CN104927304A - 一种玄武岩纤维板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玄武岩纤维板的制备方法，先将玄武岩纤维加工成网状结构的玄武岩纤维立体织物，然后用液态的热固性树脂充分浸润玄武岩纤维立体织物，冷却固化后得到玄武岩纤维板。本发明利用玄武岩纤维作为制作板材的原料，充分利用了玄武岩纤维的优良性能；本发明在制板前对玄武岩纤维进行了预处理，使得玄武岩纤维之间相互连接，制得的玄武岩纤维立体织物能够充当玄武岩纤维板的骨架；本发明使得液态的热固性树脂可以充分浸润玄武岩纤维立体织物，将热固性树脂与玄武岩纤维立体织物的优良性能结合起来，使得产出的玄武岩纤维板同样具有优良的性能，能够在建筑、化工、冶金、航空航天等多个领域广泛使用。
Description
技术领域
本发明涉及玄武岩纤维材料技术领域，尤其是涉及一种玄武岩纤维板的制备方法。
背景技术
玄武岩纤维，是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。
玄武岩纤维在许多方面都表现出优异的性能：1化学性能，玄武岩纤维含有K2O、MgO和TiO2，使得玄武岩纤维具有比无碱玻璃纤维更好的耐酸性、耐碱性和耐水能力；2.物理性能，玄武岩属于难熔矿石，熔化温度在1500℃以上，烧结温度达1060℃，使得玄武岩纤维具有优异的耐高温和耐低温性能，普通玄武岩纤维的有效使用温度范围为-260℃～700℃，特种玄武岩纤维可达982℃，其使用温度范围大大超过其它类别纤维材料，玄武岩纤维的吸音系数大于玻璃纤维等其它纤维，是一种理想的隔音材料，玄武岩纤维还具有优良的绝热性能和电绝缘性能，是一种理想的保温材料和电绝缘电子材料；3.机械力学性能，玄武岩纤维的抗拉强度与无碱玻璃纤维及碳纤维相当，其弹性模量是无碱玻璃纤维的1.5倍，是高强S玻璃纤维的1.9倍，从综合机械力学性能来看，玄武岩纤维是介于碳纤维与玻璃纤维之间的一种纤维，远远优于聚丙烯等化纤和木纤，是一种理想的复合材料加强纤维；4玄武岩纤维还具有优异的高温稳定性，随着温度升高，其各项力学性能、物理和化学性能的下降幅度均小于无碱玻璃纤维。此外，玄武岩纤维的生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。
因此，如何扩大玄武岩纤维在生产及生活实际中的应用范围，充分利用玄武岩纤维的优良性能是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种玄武岩纤维板的制备方法，该制备方法产出的玄武岩纤维板由于采用玄武岩纤维为原料制作，具有较好的机械力学性能、化学性能、物理性能以及高温稳定性能，能够作为结构板材使用，具有优良的隔音、防火、保温、耐酸耐碱等性能，且生产成本较低，环境污染小，易于推广应用。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种玄武岩纤维板的制备方法，包括以下步骤：
1)将玄武岩纤维加工成玄武岩纤维纱线，将所述玄武岩纱线加工成具有网状结构的玄武岩纤维板状织物；
2)在模具内表面喷涂脱模剂，然后将步骤1)得到玄武岩纤维板状织物放置在模具内，往所述玄武岩纤维板状织物内填充热固性树脂粉末；
3)打开模具的加热功能，将热固性树脂粉末熔化成热固性树脂液体，然后保温一定时间，使得热固性树脂液体充分浸润玄武岩纤维板状织物；
4)关闭模具的加热功能，使热固性树脂液体冷却固化；
5)拆除模具，得到玄武岩纤维板。
优选的，所述步骤1)中玄武岩纤维中直径为0.6μm～0.9μm的玄武岩纤维的质量百分比为60％～70％，直径为3μm～5μm的玄武岩纤维的质量百分比为30％～40％。
优选的，所述玄武岩纤维板状织物的厚度为1.5cm～3cm，其中网格的直径为80μm～120μm。
