CN105152551B

CN105152551B - 一种超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法

Info

Publication number: CN105152551B
Application number: CN201510655136.0A
Authority: CN
Inventors: 郭仁贤; 祖群; 王振朋; 尚磊; 徐彦; 赵骁儒; 张琦; 吕兴珍
Original assignee: Sinoma Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Fiberglass Research and Design Institute Co Ltd
Priority date: 2015-10-10
Filing date: 2015-10-10
Publication date: 2017-12-12
Anticipated expiration: 2035-10-10
Also published as: CN105152551A

Abstract

本发明公开了一种超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法，由无碱玻璃纤维棉、二元玻璃纤维棉或三元玻璃纤维棉制备而成；其中，无碱玻璃纤维棉、二元玻璃纤维棉或三元玻璃纤维棉的直径均小于4.0um，纤维长度均小于400mm；所得超细高硅氧玻璃纤维棉的氧化硅含量高于91％。本发明所制备的高硅氧玻璃纤维超细棉，氧化硅含量91％以上，软化点高、导热系数低、柔软性好易成形，较好地保留了纤维的原始长径比；本方法制备的高硅氧棉经过后加工可以制成高硅氧棉毡、保温隔热纸等制品，产品柔软性、敷贴性、反复使用性良好，能满足航空航天高端领域对保温材料的严苛性要求。

Description

一种超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法，属于无机材料领域。

背景技术

随着航空航天科学技术的进步和发展，人们对高温隔热材料的要求也日益增高，传统的高温隔热材料如石棉、岩棉等由于导热系数较高已经不能满足要求。高硅氧玻璃纤维是一种耐高温无机纤维，具有较高的软化点，同时又具有较低的导热系数，还有柔软性好易成形的特点。

目前有很多专利公开了高硅氧玻璃纤维布、纱(绳)、短切丝和毡的制备工艺，纤维单丝直径一般高于7um，采用连续玻璃纤维如无碱玻璃纤维、三元高硅氧玻璃纤维制备，短切毡制品是将制备好的连续高硅氧纤维再后加工制得，但目前高硅氧玻璃纤维的制备工艺存在制备步骤繁琐复杂、单丝直径大、所得产品氧化硅含量不够高，还不能很好满足航空航天等高端领域对隔热材料棉毡的应用要求。

发明内容

为了解决现有技术中高硅氧玻璃纤维的制备工艺存在的产品氧化硅含量不够高等缺陷，本发明提供一种超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法，由无碱玻璃纤维棉、二元玻璃纤维棉或三元玻璃纤维棉制备而成；其中，无碱玻璃纤维棉、二元玻璃纤维棉或三元玻璃纤维棉的直径均小于4.0um，纤维长度均小于400mm；所得超细高硅氧玻璃纤维棉的氧化硅含量高于91％。

由上述方法所制备的超细高硅氧玻璃纤维棉的氧化硅含量高于91％，软化点高、同导热系数低、柔软性好易成形，能很好满足航空航天等高端领域对隔热材料棉毡的应用要求。

为了进一步提高产品的氧化硅含量，提高产品的保温性能，上述超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法，包括依次相接的如下步骤：①对原棉分相处理；②酸沥滤；③水洗；④烘干和热烧结；其中，原棉为无碱玻璃纤维棉、二元玻璃纤维棉或三元玻璃纤维棉；步骤①中分相处理的温度为350～750℃，保温时间为2～120小时。

为了进一步提高产品的氧化硅含量，步骤①中，二元玻璃纤维棉的分相处理温度为500～700℃，保温时间为2～96小时，优选为20～30小时，二元玻璃纤维棉被分相处理为亚稳不混溶的富氧化硅和富氧化钠两相，减少了氧化硅对氧化钠的包裹保护，使Na⁺离子酸处理过程更容易滤除，提高酸沥滤效率；三元玻璃纤维棉的分相处理温度为450～650℃，保温时间为2～120小时，优选为40～60小时，三元玻璃纤维棉被分相处理为亚稳不混溶的富氧化硅和富氧化硼两相。

上述步骤①中，分相处理可以在马弗炉、高温烘箱、烘房或隧道窑等中进行。

当原棉为无碱玻璃纤维棉时，可不进行步骤①对原棉分相处理，即无碱玻璃纤维棉依次采用②③④步骤制备高硅氧棉。

采用上述方法制备，无碱玻璃纤维棉的产品得率可到40％以上，三元玻璃纤维棉的产品得率达60％以上，二元玻璃纤维棉的产品得率达70％以上，制得的高硅氧棉氧化硅含量在91％以上。

