CN103277631A - 一种玻璃纤维真空绝热板纳米芯材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃纤维真空绝热板纳米芯材，该芯材由直径为3-6um的中碱玻璃纤维短切丝和直径为0.5-1.5um的无碱玻璃纤维棉制成，其中中碱玻璃纤维短切丝质量百分比为50-100%，无碱玻璃纤维棉质量百分比为0-50%；本发明还公开了一种制备上述纳米芯材的方法，包括以下步骤：1）按配比选择原材料；2）打浆分散原材料得浆料；3）稀释所得浆料；4）除渣处理稀释的浆料并用湿法成型制得玻璃纤维湿纸；5）脱水处理所得湿纸，使含湿率＜20%；6）干燥脱水处理的湿纸。本发明的真空绝热板纳米芯材保温效果好、机械强度高、使用寿命长、采用本发明的制备方法可以进一步确保真空绝热板纳米芯材的上述效果。
Description
技术领域
本发明涉及真空绝热板芯材，特别涉及一种以玻璃纤维为原材料的真空绝热板芯材及其制备方法。
背景技术
真空绝热板（简称VIP）是一种新型的保温绝热材料,它的导热系数低、绝热保温效果好、所占的空间比例小，广泛应用于各个领域。玻璃纤维以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝等工艺制成，是一种性能优异的无机非金属材料，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，可用于绝热保温领域。
芯材的选用和制作方法对真空绝热板性能具有重要影响，优良的真空绝热板纳米芯材须具有以下几种特性:1、在高真空负压状态下对真空绝热板有支撑作用防止真空绝热板收缩、内陷；2、具有低热传导系数；3、芯材需要具备防对流、热辐射功能4、性能稳定，使用寿命长。常规真空绝热板芯材，如气凝胶、微孔聚氨酯、聚氯乙烯、二氧化硅粉末、石棉纤维、玻璃保温棉均不能很好的满足上述要求。
发明内容
针对现行真空绝热板芯材存在的问题，本发明提供一种保温效果好、机械强度高、使用寿命长、绿色环保的玻璃纤维真空绝热板纳米芯材。
本发明公开了一种玻璃纤维真空绝热板纳米芯材，所述芯材由直径为3-6um的中碱玻璃纤维短切丝和直径为0.5-1.5um的无碱玻璃纤维棉制成，所述中碱玻璃纤维短切丝质量百分比为50-100%，所述无碱玻璃纤维棉质量百分比为0-50%。
本发明还公开了一种制备上述玻璃纤维真空绝热板纳米芯材的方法，包括以下步骤：
步骤一，按比例选取直径为3-6um的中碱玻璃纤维短切丝和直径为0.5-1.5um的无碱玻璃纤维棉；
步骤二，将所选原材料加入到硫酸水溶液中打浆分散得到浆料，控制浆料质量浓度为1.5%～2%,打浆度为8-10°SR，PH值为3～3.5；
步骤三，加水稀释步骤二所得浆料至质量浓度为0.15～0.2%，调节PH值至2.5～3；
步骤四，用离心除渣机对步骤四稀释的浆料进行除渣，并在斜网成型造纸机上进行湿法成型，得到玻璃纤维湿纸；
步骤五，脱水处理步骤四所得湿纸，使湿纸的含湿率＜20%，脱水处理压强为0.1～0.6MPa；
步骤六，干燥处理步骤五所得湿纸，处理温度为180～250℃。
进一步，所述步骤五中脱水处理采用抽吸脱水法，分三阶段进行：第一阶段的真空度为0.1～0.2MPa，第二阶段的真空度为0.2-0.3MPa,第三阶段的真空度为0.3-0.4MPa。
进一步，所述步骤六中干燥处理分三步进行：第一步干燥温度为250℃，第二步干燥温度为220℃，第三步干燥温度为220℃。
进一步，所述第六步中干燥处理在长度为32-36米的烘房中进行，烘房采用直接加热方式同时对玻璃纤维湿纸正反两面进行干燥。
进一步，所述中碱玻璃纤维短切丝是由中碱玻璃球在1600～1800℃熔融后，再经过喷吹、分切制得。
本发明的有益效果在于：（1）、本发明使用中碱玻璃纤维短切丝制备真空绝热板芯材，中碱玻璃纤维短切丝长度、直径均匀，结合本发明的制备方法能够有效保证制得的芯材具有层叠式多孔结构并且芯材玻璃纤维短切丝之间以点接触方式连接；这种层叠式多孔结构可以减少热对流和辐射，增强保温性能，而芯材纤维之间以点接触连接可以延长热传导路径，降低热传导系数，进一步增强保温性能；（2）、本发明所使用的中碱玻璃纤维短切丝机械强度好，结合本方法生产出的产品物理性能优越，能够避免真空绝热板塌瘪；（3）、本发明真空绝热板芯材吸水能力极低，避免了水对芯材绝热性能的影响，使得产品质量稳定，使用寿命长。（4）、本发明芯材绿色无污染。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明技术方案，以下份数均为质量份。