优选的，所述模具包括加热箱和设置于所述加热箱上的4块侧面板，4块所述侧面板相互连接与所述加热箱构成一个上面开口的箱体，所述加热箱的4个侧面与底面的外侧均包裹厚度为50mm～80mm的保温棉，所述加热箱上设置有使得导热油流入的进油口和使得导热油流出的出油口，所述进油口通过油泵与导热油池连通，所述出油口通过管道与导热油池连通。
优选的，所述导热油池包括热导热油池和冷导热油池，所述油泵通过三通阀与所述热导热油池和所述冷导热油池连通，所述出油口通过三通阀与所述热导热油池和所述冷导热油池连通。
优选的，质量百分比70％～80％的所述热固性树脂粉末的粒度大于等于325目。
优选的，所述热固性树脂为环氧树脂或酚醛树脂。
优选的，所述热固性树脂液体的保温温度为220℃～260℃，保温时间为20min～40min。
与现有技术相比，本发明提供了一种玄武岩纤维板的制备方法，先将玄武岩纤维加工成网状结构的玄武岩纤维板状织物，然后用液态的热固性树脂充分浸润玄武岩纤维板状织物，冷却固化后得到玄武岩纤维板。本发明利用玄武岩纤维作为制作板材的原料，充分利用了玄武岩纤维优良的机械力学性能、化学性能、物理性能以及高温稳定性能，产出的玄武岩纤维板具有较高的强度和硬度，能够作为结构板材使用，具有优良的隔音、防火、保温、耐酸耐碱等性能，能够在建筑、化工、冶金、航空航天等多个领域广泛使用，且生产成本较低，环境污染小，易于推广应用；本发明先将玄武岩纤维加工成玄武岩纤维纱线，再将玄武岩纱线加工成具有网状结构的玄武岩纤维板状织物，虽然原料仍然为玄武岩纤维，但在制板前对其进行了预处理，将松散的、相互之间没有连接的玄武岩纤维加工成玄武岩纤维纱线，再将玄武岩纤维纱线加工成具有一定形状的、板状的、多层网状结构的玄武岩纤维板状织物，使得玄武岩纤维之间相互连接，使得玄武岩纤维板状织物能够更好地充当玄武岩纤维板的骨架，提高了玄武岩纤维板的机械力学性能，尤其是强度，更适于作为结构板材使用；本发明先将固态的、粉末状的热固性树脂填充在玄武岩纤维板状织物的中空网格内，粉末状的热固性树脂可以进入细小的网格，能够将所有的网格填满，使得液态的热固性树脂可以充分浸润玄武岩纤维板状织物，热固性树脂在固化后，由于分子间交联，形成网状结构，因此刚性大、硬度高、耐温高、不易燃、制品尺寸稳定性好，将热固性树脂与玄武岩纤维板状织物的优良性能结合起来，使得产出的玄武岩纤维板同样具有优良的性能，能够在建筑、化工、冶金、航空航天等多个领域广泛使用。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。
一种玄武岩纤维板的制备方法，包括以下步骤：
1)将玄武岩纤维加工成玄武岩纤维纱线，将所述玄武岩纱线加工成具有网状结构的玄武岩纤维板状织物；
2)在模具内表面喷涂脱模剂，然后将步骤1)得到玄武岩纤维板状织物放置在模具内，往所述玄武岩纤维板状织物内填充热固性树脂粉末；
3)打开模具的加热功能，将热固性树脂粉末熔化成热固性树脂液体，然后保温一定时间，使得热固性树脂液体充分浸润玄武岩纤维板状织物；
4)关闭模具的加热功能，使热固性树脂液体冷却固化；
5)拆除模具，得到玄武岩纤维板。
本发明提供了一种玄武岩纤维板的制备方法，先将玄武岩纤维加工成网状结构的玄武岩纤维板状织物，然后用液态的热固性树脂充分浸润玄武岩纤维板状织物，冷却固化后得到玄武岩纤维板。