CN105734833A - 一种硅酸铝甩丝纤维板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，将原料煤矸石和焦宝石按比例混合后放入电阻炉中熔化，熔融液经电阻炉底部的引流管成股流出落至甩丝机上凝固成纤维，喷胶机构将粘结剂以雾状喷出均匀涂覆在硅酸铝甩丝纤维的表面，纤维由环形风带吹送至集棉机负压收集形成布棉，经固化、切割等步骤生产硅酸铝甩丝纤维板，生产工艺简单，自动化程度高。生产出的硅酸铝甩丝纤维板具有表面光洁平整、物理强度高、保温性能好的特点。

Description

一种硅酸铝甩丝纤维板及其制备方法

技术领域

本发明涉及隔热材料技术领域，特别是一种硅酸铝陶瓷纤维制品及制备方法。

背景技术

硅酸铝陶瓷纤维是60年代初期建筑行业中发展起来的一种纤维状的轻质耐火、隔热材料，是一种新型的工业用保温材料，其结构形态属于非晶质（玻璃态）纤维。传统的硅酸铝纤维板生产工艺为混料→熔融→喷吹/甩丝→集棉→选棉→固化→冷却→切割→包装。一般采用电弧喷吹工艺制成，即以硬质粘土熟料或工业氧化铝粉与硅石粉合成料为原料，采用电弧炉熔融，经压缩空气喷吹制成纤维，再由成型的硅酸铝陶瓷纤维加工成毯、毡、板、纸、绳等制品及各种异型组件。生产过程中使用电弧炉能耗较高，而且电弧炉利用电极放电时产生的电弧高温熔化原料，由于电弧产生的瞬间电流无法控制，炉内温度变化大，造成融化的原料时多时少，电弧炉排出的流股不稳定，在其后的喷吹工艺中会产生大量渣球。而且利用喷吹工艺形成的纤维短、粗细不均，使用这种纤维制成的板材外观颜色灰白，体积密度和导热系数较高，保温效果差，成品强度低、结构松散易折断，增加施工难度。

市场上其它硅酸铝纤维制品有硅酸铝甩丝毯，其生产工艺为：加料→电阻炉熔融→离心甩丝→沉降集棉→针刺钩织→高温烘干→切割→包装入库。它是以焦宝石、氧化铝粉、锆英砂（或优质煤矸石）为原料根据产品的不同调整原料配比加工而成的产品。生产工艺较为成熟，产品质量稳定可靠，但由于最终产品为柔性的硅酸铝甩丝毯，只能用于管道或曲率较小的罐体的保温，使用范围受限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服已有技术之缺陷，提供一种硅酸铝甩丝纤维板及其制备方法，它是在甩丝机甩出的硅酸铝纤维表面施以粘结剂，经集棉、固化、切割等步骤，生产出表面光洁平整、物理强度高、保温性能好的硅酸铝甩丝纤维板，并具有生产工艺简单、劳动强度低的特点。

本发明所述技术问题是以下述技术方案实现的：

一种硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，包括如下步骤：

a、电阻炉熔料：将原料煤矸石或焦宝石在电阻炉中熔化，熔融液经电阻炉底部的引流管成股流出；

b、甩丝：流出的熔融液落到甩丝机高速旋转的甩丝辊上凝固成纤维；

c、施胶：设置在甩丝辊外侧的喷胶机构将粘结剂以高压雾状喷出，粘结剂均匀附着在纤维表面，附着粘结剂的纤维由环形风带吹送至集棉机内；

d、集棉：纤维在负压作用下均匀沉降到集棉机底部形成片状的布棉；

e、固化成型：压缩后的布棉进入固化炉中烘干固化，切割后制成硅酸铝甩丝纤维板。

上述硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，所述步骤a中电阻炉的温度为2000-2200℃，熔融液在电阻炉内保持6-8小时后进行甩丝。

上述硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，所述步骤c中喷胶机构包括储胶罐、环形的胶管和环形风管，所述储胶罐与胶管相连，所述胶管面向集棉机一侧的管壁上均匀分布若干喷嘴，胶管外侧设置有环形风管，胶管与环形风管之间的距离为10-50cm。

