CN103641383A - 一种航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料，包括涤纶无纺布、玻璃纤维棉和粘结胶料，所述无纺布厚度为0.05-0.1mm，所述玻璃纤维棉直径为0.75-1.25μm，所述粘结胶料为酚醛树脂，其重量为复合材料总重的0.8-1.2%，所述玻璃纤维棉通过粘结胶料复合在无纺布表面。本发明制备该复合材料的方法，首先取适量氧化锌、硼砂、白砂、钾长石粉、纯碱、方解石、碳酸钾、碳酸钡并混合熔化；然后经初次成纤后用高温、高速气流牵引得到玻璃纤维棉；接着将玻璃纤维棉分散在无纺布表面并喷涂施胶，最后干燥得产品。本发明的保温绝热玻璃纤维复合材料的导热系数低，耐高温性能优异，密度低，强度高，满足航空业使用要求。

Description

一种航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于含硅无机纤维领域，涉及一种玻璃纤维复合材料及其制备方法，特别涉及一种航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

玻璃纤维棉属于玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维。采用石英砂、石灰石、白云石等天然矿石为主要原料，配合一些纯碱、硼砂等化工原料熔成玻璃。在融化状态下，借助外力吹制成絮状细纤维，纤维和纤维之间为立体交叉，互相缠绕在一起，呈现出许多细小的间隙，这种间隙可看作孔隙。因此，玻璃棉可视为多孔材料，具有良好的绝热、吸声性能。玻璃棉能够吸声的原因不是由于表面粗糙，而是因为具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞，当声波入射到玻璃棉上时，声波能顺着孔隙进入材料内部，引起空隙中空气分子的振动。由于空气的粘滞阻力和空气分子与孔隙壁的摩擦，声能转化为热能而损耗。

玻璃纤维棉常作为保温材料被广泛运用于航空航天领域。航空航天领域对保温材料的要求较高，常规的用胶料粘结后包覆成型的玻璃纤维棉保温材料强度低，安装加工性能差，保温效果差，质量重，不能满足使用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种质量轻，保温效果优异的玻璃纤维复合材料，本发明还提供一种制备该复合材料的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料，包括无纺布、玻璃纤维棉和粘结胶料，所述无纺布厚度为0.05-0.1mm，所述玻璃纤维棉直径为0.75-1.25μm，所述玻璃纤维棉通过粘结胶料复合在无纺布表面。

进一步，所述复合在无纺布表面的玻璃纤维棉厚度为0.35-4.95mm。

本发明航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料由直径为0.75-1.25μm的玻璃纤维棉、厚度0.05-0.1mm的无纺布和粘结胶料制成：首先，无纺布起骨架支撑的作用，可以显著增强复合材料强度，而且本发明采用超薄无纺布，能够显著降低产品重量；其次，由于无纺布孔隙率低，可以有效阻止外界杂质进入，延长复合材料使用寿命；再次，由于无纺布的存在，本发明复合材料厚度可以低于0.4mm或者高于50mm，克服了传统玻璃纤维棉保温绝热材料厚度只能维持在1-8mm，过薄过厚均无法加工的缺点；最后，由于无纺布的存在，本发明航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料所需要粘结胶料的使用量只有传统保温材料的50%，进一步提高了保温绝热效果。

进一步，所述无纺布为涤纶无纺布。

涤纶无纺布导热系数低并具有良好的耐火及保温性能，可以提高复合材料保温效果。

进一步，所述粘结胶料为酚醛树脂，其重量为复合材料总重的0.8-1.2%。

酚醛树脂粘结胶料具有润湿速度快，能够和玻璃纤维棉及无纺布发生稳定交联的优点，最终制得的产品粘结可靠，性能稳定。

进一步，所述玻璃纤维棉按照质量计由以下组分组成：SiO₂：54-59%，Al₂O₃：5-8%，CaO：1-3%，MgO：0.5-2%，K₂O：1.5-3.5%，Na₂O：9-11%，B₂O₃：9-12%，ZnO：3-5%，BaO：4-7%。