本发明利用玄武岩纤维作为制作板材的原料，充分利用了玄武岩纤维优良的机械力学性能、化学性能、物理性能以及高温稳定性能，产出的玄武岩纤维板具有较高的强度和硬度，能够作为结构板材使用，具有优良的隔音、防火、保温、耐酸耐碱等性能，能够在建筑、化工、冶金、航空航天等多个领域广泛使用，且生产成本较低，环境污染小，易于推广应用；本发明先将玄武岩纤维加工成玄武岩纤维纱线，再将玄武岩纱线加工成具有网状结构的玄武岩纤维板状织物，虽然原料仍然为玄武岩纤维，但在制板前对其进行了预处理，将松散的、相互之间没有连接的玄武岩纤维加工成玄武岩纤维纱线，再将玄武岩纤维纱线加工成具有一定形状的、板状的、多层网状结构的玄武岩纤维板状织物，使得玄武岩纤维之间相互连接，使得玄武岩纤维板状织物能够更好地充当玄武岩纤维板的骨架，提高了玄武岩纤维板的机械力学性能，尤其是强度，更适于作为结构板材使用；本发明先将固态的、粉末状的热固性树脂填充在玄武岩纤维板状织物的中空网格内，粉末状的热固性树脂可以进入细小的网格，能够将所有的网格填满，使得液态的热固性树脂可以充分浸润玄武岩纤维板状织物，热固性树脂在固化后，由于分子间交联，形成网状结构，因此刚性大、硬度高、耐温高、不易燃、制品尺寸稳定性好，将热固性树脂与玄武岩纤维板状织物的优良性能结合起来，使得产出的玄武岩纤维板同样具有优良的性能，能够在建筑、化工、冶金、航空航天等多个领域广泛使用。
在纤维制品中，纤维的直径对纤维制品的机械力学性能、化学性能、物理性能以及高温稳定性能具有重要的影响，一般说来，直径越小，纤维制品的各项性能越好，各项性能之间越均衡。为提高玄武岩纤维板的综合性能，本发明大量使用超细玄武岩纤维作为原料，上述玄武岩纤维中直径为0.6μm～0.9μm的玄武岩纤维的质量百分比为60％～70％，直径为3μm～5μm的玄武岩纤维的质量百分比为30％～40％。
为了使上述玄武岩纤维板状织物更好地充当玄武岩纤维板的骨架，本发明中玄武岩纤维板状织物的厚度为1.5cm～3cm，优选为1.8cm～2.5cm；其中网格的直径为80μm～120μm，优选为90μm～110μm。
在加热模具内表面喷涂2～3层脱模剂，便于后面工序进行玄武岩纤维板与加热模具的脱模分离，脱模剂优选为硅质脱模剂，更优选为硅油。脱模剂为市售商品。
热固性树脂粉末为环氧树脂或酚醛树脂。为使热固性树脂粉末充分填充网状的玄武岩纤维板状织物，应合理控制热固性树脂粉末的粒度大小，本发明中，质量百分比70％～80％的热固性树脂粉末的粒度大于等于325目。热固性树脂粉末为市售商品。
本发明中加热模具具有两项功能，一是加热功能，将热固性树脂粉末加热熔化成液体；二是模具功能，在加热、保温以及冷却固化过程中，充当玄武岩纤维板状织物和热固性树脂液体的模具。对于模具功能，上述加热模具具有一个底面和四个侧面，围成一个上面开口的箱体即可。制作玄武岩纤维板时，将玄武岩纤维板状织物平铺在已经喷涂脱模剂的加热模具内，然后往玄武岩纤维板状织物内填充热固性树脂粉末。对于加热功能，可以单单由加热模具的底面加热，可以由加热模具的2个或全部侧面加热，还可以由底面和全部侧面共同加热，加热方式可以是电解热，也可以是热源间接加热。
在本发明的一个实施例中，本发明优选采用在底面热源间接加热，加热模具包括加热箱和设置于加热箱上的4块侧面板，4块侧面板相互连接与加热箱构成一个上面开口的箱体，加热箱的4个侧面与底面的外侧均包裹厚度为50mm～80mm的保温棉，加热箱上设置有使得导热油流入的进油口和使得导热油留出的出油口，进油口通过油泵与导热油池连通，出油口通过管道与导热油池连通。
导热油作为热源在加热箱的空腔内流动，将热量传递给热固性树脂粉末，导热油储存在导热油池中，由导热油池保持导热油的温度，油泵将导热油从进油口打入加热模具，导热油经出油口流回导热油池，从而完成一个循环。加热箱的4个侧面与底面均包裹厚度为50mm～80mm的保温棉，起到储存热量，减少热量损耗的作用。
本发明中，确保导热油的温度能将热固性树脂粉末熔化成液体，并能对热固性树脂液体进行保温，保温温度为220℃～260℃，保温时间为20min～40min。
保温结束后，停止向加热箱提供导热油，使得加热箱内的高温导热油回流导热油池，热固性树脂液体自然冷却固化，得到玄武岩纤维板。