为了更进一步提高产品的氧化硅含量，步骤②中，酸沥滤为：将无碱玻璃纤维棉、分相后的三元玻璃纤维棉或分相后的二元玻璃纤维棉与酸按1：(60～120)的棉酸质量比混合，先在40～60℃下保温2小时后，再在90～98℃下保温0.2～1小时进行酸沥滤，其中，酸为盐酸、硝酸或硫酸中的至少一种，酸中H⁺的当量浓度为0.3～3.5N/L。

为了提高搅拌的均匀性，同时保证所得产品的质量，步骤②中，酸沥滤过程的搅拌速度为20～200转/分。通过正反转定期切换，可进一步保证搅拌的均匀性，酸沥滤槽无死角，正反转定期切换可通过时间继电器和计时器控制定期更换转动方向来实现。酸沥滤结束后，过滤，得到半成品棉。正反转定期切换周期优选为8-12分钟。

酸沥滤后的半成品经过挤干后，采用自来水清洗，步骤③中水洗温度为0～35℃，水棉质量比为(30～60)：1，水洗至棉表面pH为5以上。

为了进一步提高水洗质量，从而保证所得产品的质量，步骤③中，水洗次数为3～6次，单次水洗时间为10～60分钟，每次水洗排水结束后，挤干或压干至棉内吸附水含量为80％wt以下，再进行下一次水洗。

水洗用自来水即可。

为了进一步保证所得产品的质量，优选，步骤④中烘干和热烧结为：先在105～200℃下保温0.5～2小时，去除表面吸附水，再依次升温到570～580℃保温30～60分钟，升温到620～630℃保温30～60分钟，去除结构水，升温到710～800℃保温30～60分钟，进行热定型，然后自然冷却，得超细高硅氧玻璃纤维棉。

本发明制备的高硅氧超细棉氧化硅含量高于91％，其中无碱玻璃纤维棉可以制得氧化硅含量范围91％～99.5％，三元玻璃纤维棉可以制得氧化硅含量范围91％～99％，二元玻璃纤维棉可以制得氧化硅含量范围91％～99％。本方法制备的高硅氧棉其使用温域随硅含量的不同而不同，含量91％～96％可以在800℃下长期使用，含量96％～98％可以在900℃下长期使用，含量98％以上可以在1000℃下长期使用。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明所制备的高硅氧玻璃纤维超细棉，氧化硅含量91％以上，软化点高、导热系数低、柔软性好易成形，较好地保留了纤维的原始长径比；本方法制备的高硅氧棉经过后加工可以制成高硅氧棉毡、保温隔热纸等制品，产品柔软性、敷贴性、反复使用性良好，能满足航空航天高端领域对保温材料的严苛性要求。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

分相处理：三元高硅氧玻璃纤维原棉(中材科技股份有限公司)450克，纤维直径2um，纤维长度小于400mm，首先放置于马弗炉，常温升温到550℃，保温48小时，进行分相处理后取出；

酸沥滤：将上述分相处理后棉置于盐酸中，酸浓度3.3mol/L，酸棉比80:1，从常温2小时加热到55℃，再30分钟升温91℃，保温30分钟，期间保持搅拌，搅拌速度80转/分，然后挤干；

水洗：酸沥滤后的半成品进过挤干后放入清洗桶中，加入自来水，水温为25℃，水棉质量比为50：1，搅拌器均匀搅拌，水洗时间30分钟，排水完毕后，挤干棉内吸附水(至水含量小于80％wt)，再进行下一次水洗，水洗4次，测试棉表面PH值为5以上时，水洗结束；

烘干和热烧结：将湿态棉分成长×宽×高不大于5×4×3cm的小块，置于采用马弗炉，常温加热至低温110℃、保温1小时去除表面吸附水，再升温到570～580℃保温30分钟，再升温到630℃保温30分钟，再升温到750℃保温30分钟，自然冷却烧结制成超细高硅氧纤维棉。

制得氧化硅含量92％的高硅氧棉，制得干态棉277克，棉的得率为61.5％。

实施例2

分相处理：二元高硅氧玻璃纤维原棉(中材科技股份有限公司)811克，纤维直径2um，纤维长度小于400mm，放置于马弗炉，常温升温到600℃，保温30小时，进行分相处理取出；

酸沥滤：将上述分相处理后棉置于硝酸H⁺浓度为3.5mol/L酸液中，酸棉比100:1，从常温加热升温96℃，保温30分钟，期间保持搅拌，搅拌速度180转/分，然后挤干；

水洗：酸沥滤后的半成品进过挤干后放入清洗桶中，加入自来水，水温为23℃，水棉质量比为40：1，搅拌器均匀搅拌，水洗时间40分钟，排水完毕后，挤干棉内吸附水，再进行下一次水洗，水洗5次，测试棉表面PH值为6.5时，水洗结束；