实施例1
本实施例的玻璃纤维真空绝热板纳米芯材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，取中碱玻璃球加热到1700℃熔融，经过喷吹、分切制得平均直径为4um的中碱玻璃纤维短切丝。
步骤二，选取80份上述平均直径为4um的中碱玻璃纤维短切丝，20份直径为1um的无碱玻璃纤维棉。
步骤三，将上述原材料加入硫酸水溶液中打浆分散得到浆料，控制浆料浓度为1.7%,打浆度为9°SR，PH值为3.2，打浆时间为40分钟。
步骤四，向所得到的浆料加水稀释至质量浓度为0.17%，调节PH值为2.8；
步骤五，用离心除渣机对步骤四稀释的浆料进行除渣，并在斜网成型造纸机上进行湿法成型，得到玻璃纤维湿纸；
步骤六，抽吸脱水处理第五步所得玻璃纤维湿纸，使湿纸的含湿率＜20%，分三阶段进行：第一阶段的主要目的是轻微脱水，本阶段脱水的真空度为0.1MPa，第二阶段的主要目的是减少水线长度，保证芯材外观的一致性，本阶段抽吸后湿纸含湿率＜40%，本阶段脱水的真空度为0.6MPa；第三阶段的主要目的是使湿纸含湿率＜20%，本阶段真空度为0.6MPa。
步骤七，在长度为32-36米的烘房内，分三段烘干第六步所得玻璃纤维湿纸：第一段烘干温度为250℃，本阶段采用限于第一段的内部热风循环，增加新空气，本步骤排除40～60%的湿气；第二段烘干温度为220℃，本阶段采用内部热风全循环，不进行排湿，增加新空气，多余的热空气进入第一段进行加热；第三段烘干温度为220℃，本阶段也采用全循环，本段设有自然排湿气罩。本步骤采用直接加热的方式加热烘房，烘干过程中同时对烘房内部的玻璃纤维湿纸正反两面进行干燥。本步骤烘干湿纸只需要4～6分钟，最终芯材的湿度降到0.02%以下。
实施例2
本实施例的玻璃纤维真空绝热板纳米芯材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，取中碱玻璃球加热到1600℃熔融，经过喷吹、分切制得平均直径为3um的中碱玻璃纤维短切丝。
步骤二，选取50份上述平均直径为3um的中碱玻璃纤维短切丝，50份直径为0.5um的无碱玻璃纤维棉，
步骤三，将上述原材料加入硫酸水溶液中打浆分散，控制浆料浓度为1.5%,打浆度为8°SR，PH值为3，打浆时间为40分钟。
步骤四，向所得到的浆料加水稀释至质量浓度为0.15%，调节PH值为2.5；
步骤五，用离心除渣机对步骤四稀释的浆料进行除渣，并在斜网成型造纸机上进行湿法成型，得到玻璃纤维湿纸；
步骤六，抽吸脱水处理第五步所得玻璃纤维湿纸，使湿纸的含湿率＜20%，分三阶段进行：第一阶段的主要目的是轻微脱水，本阶段脱水的真空度为0.1MPa，第二阶段的主要目的是减少水线长度，保证芯材外观的一致性，本阶段抽吸后湿纸含湿率＜40%，本阶段脱水的真空度为0.6MPa；第三阶段的主要目的是使湿纸含湿率＜20%，本阶段真空度为0.6MPa。
步骤七，在长度为32-36米的烘房内，分三段烘干第六步所得玻璃纤维湿纸：第一段烘干温度为250℃，本阶段采用限于第一段的内部热风循环，增加新空气，本步骤排除40～60%的湿气；第二段烘干温度为220℃，本阶段采用内部热风全循环，不进行排湿，增加新空气，多余的热空气进入第一段进行加热；第三段烘干温度为220℃，本阶段也采用全循环，本段设有自然排湿气罩。本步骤采用直接加热的方式加热烘房，烘干过程中同时对烘房内部的玻璃纤维湿纸正反两面进行干燥。本步骤烘干湿纸只需要4～6分钟，最终芯材的湿度降到0.02%以下。
实施例3
本实施例的玻璃纤维真空绝热板纳米芯材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，取中碱玻璃球加热到1800℃熔融，经过喷吹、分切制得平均直径为6um的中碱玻璃纤维短切丝。
步骤二，选取100份上述平均直径为6um的中碱玻璃纤维短切丝，
步骤三，将上述原材料加入硫酸水溶液中打浆分散，控制浆料浓度为2%,打浆度为10°SR，PH值为3.5，打浆时间为40分钟。
步骤四，向所得到的浆料加水稀释至质量浓度为0.2%，调节PH值为3；