为了加快热固性树脂液体的冷却速度，本发明在保温结束后，向加热箱提供常温或者低于常温的导热油，用低温的导热油带走热固性树脂液体的热量，快速冷却固化热固性树脂液体。为此，本发明中，导热油池包括热导热油池和冷导热油池，油泵通过三通阀与热导热油池和冷导热油池连通，出油口通过三通阀与热导热油池和冷导热油池连通。当需要加热时，通过油泵将热导热油池中的高温的导热油泵送至加热箱，加热熔化热固性树脂粉末；当需要冷却时，通过油泵将冷导热油池中的低温的导热油泵送至加热箱，快速冷却热固性树脂液体，从而减少了玄武岩纤维板的成型时间，提高了玄武岩纤维板的生产效率。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的玄武岩纤维板的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
1)控制原料中直径为0.6μm～0.9μm的玄武岩纤维的质量百分比为60％，直径为3μm～5μm的玄武岩纤维的质量百分比为40％。然后，将玄武岩纤维加工成玄武岩纤维纱线，将玄武岩纱线加工成具有网状结构的玄武岩纤维板状织物，控制玄武岩纤维板状织物的厚度为1.5cm，其中网格的直径为80μm。
2)加热模具包括加热箱和设置于加热箱上的4块侧面板，4块侧面板相互连接与加热箱构成一个上面开口的箱体，加热箱的4个侧面与底面的外侧均包裹厚度为50mm的保温棉，加热箱上设置有进油口和出油口，进油口通过油泵与热导热油池和冷导热油池连通，出油口通过管道与热导热油池与冷导热油池连通。在加热模具内表面喷涂硅油。然后将步骤1)得到玄武岩纤维板状织物放置在加热模具内。然后往玄武岩纤维板状织物内填充环氧树脂粉末，其中质量百分比70％的环氧树脂粉末的粒度大于等于325目。
3)通过油泵将热导热油池中的高温的导热油泵送至加热箱，加热熔化环氧树脂粉末，对环氧树脂液体进行保温，保温温度为220℃，保温时间为20min。
4)保温结束后，使得加热箱内的高温导热油通过管道回流热导热油池，通过油泵将冷导热油池中的低温的导热油泵送至加热箱，快速冷却环氧树脂液体。
5)拆除模板，得到玄武岩纤维板。
对本实施例得到玄武岩纤维板进行性能检测，结果见表1。
实施例2
1)控制原料中直径为0.6μm～0.9μm的玄武岩纤维的质量百分比为65％，直径为3μm～5μm的玄武岩纤维的质量百分比为35％。然后，将玄武岩纤维加工成玄武岩纤维纱线，将玄武岩纱线加工成具有网状结构的玄武岩纤维板状织物，控制玄武岩纤维板状织物的厚度为2.3cm，其中网格的直径为100μm。
2)加热模具包括加热箱和设置于加热箱上的4块侧面板，4块侧面板相互连接与加热箱构成一个上面开口的箱体，加热箱的4个侧面与底面的外侧均包裹厚度为65mm的保温棉，加热箱上设置有进油口和出油口，进油口通过油泵与热导热油池和冷导热油池连通，出油口通过管道与热导热油池与冷导热油池连通。在加热模具内表面喷涂硅油。然后将步骤1)得到玄武岩纤维板状织物放置在加热模具内。然后往玄武岩纤维板状织物内填充酚醛树脂粉末，其中质量百分比75％的酚醛树脂粉末的粒度大于等于325目。
3)通过油泵将热导热油池中的高温的导热油泵送至加热箱，加热熔化酚醛树脂粉末，对酚醛树脂液体进行保温，保温温度为240℃，保温时间为30min。
4)保温结束后，使得加热箱内的高温导热油通过管道回流热导热油池，通过油泵将冷导热油池中的低温的导热油泵送至加热箱，快速冷却酚醛树脂液体。
5)拆除模板，得到玄武岩纤维板。
对本实施例得到玄武岩纤维板进行性能检测，结果见表1。
实施例3
1)控制原料中直径为0.6μm～0.9μm的玄武岩纤维的质量百分比为70％，直径为3μm～5μm的玄武岩纤维的质量百分比为30％。然后，将玄武岩纤维加工成玄武岩纤维纱线，将玄武岩纱线加工成具有网状结构的玄武岩纤维板状织物，控制玄武岩纤维板状织物的厚度为3cm，其中网格的直径为120μm。
