减水剂构成。所述的绝热保温材料具有高抗水、憎水、质轻的优点。

目前毡或芯材技术主要是以玻璃棉为主体。单纯由隔热纤维材料构成的无机材料毡或芯材中，无机纤维会复杂地互相缠绕，在导热方向平行的纤维排列的几率增加，导热量增加。另外，纤维的平均直径越小，纤维之间越容易复杂地互相缠绕。因此纤维容易构成集合体，纤维集合体中及纤维集合体间的孔隙会增大。在相同孔隙率情况下，芯材内部孔隙的尺寸越大越难以在更高的气孔压力下保持低的导热系数。另外，隔热纤维材料中没有除去的杂质和直径过大的纤维渣球会刺破高效阻隔膜导致真空绝热板的整体隔热保温性能降低。隔热纤维的回弹性大，一旦高效阻隔膜刺破，真空绝热板内的隔热纤维材料会产生空鼓现象，严重地影响了真空绝热板的使用性能。另外，隔热纤维材料的价格普遍偏高，限制了它的广泛应用。

单纯由隔热颗粒材料构成的无机材料毡具有较好的保温性能，但是在无机材料芯材的使用过程中隔热颗粒会由于重力或外力的影响下坠，导致无机材料毡内部颗粒脱落，使得无机材料毡上下面的颗粒分布不均匀，严重影响了真空绝热板的导热系数和强度分布的均匀性。另外，隔热颗粒材料毡的抗折强度低，不利于真空绝热板的平整和直立耐久性，同样限制了它的广泛应用。

采用两种或两种以上材质的隔热纤维材料和隔热颗粒材料形成的无机复合材料毡，能充分发挥各自的优点，弥补缺陷，根据不同的使用性能、使用场合、使用领域达到综合性能比较好的隔热保温材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有的无机材料毡及其制作方法的缺点，提供一种纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡及其制作方法，该无机复合材料毡可用作建筑、机械、热能等领域的隔热元件或隔热填料，也可以用作真空绝热板的芯材。

为解决上述问题，本发明提供一种纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡，其特征在于包括隔热纤维材料和隔热颗粒材料，两种材料以一定比例混杂，其中隔热纤维材料所占重量比为15～50％，隔热颗粒材料所占重量比为50～85％。

隔热纤维材料特征在于选自玻璃棉、陶瓷棉、矿物棉或它们的组合。隔热颗粒材料特征在于选自硅酸钙颗粒、二氧化硅颗粒、珍珠岩、熟石膏粉、碳酸钙颗粒、珠光砂、玻化微珠或它们的组合。玻化微珠在颗粒粒径在0.1～2mm之间，珍珠岩颗粒粒径在30～80目之间，珠光砂颗粒粒径在50～300目之间，其他颗粒粒径在200～1000目之间。隔热纤维和隔热颗粒材料均匀分布，隔热纤维材料作为骨架支撑整块毡，隔热颗粒材料作为增密材料填充在隔热纤维材料孔隙内部，抑制毡的压缩性或回弹性。

本发明所述的纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡的特征在于是由两种或两种以上材质的隔热纤维材料和隔热颗粒材料组成的复合结构。隔热纤维和隔热颗粒之间组成细小的孔隙，整块毡或芯材保持65～85％的孔隙率。

隔热纤维、隔热颗粒和它们之间的气孔构成一个组成单元，这些组成单元的隔热纤维含量不同、隔热颗粒含量不同、孔隙大小也不同。这些组成单元连续地分布在芯材内部和表面，多个组成单元形成本发明所述的纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡。

为了解决上述问题，本发明还提供一种上述纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡的制作方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)将一定量的玻璃棉或矿物棉或陶瓷棉或它们的组合加入打浆机中进行分散，以水为分散剂和溶剂，把玻璃棉纤维或矿物棉纤维原料离解成棉浆；

(2)将棉浆输送至配浆池中，将硅酸钙颗粒、熟石膏粉、碳酸钙颗粒、二氧化硅颗粒、珍珠岩、珠光砂、玻化微珠按照不同的配比加入到配浆池中混合，搅拌均匀并将其稀释，稀释后料浆中固液比控制在1～3％之间；