上述硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，所述环形风管面向集棉机的管壁上开有宽缝，环形风管与空压机相连，高压风从环形风管的宽缝中吹出形成环形风带，环形风带的风压为0.6-0.7Mpa，流量380-1100L/min。

上述硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，所述粘结剂为脲醛树脂或酚醛树脂的水溶液，树脂与水的体积比为1:2–1:5。

上述硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，所述原料中还加入氧化铝粉、石英砂或锆英砂。

上述硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，所述原料以质量百分比计的化学组成为：Al₂O₃含量35-55%，Al₂O₃+SiO₂总含量≥90%，Na₂O+K₂O含量≤0.5%，Fe₂O₃含量≤1.5%。

一种按照上述硅酸铝甩丝纤维板的制备方法生产的硅酸铝甩丝纤维板。

硅酸铝甩丝纤维板根据所需生产的型号不同，原料采用单一原料或混合料，原料经过为混料→电阻炉熔化→离心甩丝→施胶→沉降集棉→固化→切割打包等工艺步骤，加工制成具有一定刚性和弹性的硬质的硅酸铝甩丝纤维板材。纤维板产品外观洁白平整，纤维长、直径均匀、渣球含量低，导热系数低；其中纤维长度大于150mm，而喷吹工艺生产的纤维长度一般为80-90mm，纤维长度增加60%以上。采用“中华人民共和国国家标准GB/T16400-2003”中记载的绝热用硅酸铝棉及其制品的检验方法进行检测，本发明制成的纤维板渣球含量平均值为10.2%，纤维板导热系数0.137w/m.k，而普通板材两者的数值分别为20-25%和0.150w/m.k，与普通板材相比渣球含量显著降低，导热系数降低9%以上，因此制成的纤维板在保温效果良好的同时其物理强度明显提高，抗拉、抗折性能强，耐热性好，施工过程中操作便捷、不易损坏，较柔性的甩丝毯应用范围广泛。

硅酸铝甩丝纤维板通过一整套生产线制备而成，生产工艺简便，生产线的自动化程度高、劳动强度低。其中喷胶机构将粘结剂以高压雾状的形式喷出，在甩丝机甩出的硅酸铝甩丝纤维表面均匀涂覆粘结剂，带有粘结剂的纤维由环形风带吹送至集棉机，纤维经负压收集形成布棉；布棉经固化、切割等步骤，制成表面光洁平整、物理强度高的硅酸铝甩丝纤维板。由于纤维直接通过负压粘合在一起形成布棉，纤维之间的空隙多，保温性能较普通纤维板好，更加符合轻质保温要求。

原料中的煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中产生的固体废弃物，也是目前排放量最大的工业固体废弃物之一，利用它生产纤维板不仅可以减少环境污染，还提高了煤矸石的综合利用水平。

附图说明

图1是本发明生产装置的结构示意图；

图2是本发明喷胶机构的A-A侧视图。

图中各标号清单为：1、电阻炉，2、引流管，3、甩丝机，4、甩丝辊，5、轨道，6、喷胶机构，7、喷嘴，8、空压机，9、罩体，10、集棉机，11、环形风管，12、胶管，13、纤维，14、布棉，15、固化炉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、图2所示，硅酸铝甩丝纤维板的制备工艺为采用电阻炉熔融原料，当熔池达到工艺要求时，将熔液经流口形成稳定的流股，经甩辊甩丝成纤，并同时雾化施胶，使粘结剂均匀分布于纤维上，再经集棉机沉降集棉，进入烘干炉固化成型，最后根据客户需要切割成型。具体步骤如下：、

步骤a、电阻炉熔料：按产品工艺要求或客户需求选定原料，可生产不同型号的纤维板。依用生产原料不同纤维板可分为：普通型纤维板、标准型纤维板、高纯型纤维板、高铝型纤维板和含锆型纤维板。各种纤维板的原料组成及以质量百分比计的化学成分的含量见表1。