本发明玻璃纤维棉通过降低金属氧化物K₂O、Na₂O、MgO、ZnO的含量，并提高SiO₂的含量，有效降低了玻璃纤维棉自身导热系数。

进一步，所述玻璃纤维棉采用如下方法制得：

1）原料准备：选取氧化锌、硼砂、白砂、钾长石粉、纯碱、方解石、碳酸钾、碳酸钡，并混合均匀；

2）熔化：将步骤1）的原料熔化成玻璃液；

3）初次纤维化：将步骤2）的玻璃液分为玻璃细流，经拉丝、排丝得初级纤维；

4）二次纤维化：采用高温、高速气流牵引步骤3）的初级纤维，制得玻璃纤维棉成品。

本发明玻璃纤维棉先后经过高温熔化和高温高速火焰气流喷吹步骤，具有很高的强度。

本发明制备所述航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料的方法，包括以下步骤：

1）原料准备：选取氧化锌、硼砂、白砂、钾长石粉、纯碱、方解石、碳酸钾、碳酸钡，并混合均匀；

2）熔化：将步骤1）的原料熔化成玻璃液；

3）初次纤维化：将步骤2）的玻璃液分为玻璃细流，经拉丝、排丝得初级纤维；

4）二次纤维化：采用高温、高速气流牵引步骤3）的初级纤维，制得玻璃纤维棉；

5）成型：将玻璃纤维棉均匀分散在无纺布表面得复合材料；

6）喷胶：对复合材料表面喷涂施胶；

7）干燥：干燥步骤6）施胶后的复合材料即得成品。

进一步，步骤6）所施胶料为酚醛树脂。

进一步，步骤7）干燥时温度为150～200℃，时间为5～7min。

本发明制备航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料的方法为干法成型，所制得的玻璃纤维复合材料中玻璃纤维棉排布整齐均匀，层次结构明显，孔隙细小，能有效减少辐射、对流和传导引发的热传递，拥有较好的绝热效果。

具体实施方式

下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述，以下实施例所述份数均为质量份。

实施例1：

本发明制备航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料的方法，包括以下步骤：

1）原料准备：选取4份氧化锌、22份硼砂、29份白砂、29份钾长石粉、6份纯碱、4.6份方解石、0.8份碳酸钾、4.6份碳酸钡，并混合均匀；

2）熔化：将步骤1）的原料在带漏孔的镍铬坩锅内熔化成玻璃液；

3）初次纤维化：步骤2）的玻璃液从漏孔流出后，经人工拉丝、排丝得初级纤维；

4）二次纤维化：采用高温、高速气流牵引步骤3）的初级纤维，制得直径为1.25μm的玻璃纤维棉；

5）成型：将步骤4）得到的玻璃纤维棉送入气流成型机，由气流送入铺装头，借纤维自重和垫网下面真空箱的作用使干纤维均匀落在无纺布表面形成复合保温材料。

6）喷胶：对复合材料表面喷涂施胶；

7）干燥：干燥步骤6）施胶后的复合材料即得成品。

作为本实施例的改进，步骤5）落在无纺布表面的玻璃纤维棉的厚度为4.95mm。

作为本实施例的改进，步骤5）的无纺布为涤纶无纺布，其厚度为0.05mm。

作为本实施例的改进，步骤6）所施胶料为酚醛树脂，其重量为复合材料总重的0.8%。

作为本实施例的改进，步骤7）干燥时温度为150℃，时间为7min。

经检测，本实施例制备的航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料中玻璃纤维棉按质量计由以下组分组成：SiO₂：58%，Al₂O₃：7%，CaO：2%，MgO：1.5%，K₂O：1.5%，Na₂O：10%，B₂O₃：11%，ZnO：4%，BaO：5%。

实施例2：

本发明制备航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料的方法，包括以下步骤：

1）原料准备：选取3份氧化锌、22份硼砂、30份白砂、29.5份钾长石粉、5份纯碱、4.6份方解石、0.9份碳酸钾、5份碳酸钡，并混合均匀；

2）熔化：将步骤1）的原料在带漏孔的镍铬坩锅内熔化成玻璃液；

3）初次纤维化：步骤2）的玻璃液从漏孔流出后，经人工拉丝、排丝得初级纤维；

4）二次纤维化：采用高温、高速气流牵引步骤3）的初级纤维，制得直径为0.75μm的玻璃纤维棉；

5）成型：将步骤4）得到的玻璃纤维棉送入气流成型机，由气流送入铺装头，借纤维自重和垫网下面真空箱的作用使干纤维均匀落在无纺布表面形成复合保温材料。

6）喷胶：对复合材料表面喷涂施胶；

7）干燥：干燥步骤6）施胶后的复合材料即得成品。

作为本实施例的改进，步骤5）落在无纺布表面的玻璃纤维棉的厚度为0.35mm。

作为本实施例的改进，步骤5）的无纺布为涤纶无纺布，其厚度为0.1mm。

作为本实施例的改进，步骤6）所施胶料为酚醛树脂，其重量为复合材料总重的1.2%。

作为本实施例的改进，步骤7）干燥时温度为200℃，时间为5min。

经检测，本实施例制备的航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料中玻璃纤维棉按质量计由以下组分组成：SiO₂：58.5%，Al₂O₃：7%，CaO：2%，MgO：1.5%，K₂O：2%，Na₂O：10.5%，B₂O₃：10.5%，ZnO：3.5%，BaO：4.5%。