(3)将搅拌均匀的混合料浆输送至双网挤浆机的过滤网上进行抄造，厚度控制在5～32mm之间，将抄造所得物进行真空抽吸除水并压榨后制得毡坯；

(4)将毡坯裁切加工，或打孔、或切角、或平整；

(5)进入烘箱烘干，烘箱长度10～30米，烘箱中心温度在250～400℃之间，烘箱入口和烘箱出口半封闭，整个烘箱内，温度按照长度方向呈现中间高两边低的特征，烘干时间控制在10～20min之间；

(6)将干燥后的毡进行分切，即获得不同规格和型号的无机复合材料成品毡。

本发明中所述的玻璃棉纤维直径为3μm～7μm，陶瓷棉或矿物棉纤维直径为2μm～5μm。制备出来的纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡的厚度为3mm～30mm，常温下毡的导热系数为0.02W/(m·K)～0.07W/(m·K)。

与现有无机材料芯材或毡及其制作方法相比，本发明的优点在于：(1)本发明所述的纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡的密度比纯颗粒无机材料毡低，耐压强度又比纯纤维无机材料毡高；(2)克服了纯纤维材料毡或芯材压缩后回弹性大的缺点；(3)克服了纯颗粒材料毡或芯材抗折强度低，抽真空时间长的缺点；(4)本发明中所述的纤维与颗粒混杂的毡或芯材可回收再利用。

具体实施方法

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

将15份玻璃棉和5份矿物棉加入打浆机，同时加入水和白水进行分散制浆，用机械和化学的方法把玻璃棉纤维原料离解成本色料浆，该处所述白水即抄造工段废水，白水主要含有细小纤维、填料、涂料和溶解了的木材成分，以及添加剂等；

将混合浆液输送至配浆池中，并将22份硅酸钙颗粒、34份二氧化硅颗粒和24份珍珠岩投入到配浆池中进行搅拌均匀成浆，加入白水对其进行稀释，稀释至浓度1～2％；

将搅拌均匀的混合浆液输送至双网挤浆机的过滤网上进行抄造，厚度控制在12mm，将抄造所得物进行真空抽吸除水并压榨后制得毡坯；

将毡坯裁切加工，或打孔、或切角、或平整；

将毡坯置于烘箱内烘干成型，烘箱中心温度控制在350℃，烘箱入口和烘箱出口半封闭，整个烘箱内温度是一个连续升高和连续降低的过程，烘干时间控制在15min；

将干燥后的毡半成品进行分切制成不同规格和型号的毡成品。

本实施例中，对废水进行回收利用，具有绿色环保的特点。制备出来的纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡的气孔率为82％，孔隙小并均匀的分布在毡内部。