烘干和热烧结：将湿态棉分成长×宽×高不大于5×4×3cm的小块，置于采用马弗炉，常温加热至低温130℃、保温0.8小时去除表面吸附水，再升温到570～580℃保温40分钟，再升温到630℃保温40分钟，再升温到750℃保温40分钟，自然冷却烧结制成超细高硅氧纤维棉。

制得氧化硅含量95.2％的高硅氧棉，制得干态棉572克，棉的得率为70.5％。

实施例3

酸沥滤：无碱玻璃纤维棉(潍坊高田隔热材料有限公司)996克，纤维直径1.6um，纤维长度小于400mm，置于硫酸H⁺浓度为1.65mol/L酸液中。酸棉比120:1，从常温加热升温90℃，保温30分钟，期间保持搅拌，搅拌速度120转/分，每10分钟正反交替搅拌；

水洗：酸沥滤后的半成品进过挤干后放入清洗桶中，加入自来水，水温为20℃，水棉质量比为60：1，搅拌器均匀搅拌，水洗时间60分钟，排水完毕后，挤干棉内吸附水，再进行下一次水洗，水洗6次，测试棉表面PH值为6.0时，水洗结束；

制得氧化硅含量98.5％的高硅氧棉，制得干态棉399克，棉的得率为40％。

实施例4

三元高硅氧玻璃纤维原棉(中材科技股份有限公司)451克，纤维直径2um，纤维长度小于400mm，不进行分相处理；

将三元高硅氧玻璃纤维棉直接置于酸浓度为3.3mol/L盐酸中沥滤，酸棉比100:1，从常温2小时加热到55℃，再30分钟升温96℃，期间保持搅拌，然后96℃下分别保温30、60、90、120、240、360、480、600分钟，期间保持搅拌，搅拌速度80转/分，每段保温结束后分别取样各10克；

再将上述各取样采用实例1中的水洗、烘干、烧结方法处理，最后得产品，制得产品的氧化硅含量分别为73％、75％、76％、78％、79％、82％、83％、81％。由于所得产品中的硅值含量低，不能满足800℃以上高温隔热领域的要求。

Claims

1.一种超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法，其特征在于：包括依次相接的如下步骤：①对原棉分相处理；②酸沥滤；③水洗；④烘干和热烧结；其中，原棉为无碱玻璃纤维棉、二元玻璃纤维棉或三元玻璃纤维棉，无碱玻璃纤维棉、二元玻璃纤维棉或三元玻璃纤维棉的直径均小于4.0um，纤维长度均小于400mm；步骤①中分相处理的温度为350～750℃，保温时间为2～120小时；所得超细高硅氧玻璃纤维棉的氧化硅含量高于92％；

步骤②中，酸沥滤为：将无碱玻璃纤维棉、分相后的三元玻璃纤维棉或分相后的二元玻璃纤维棉与酸按1：(60～120)的棉酸质量比混合，先在40～60℃下保温0.8～2.2小时后，再在90～98℃下保温0.2～1小时进行酸沥滤，其中，酸为盐酸、硝酸或硫酸中的至少一种，酸中H⁺的当量浓度为0.3～3.5N/L；

步骤③中，水洗次数为3～6次，单次水洗时间为10～60分钟，每次水洗排水结束后，挤干或压干至棉内部含水量为80％wt以下时，再进行下一次水洗；

步骤④中烘干和热烧结为：先在105～200℃下保温0.5～2小时，再依次升温到570～580℃保温30～60分钟，升温到620～630℃保温30～60分钟，升温到710～800℃保温30～60分钟，然后自然冷却，得超细高硅氧玻璃纤维棉。

2.如权利要求1所述的超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法，其特征在于：步骤①中，二元玻璃纤维棉的分相处理温度为500～700℃，保温时间为2～96小时，二元玻璃纤维棉被分相处理为亚稳不混溶的富氧化硅和富氧化钠两相；三元玻璃纤维棉的分相处理温度为450～650℃，保温时间为2～120小时，三元玻璃纤维棉被分相处理为亚稳不混溶的富氧化硅和富氧化硼两相。

3.如权利要求1或2所述的超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法，其特征在于：步骤①中，分相处理在马弗炉、高温烘箱、烘房或隧道窑中进行。

4.如权利要求1或2所述的超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法，其特征在于：当原棉为无碱玻璃纤维棉时，不进行步骤①对原棉分相处理。

5.如权利要求1或2所述的超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法，其特征在于：步骤②中，酸沥滤过程的搅拌速度为20～200转/分。

6.如权利要求1或2所述的超细高硅氧玻璃纤维棉的制备方法，其特征在于：步骤③中水洗温度为0～35℃，水棉质量比为(30～60)：1，水洗至棉表面pH为5以上。