表1不同型号纤维板的原料组成及化学成分

高纯型硅酸铝甩丝纤维板的原料为1、煤矸石和氧化铝粉，质量配比为7-9:1或2、石英砂和氧化铝粉，质量配比为1-2:1。

高铝型硅酸铝甩丝纤维板的原料为1、煤矸石与氧化铝粉，质量配比为5-7:1，或2、石英砂和氧化铝粉，配比为1:1-2。

含锆型硅酸铝甩丝纤维板的原料为1、煤矸石和锆英砂，质量配比为2-3:1，或2、石英砂、氧化铝粉和锆英砂，加入比例为1-2:1-2:1。原料中的化学成分应符合如下要求：Al₂O₃的含量39-40%，Al₂O₃+Sio₂+ZrO₂含量≥99%，ZrO₂含量15-17%，Na₂O+K₂O含量≤0.2%，Fe₂O₃含量＜0.2%。

将单一原料或按照配比混合好的混合料放入电阻炉1的熔池中，通过磁调变压器调整电流向电阻炉中的三根电极供电。三根电极之间的夹角为120°。原料在电阻炉中逐渐熔化，起熔后以高温熔融液自身为电阻导体，将电能转化为热能，使原料不断熔化，维持一定体积的熔融液，熔炉形成一个温度保持2000-2200℃的稳定的熔池。电阻炉采用PLC可控硅恒流控制和网速自控技术调节炉中的电极电流、流口电流和网速的变化，进而控制炉内熔融液的量。在甩丝过程中使连续熔化量等于排出量，保持炉内熔液平衡，从而实现连续熔料，连续流股的目标，由于炉温稳定，融化均匀，使甩丝后的纤维直径和长度均匀，提高成品质量。

高温熔融液在熔融状态下持续6-8小时以达到甩丝的要求。电阻炉底部的中心装有采用贵重金属钨和铱材料制成的流口，流口连接引流管2，炉内熔融的料液从引流管2中成股流出，并施以惰性气体保护。由于金属铱具有耐高温抗腐蚀的特性，因此铱制成的引流管具有耐高温性能好，不容易变形，使用寿命长的特点，而且熔液流过时阻力极小，有利于保持流股稳定，能更好地保障产品的质量。

步骤b、甩丝：高温熔融液经炉底引流管2稳定流出，落到高速旋转的甩丝辊4上，高温熔融液经迅速甩拉及骤冷降温，流股凝固成纤维13。甩丝机3内设有的高速离心冷水机采用水冷工艺，在甩丝辊4内部设有循环水管路使之降温，与传统风冷降温相比温度变化更加平稳。甩丝机3安装在轨道5上，可以使甩丝机3上的甩丝辊4在沿轨道前后运动。甩丝辊的转速6500-7600转/分钟，甩丝辊4可以前后自动移动，流股落在甩丝辊的不同位置，从而使凝固的纤维接触到甩丝辊的表面温度与表面摩擦力保持稳定，成纤效果好。

步骤c、施胶：采用喷胶机构6对甩丝后的纤维13进行施胶。甩丝辊4的外侧设置喷胶机构6，所述喷胶机构6包括罩体9、储胶罐、胶管12和环形风管11。在甩丝机的甩丝辊4和集棉机10之间设置封闭结构的罩体9，罩体的一端与集棉机10入口相连。罩体9内部设置有胶管12和环形风管11。储胶罐内部装有粘结剂，粘结剂为脲醛树脂或酚醛树脂的水溶液，树脂的浓度为1:2–1:5（V/V），根据产品的厚度、密度、种类、车间温度及湿度的变化进行调整。所述胶管12为首位连接的环形管状结构，胶管环形的形状与甩丝辊4外沿的形状相对应，即胶管环绕甩丝辊进行布置。胶管12面向集棉机10一侧的管壁上均匀分布若干喷嘴7。胶管12与储胶罐和高压计量泵相连，可以使粘结剂通过喷嘴7以高压雾状的形式喷出，粘结在甩丝机甩出的纤维13表面。胶管12外侧靠近甩丝机一端设置有环形风管11，环形风管为与胶管形状相对应的环形管状结构，胶管12与环形风管11之间的距离为10-50cm，在环形风管面向集棉机的一侧的管壁上开有宽缝。环形风管11与空压机8相连，高压风从宽缝中吹出强压、强风的环形风带，环形风带的风压范围为0.6-0.7Mpa，流量380-1100L/min。喷胶过程与甩丝机成纤同步，从多角度喷出的雾状粘结剂均匀附着在纤维表面。胶管12与环形风管11相互配合，同时利用环形风管11形成的强压的环形风带作为辅助，将雾状的粘结剂汇聚在环形风带的范围内并吹向集棉机，一方面可以避免粘结剂在罩体9内扩散而造成的浪费，另一方面将雾状粘结剂更加均匀地分布在环形风带内，提高雾化效果，使粘结剂更加均匀地粘附在纤维13表面。