实施例2

将34份矿物棉纤维加入打浆机，同时加入水和白水进行分散制浆；

将棉浆输送至配浆池中，并将42份硅酸钙颗粒、24份二氧化硅颗粒投入到配浆池中进行搅拌均匀成浆，加入白水对其进行稀释，稀释至浓度1.5～2.5％；

将搅拌均匀的混合浆液输送至双网挤浆机的过滤网上进行抄造，厚度控制在17mm，将抄造所得物进行真空抽吸除水并压榨后制得毡坯；

将毡坯裁切加工，或打孔、或切角、或平整；

将毡坯置于烘箱内烘干成型，烘箱中心温度控制在300℃，烘箱入口和烘箱出口半封闭，整个烘箱内温度是一个连续升高和连续降低的过程，烘干时间控制在10min；

将干燥后的毡半成品进行分切制成不同规格和型号的毡成品。

实施例3

将28份玻璃棉纤维、10份矿物棉纤维加入打浆机，同时加入水和白水进行分散制浆；

将棉浆输送至配浆池中，并将25份熟石膏粉、24份碳酸钙颗粒、10份二氧化硅颗粒和3份珠光砂投入到配浆池中进行搅拌均匀成浆，加入白水稀释至浓度1～1.5％；

将搅拌均匀的混合浆液输送至双网挤浆机的过滤网上进行抄造，厚度控制在22mm，将抄造所得物进行真空抽吸除水并压榨后制得毡坯；

将毡坯裁切加工，或打孔、或切角、或平整；

将毡坯置于烘箱内烘干成型，烘箱中心温度控制在370℃，烘干时间为20min；

将干燥后的毡半成品进行分切制成不同规格和型号的毡成品。

实施例4

将30份玻璃棉纤维加入打浆机，同时加入水和白水进行分散制浆；

将棉浆输送至配浆池中，并将70份碳酸钙颗粒投入到配浆池中进行搅拌均匀成浆，加入白水稀释至浓度2～3％；

将搅拌均匀的混合浆液输送至双网挤浆机的过滤网上进行抄造，厚度控制在27mm，将抄造所得物进行真空抽吸除水并压榨后制得毡坯；

将毡坯裁切加工，或打孔、或切角、或平整；

将毡坯置于烘箱内烘干成型，烘箱中心温度控制在300℃，烘干时间为15min；

将干燥后的毡半成品进行分切制成不同规格和型号的毡成品。

实施例5

将50份玻璃棉纤维加入打浆机，同时加入水和白水进行分散制浆；

将棉浆输送至配浆池中，并将50份玻化微珠投入到配浆池中进行搅拌均匀成浆，加入白水稀释至浓度1～1.5％；

将搅拌均匀的混合浆液输送至双网挤浆机的过滤网上进行抄造，厚度控制在32mm，将抄造所得物进行真空抽吸除水并压榨后制得毡坯；

将毡坯裁切加工，或打孔、或切角、或平整；

将毡坯置于烘箱内烘干成型，烘箱中心温度控制在400℃，烘干时间为20min；

将干燥后的毡半成品进行分切制成不同规格和型号的毡成品。

上述仅为本发明的几个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。

Claims (4)

1.一种纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡，其特征在于由隔热纤维材料和隔热颗粒材料组成，且包括65～85％的孔隙率，其中隔热纤维材料所占重量比为15～50％，隔热颗粒材料所占重量比为50～85％。

2.依据权利要求书1所述，其特征在于隔热纤维材料为玻璃棉、陶瓷棉、矿物棉或它们的组合，玻璃棉纤维直径为3μm～7μm，矿物棉及陶瓷棉纤维直径为2μm～5μm。

3.依据权利要求书1所述，其特征在于隔热颗粒材料为硅酸钙颗粒、二氧化硅颗粒、珍珠岩、熟石膏粉、碳酸钙颗粒、玻化微珠、珠光砂或它们的组合，玻化微珠在颗粒粒径在0.1～2mm之间，珍珠岩颗粒粒径在30～80目之间，珠光砂颗粒粒径在50～300目之间，其他颗粒粒径在200～1000目之间。

4.一种纤维与颗粒混杂的无机复合材料毡的制作方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)将一定量的玻璃棉或矿物棉或陶瓷棉或它们的组合加入打浆机中进行分散，以水为分散剂和溶剂，把玻璃棉纤维或矿物棉纤维原料离解成棉浆；

(2)将棉浆输送至配浆池中，将硅酸钙颗粒、熟石膏粉、碳酸钙颗粒、二氧化硅颗粒、珍珠岩、珠光砂、玻化微珠按照不同的配比加入到配浆池中混合，搅拌均匀并将其稀释，稀释后料浆中固液比控制在1～3％之间；

(3)将搅拌均匀的混合料浆输送至双网挤浆机的过滤网上进行抄造，厚度控制在5～32mm之间，将抄造所得物进行真空抽吸除水并压榨后制得毡坯；

(4)将毡坯裁切加工，或打孔、或切角、或平整；

(5)进入烘箱烘干，烘箱长度10～30米，烘箱中心温度在250～400℃之间，烘箱入口和烘箱出口半封闭，整个烘箱内，温度按照长度方向呈现中间高两边低的特征，烘干时间控制在10～20min之间；

(6)将干燥后的毡进行分切，即获得不同规格和型号的无机复合材料成品毡。