实施例3：

本发明制备航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料的方法，包括以下步骤：

1）原料准备：选取5份氧化锌、22份硼砂、29份白砂、30份钾长石粉、5份纯碱、3.6份方解石、0.9份碳酸钾、4.5份碳酸钡，并混合均匀；

2）熔化：将步骤1）的原料在带漏孔的镍铬坩锅内熔化成玻璃液；

3）初次纤维化：步骤2）的玻璃液从漏孔流出后，经人工拉丝、排丝得初级纤维；

4）二次纤维化：采用高温、高速气流牵引步骤3）的初级纤维，制得直径为1.0μm的玻璃纤维棉；

5）成型：将步骤4）得到的玻璃纤维棉送入气流成型机，由气流送入铺装头，借纤维自重和垫网下面真空箱的作用使干纤维均匀落在无纺布表面形成复合保温材料。

6）喷胶：对复合材料表面喷涂施胶；

7）干燥：干燥步骤6）施胶后的复合材料即得成品。

作为本实施例的改进，步骤5）落在无纺布表面的玻璃纤维棉的厚度为0.42mm。

作为本实施例的改进，步骤5）的无纺布为涤纶无纺布，其厚度为0.07mm。

作为本实施例的改进，步骤6）所施胶料为酚醛树脂，其重量为复合材料总重的1%。

作为本实施例的改进，步骤7）干燥时温度为170℃，时间为6min。

经检测，本实施例制备的航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料中玻璃纤维棉按质量计由以下组分组成：SiO₂：56%，Al₂O₃：7%，CaO：2%，MgO：1.5%，K₂O：2%，Na₂O：10.5%，B₂O₃：11.5%，ZnO：5%，BaO：4.5%。

将实施例3制备的航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料与其它保温材料进行比较检测，结果如下表所示：

由此可见，本发明制得的航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料的导热系数低，耐高温性能优异，密度低，强度高；可广泛用作飞机及其它航空器的保温、绝热、吸音材料，也可用于高档建筑保温材料。

需要说明的是，上述实施例中所选取的原材料为氧化锌、硼砂、白砂、钾长石粉、纯碱、方解石、碳酸钾和碳酸钡，但是，本领域技术人员公知，通过变换原材料种类并适当调整原材料比例仍然能够制造出本发明化学成分为SiO₂：54-59%，Al₂O₃：5-8%，CaO：1-3%，MgO：0.5-2%，K₂O：1.5-3.5%，Na₂O：9-11%，B₂O₃：9-12%，ZnO：3-5%，BaO：4-7%的玻璃纤维棉。因此，只要最终产品中玻璃纤维棉的化学成分与本发明相同，均属于本发明保护范围。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料，包括无纺布、玻璃纤维棉和粘结胶料，其特征在于：所述无纺布厚度为0.05-0.1mm，所述玻璃纤维棉直径为0.75-1.25μm，所述玻璃纤维棉通过粘结胶料复合在无纺布表面。

2.根据权利要求1所述航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料，其特征在于：所述复合在无纺布表面的玻璃纤维棉厚度为0.35-4.95mm。

3.根据权利要求1所述航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料，其特征在于：所述无纺布为涤纶无纺布。

4.根据权利要求1所述航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料，其特征在于：所述粘结胶料为酚醛树脂，其重量为复合材料总重的0.8-1.2%。

5.根据权利要求1所述航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维棉按照质量计由以下组分组成：SiO₂：54-59%，Al₂O₃：5-8%，CaO：1-3%，MgO：0.5-2%，K₂O：1.5-3.5%，Na₂O：9-11%，B₂O₃：9-12%，ZnO：3-5%，BaO：4-7%。

6.根据权利要求1-5任意一项所述航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维棉采用如下方法制得：

1）原料准备：选取氧化锌、硼砂、白砂、钾长石粉、纯碱、方解石、碳酸钾、碳酸钡，并混合均匀；

2）熔化：将步骤1）的原料熔化成玻璃液；

3）初次纤维化：将步骤2）的玻璃液分为玻璃细流，经拉丝、排丝得初级纤维；

4）二次纤维化：采用高温、高速气流牵引步骤3）的初级纤维，制得玻璃纤维棉成品。

7.一种制备如权利要求1所述航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）原料准备：选取氧化锌、硼砂、白砂、钾长石粉、纯碱、方解石、碳酸钾、碳酸钡，并混合均匀；

2）熔化：将步骤1）的原料熔化成玻璃液；

3）初次纤维化：将步骤2）的玻璃液分为玻璃细流，经拉丝、排丝得初级纤维；

4）二次纤维化：采用高温、高速气流牵引步骤3）的初级纤维，制得玻璃纤维棉；

5）成型：将玻璃纤维棉均匀分散在无纺布表面得复合材料；

6）喷胶：对复合材料表面喷涂施胶；

7）干燥：干燥步骤6）施胶后的复合材料即的成品。

8.根据权利要求7所述制备航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料的方法，其特征在于：步骤6）所施胶料为酚醛树脂。

9.根据权利要求7所述制备航空专用保温绝热玻璃纤维复合材料的方法，其特征在于：步骤7）干燥时温度为150～200℃，时间为5～7min。