步骤五，用离心除渣机对步骤四稀释的浆料进行除渣，并在斜网成型造纸机上进行湿法成型，得到玻璃纤维湿纸；
步骤六，抽吸脱水处理第五步所得玻璃纤维湿纸，使湿纸的含湿率＜20%，分三阶段进行：第一阶段的主要目的是轻微脱水，本阶段脱水的真空度为0.1MPa，第二阶段的主要目的是减少水线长度，保证芯材外观的一致性，本阶段抽吸后湿纸含湿率＜40%，本阶段脱水的真空度为0.6MPa；第三阶段的主要目的是使湿纸含湿率＜20%，本阶段真空度为0.6MPa。
步骤七，在长度为32-36米的烘房内，分三段烘干第六步所得玻璃纤维湿纸：第一段烘干温度为250℃，本阶段采用限于第一段的内部热风循环，增加新空气，本步骤排除40～60%的湿气；第二段烘干温度为220℃，本阶段采用内部热风全循环，不进行排湿，增加新空气，多余的热空气进入第一段进行加热；第三段烘干温度为220℃，本阶段也采用全循环，本段设有自然排湿气罩。本步骤采用直接加热的方式加热烘房，烘干过程中同时对烘房内部的玻璃纤维湿纸正反两面进行干燥。本步骤烘干湿纸只需要4～6分钟，最终芯材的湿度降到0.02%以下。
下面结合实验数据对本发明作进一步说明：表1反映本发明芯材的性能，表2为各种保温材料性能对比。
表1：本发明实施例性能对比
从表可以看出，本发明的玻璃纤维真空绝热板纳米芯材导热系数较低而最高承受温度热荷重收缩温度较高，并且随着中碱玻璃纤短切丝含量的上升导热系数逐步下降，当芯材含有100%的中碱玻璃纤短切丝时性能最好。
表2：各种真空绝热板芯材性能对比
从表2可以看出，本发明玻璃纤维真空绝热板芯材导热系数明显低于同类产品，具有更好的保温效果；本发明芯材热荷重收缩温度和最高承受温度高于其他产品，说明本发明芯材在同样的温度下具有较高的机械强度，适用于更高温度的工作环境。
综上所述，本发明玻璃纤维真空绝热板纳米芯材，具有层叠式多孔结构，芯材纤维之间以点接触方式连接，具有很强的保温能，并且本发明真空绝热板纳米芯材机械强度好，能够避免在真空条件下塌瘪；另外本发明真空绝热板纳米芯材吸水洗能力极低，能够避免水对芯材绝热性能的影响，使得产品质量稳定，使用寿命长。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (6)
1.一种玻璃纤维真空绝热板纳米芯材，其特征在于：所述芯材由直径为3-6um的中碱玻璃纤维短切丝和直径为0.5-1.5um的无碱玻璃纤维棉制成，所述中碱玻璃纤维短切丝质量百分比为50-100%，所述无碱玻璃纤维棉质量百分比为0-50%。
2.一种制备如权利要求1所述玻璃纤维真空绝热板纳米芯材的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，按所述比例选取直径为3-6um的中碱玻璃纤维短切丝和直径为0.5-1.5um的无碱玻璃纤维棉；
步骤二，将所选原材料加入到硫酸水溶液中打浆分散得到浆料，控制浆料质量浓度为1.5%～2%,打浆度为8-10°SR，PH值为3～3.5；
步骤三，加水稀释步骤二所得浆料至质量浓度为0.15～0.2%，调节PH值至2.5～3；
步骤四，用离心除渣机对步骤四稀释的浆料进行除渣，并在斜网成型造纸机上进行湿法成型，得到玻璃纤维湿纸；
步骤五，脱水处理步骤四所得湿纸，使湿纸的含湿率＜20%，脱水处理压强为0.1～0.6MPa；
步骤六，干燥处理步骤五所得湿纸，处理温度为180～250℃。
3.如权利要求2所述制备玻璃纤维真空绝热板纳米芯材的方法，其特征在于：所述步骤五中脱水处理采用抽吸脱水法，分三阶段进行：第一阶段的真空度为0.1～0.2MPa，第二阶段的真空度为0.2-0.3MPa,第三阶段的真空度为0.3-0.4MPa。
4.如权利要求2所述制备玻璃纤维真空绝热板纳米芯材的方法，其特征在于：所述步骤六中干燥处理分三步进行：第一步干燥温度为250℃，第二步干燥温度为220℃，第三步干燥温度为220℃。
5.如权利要求2所述制备玻璃纤维真空绝热板纳米芯材的方法，其特征在于：所述第六步中干燥处理在长度为32-36米的烘房中进行，烘房采用直接加热方式同时对玻璃纤维湿纸正反两面进行干燥。
6.如权利要求2-5中任意一项所述制备玻璃纤维真空绝热板纳米芯材的方法，其特征在于：所述中碱玻璃纤维短切丝是由中碱玻璃球在1600～1800℃熔融后，再经过喷吹、分切制得。
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