步骤d、集棉：喷胶后的纤维在强压风带的作用下进入集棉机10，集棉机10与负压风机相连，纤维13在负压作用下均匀沉降到集棉机底部，纤维之间在粘结剂作用下挤压粘结成片状布棉14。布棉被吸入负压进一步压缩成板状。与自动沉降法相比较负压沉降法生产的布棉沉降速度快，布棉中的纤维分布均匀，有利于降低产品的导热系数。

步骤e、固化成型：布棉14经调整后进入固化炉15中进行烘干固化成型。固化炉15按生产工艺要求预定温度，温度的范围为220-260℃。当温度变化时PLC系统会自动调节热风量，使其保持在预定范围内。烘干后的纤维按预先设定PLC的要求进行自动切割，制成成品硅酸铝甩丝纤维板。

Claims (8)

1.一种硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、电阻炉熔料：将原料煤矸石或焦宝石在电阻炉（1）中熔化，熔融液经电阻炉（1）底部的引流管（2）成股流出；

b、甩丝：流出的熔融液落到甩丝机（3）高速旋转的甩丝辊（4）上凝固成纤维（13）；

c、施胶：设置在甩丝辊（4）外侧的喷胶机构（6）将粘结剂以高压雾状喷出，粘结剂均匀附着在纤维（13）表面，附着粘结剂的纤维由环形风带吹送至集棉机（10）内；

d、集棉：纤维在负压作用下均匀沉降到集棉机（10）底部形成片状布棉（14）；

e、固化成型：压缩后的布棉（14）进入固化炉（15）中烘干固化，切割后制成硅酸铝甩丝纤维板。

2.根据权利要求1所述的硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，其特征在于，所述步骤a中电阻炉的温度为2000-2200℃，熔融液在电阻炉内保持6-8小时后进行甩丝。

3.根据权利要求2所述的硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，其特征在于，所述步骤c中喷胶机构（6）包括储胶罐、环形的胶管（12）和环形风管（11），所述储胶罐与胶管（12）相连，所述胶管（12）面向集棉机（10）一侧的管壁上均匀分布若干喷嘴（7），胶管（12）外侧设置有环形风管（11），胶管（12）与环形风管（11）之间的距离为10-50cm。

4.根据权利要求3所述的硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，其特征在于，所述环形风管（11）面向集棉机（10）的管壁上开有宽缝，环形风管（11）与空压机（8）相连，高压风从环形风管（11）的宽缝中吹出形成环形风带，环形风带的风压为0.6-0.7Mpa，流量380-1100L/min。

5.根据权利要求4所述的硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为脲醛树脂或酚醛树脂的水溶液，树脂与水的体积比为1:2–1:5。

6.根据权利要求5任一项所述的硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，其特征在于，所述原料中还加入氧化铝粉、石英砂或锆英砂。

7.根据权利要求6所述的硅酸铝甩丝纤维板的制备方法，其特征在于，所述原料以质量百分比计的化学组成为：Al₂O₃含量35-55%，Al₂O₃+SiO₂总含量≥90%，Na₂O+K₂O含量≤0.5%，Fe₂O₃含量≤1.5%。

8.一种按照权利要求1-7所述的硅酸铝甩丝纤维板的制备方法生产的硅酸铝甩丝纤维板。