2)加热模具包括加热箱和设置于加热箱上的4块侧面板，4块侧面板相互连接与加热箱构成一个上面开口的箱体，加热箱的4个侧面与底面的外侧均包裹厚度为80mm的保温棉，加热箱上设置有进油口和出油口，进油口通过油泵与热导热油池和冷导热油池连通，出油口通过管道与热导热油池与冷导热油池连通。在加热模具内表面喷涂硅油。然后将步骤1)得到玄武岩纤维板状织物放置在加热模具内。然后往玄武岩纤维板状织物内填充环氧树脂粉末，其中质量百分比80％的环氧树脂粉末的粒度大于等于325目。
3)通过油泵将热导热油池中的高温的导热油泵送至加热箱，加热熔化环氧树脂粉末，对环氧树脂液体进行保温，保温温度为260℃，保温时间为40min。
4)保温结束后，使得加热箱内的高温导热油通过管道回流热导热油池，通过油泵将冷导热油池中的低温的导热油泵送至加热箱，快速冷却环氧树脂液体。
5)拆除模板，得到玄武岩纤维板。
对本实施例得到玄武岩纤维板进行性能检测，结果见表1。
表1 本发明各实施例得到的玄武岩纤维板的性能数据
| 实施例 | 密度(g/cm3) | 抗拉强度(MPa) | 弹性模量(GPa) | 弯曲强度(MPa) |
| 实施例1 | 1.93 | 1100 | 88 | 700 |
| 实施例2 | 1.97 | 1250 | 95 | 760 |
| 实施例3 | 1.95 | 1400 | 100 | 800 |
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
Claims (8)
1.一种玄武岩纤维板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将玄武岩纤维加工成玄武岩纤维纱线，将所述玄武岩纱线加工成具有网状结构的玄武岩纤维板状织物；
2)在模具内表面喷涂脱模剂，然后将步骤1)得到玄武岩纤维板状织物放置在模具内，往所述玄武岩纤维板状织物内填充热固性树脂粉末；
3)打开模具的加热功能，将热固性树脂粉末熔化成热固性树脂液体，然后保温一定时间，使得热固性树脂液体充分浸润玄武岩纤维板状织物；
4)关闭模具的加热功能，使热固性树脂液体冷却固化；
5)拆除模具，得到玄武岩纤维板。
2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维板的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中玄武岩纤维中直径为0.6μm～0.9μm的玄武岩纤维的质量百分比为60％～70％，直径为3μm～5μm的玄武岩纤维的质量百分比为30％～40％。
3.根据权利要求1所述的玄武岩纤维板的制备方法，其特征在于，所述玄武岩纤维板状织物的厚度为1.5cm～3cm，其中网格的直径为80μm～120μm。
4.根据权利要求1所述的玄武岩纤维板的制备方法，其特征在于，所述模具包括加热箱和设置于所述加热箱上的4块侧面板，4块所述侧面板相互连接与所述加热箱构成一个上面开口的箱体，所述加热箱的4个侧面与底面的外侧均包裹厚度为50mm～80mm的保温棉，所述加热箱上设置有使得导热油流入的进油口和使得导热油流出的出油口，所述进油口通过油泵与导热油池连通，所述出油口通过管道与导热油池连通。
5.根据权利要求4所述的玄武岩纤维板的制备方法，其特征在于，所述导热油池包括热导热油池和冷导热油池，所述油泵通过三通阀与所述热导热油池和所述冷导热油池连通，所述出油口通过三通阀与所述热导热油池和所述冷导热油池连通。
6.根据权利要求1所述的玄武岩纤维板的制备方法，其特征在于，质量百分比70％～80％的所述热固性树脂粉末的粒度大于等于325目。
7.根据权利要求1所述的玄武岩纤维板的制备方法，其特征在于，所述热固性树脂为环氧树脂或酚醛树脂。
8.根据权利要求1所述的玄武岩纤维板的制备方法，其特征在于，所述热固性树脂液体的保温温度为220℃～260℃，保温时间为20min～40min。
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