CN106367887A - 一种高密度干法芯材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高密度干法芯材及其制造方法，所述芯材按质量份包含SiO2：50‑70份；Al2O3：1.0‑6.0份；CaO：2.0‑10.0份；MgO：1.0‑3.0份；Na2O+ K2O：10‑18份；B2O3：4.5‑8.5份；其他成分≤3.0份，总质量份数：100份，其中所述芯材的叩解度为10至28°SR，玻渣含量≤0.5%，直径≤4.0μm，面密度范围400‑6000g/m2，回弹率≤15%。本发明制造的芯材性能优异，密度高，纤维抗拉伸强度好，棉层表面平整，回弹率低，客户可以直接使用，因此降低了运输成本，并且提高了纤维利用率。

Description

一种高密度干法芯材及其制造方法
技术领域
本发明属于玻璃微纤维干法芯材生产领域，具体来说涉及一种新型的高密度干法芯材及其制造方法。
背景技术
离心法微纤维玻璃棉作为制造绝热保温材料领域的干法芯材，在生产过程中由于集棉机的负压风机风力及压力的限制，集棉机下来的单层芯材密度小，仅仅只有8-12kg/m3。而这对于家电等行业的绝热材料要求来说是不够的，制作成干法真空绝热板等其他绝热保温材料的芯材密度要求最高达到350kg/m3。现有技术中解决这个问题的办法主要有两种，一是在制得初生纤维时喷射粘结剂，后期压缩达到规定密度，但是这种方法造成电器产品化学成分超标，不符合环保要求。另一种技术是冲压铝膜袋封装抽真空，也是现有技术中比较先进的一种方法，但是芯材回弹率高，纤维损伤和表面平整度受破坏的程度较高。因此业内急需开发一种新型的高密度干法芯材的制造技术，需要生产出的干法芯材导热性能优异，纤维抗拉伸强度好，棉层表面平整，复合叠加后的高密度干法芯材用户可以直接使用，运输成本大幅度降低，尤其是出口到海外市场的芯材。
发明内容
本发明的目的是发明一种玻璃微纤维高密度干法芯材的制造技术，以便克服原有干法芯材制造技术中存在的密度低，蓬松，抽真空后损伤纤维、棉层平整度破坏，需要二次加工和裁切，纤维利用率低，制成的产品合格率低的问题。
本发明采用了以下技术方案来实现本发明的目的：
一种高密度干法芯材，其特征在于，所述高密度干法芯材按质量份计包含如下组成：SiO2：50-70份；Al2O3：1.0-6.0份；CaO：2.0-10.0份；MgO：1.0-3.0份；Na2O+ K2O：10-18份；B2O3：4.5-8.5份；其他成分≤3.0份，总质量份数：100份，其中所述芯材的叩解度为10至28°SR，玻渣含量≤0.5%，直径≤4.0μm，面密度范围400-6000g/m2，回弹率≤15%。其中，所述其他成分包括Fe2O3、FeO、TiO2、BaO、MnO、SO3、P2O5。
更优选，所述高密度干法芯材按质量份计包含如下组成：SiO2：60-70份；Al2O3：2.0-4.5份；CaO：4.5-8.0份；MgO：1.0-2.5份；Na2O+ K2O：10-18份；B2O3：4.5-8.5份；其他成分≤1.0份，总质量份数：100份，其中所述芯材的叩解度为13至20°SR，玻渣含量≤0.1%，直径≤4.0μm，含水率小于0.5%，面密度不匀率≤10%，面密度范围400-6000g/m2，回弹率≤15%。
本发明还公开了所述高密度干法芯材的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）原料称量混合：称量以下质量份数的原料，混合形成均匀混合料：石英砂220-270份、钾钠长石60-120份、硼砂50-120份、锂长石20-40份、方解石20-40份、白云石10-50份、纯碱60-150份、萤石2-6份；
2）熔化：将混合料送入窑炉熔化池进行熔化处理，制得玻璃液；
3）成纤：通过玻璃液运送通道将玻璃液按照生产流程放入漏板、离心盘，离心盘中充满玻璃液，形成玻璃膜，在强大的高速气流牵引的作用下进入离心机中进行纺丝，调整喷雾环喷水量的大小，制得直径均匀的初生的玻璃微纤维；
4）集棉：将玻璃棉送入摇摆桶，调整摇摆桶的摆动频率和摆幅，调整负压风机的风力大小，纺好的玻璃棉均匀地落到集棉机上，将铺好的玻璃棉层通过纵切和横切，裁切成一定长度的芯材棉层；
5）热压定型：将裁切好的棉层送入设定好运行温度和速度以及上下链板间距的热定型机，制成成品干法芯材，其中在热定型机中，定型温度为400℃至550℃，在这样一个定型温度范围内，可以消除纤维内多达95%的内应力，定型时间为15至35分钟。
其中在一个优选实施方案中，在集棉裁切好的芯材棉层送入热定型机中进行热压定型之前，还包括棉层复合的步骤，即将裁切好的单层棉层进行多层复合，再送入热定型机进行热压定型，以制造多层芯材。
在上述方法中，步骤2）的熔化处理包括5个阶段：硅酸盐形成阶段、玻璃液形成阶段、玻璃液澄清阶段、玻璃液均化阶段和玻璃液成纤阶段，其中优选控制窑炉温度在1350℃至1420℃范围内。
在本发明方法中，优选在步骤3）的成纤过程中，控制运送玻璃液的通道的温度为1120℃至1200℃，玻璃液温度为1100℃至1160℃，离心盘温度为940℃至980℃，离心机转速为2800rpm至3300rpm。
另外，在步骤4）集棉过程中，控制摇摆桶的摆动频率为20-30次/分钟，控制负压风机转速为800-900转/分钟，在玻璃棉落到集棉机上时，不能有竖起和成条的玻璃棉纤维，所有的玻璃棉尽可能与集棉机方向一致。
根据本发明方法制造的芯材，导热性能优异，纤维抗拉伸强度好，棉层表面平整，复合叠加后的高密度干法芯材用户可以直接使用，运输成本大幅度降低，而棉纤维利用率得到提高。
具体实施方式
对于需要使用高密度干法片状芯材的客户，尤其是制作干法真空绝热板用于家电和直接使用微纤维玻璃棉干法芯材直接做保温材料的小家电等客户，他们不仅希望提供的干法芯材规格和需求相符，而且还希望不能喷射任何的粘结剂，不需要二次加工复合和裁切，导热性能优异，纤维拉伸强度好，包装的时候不会对纤维造成损伤和对纤维表面造成平整度的破坏。但目前的现实情况就是现有的高密度干法芯材，尤其是高于300kg/m3以上的干法片材，如果不进行抽真空的话，原始高度可达到1500mm以上，如果简单进行外力压制的话，芯材厚度会反弹，压制过程也会损伤纤维，没法进行运输和包装。因此本发明基于现状，为解决上述现有产品及技术的缺陷，发明了一种高密度干法芯材的制造技术，该技术包含了新发明的玻璃棉热压定型技术，发现了玻璃棉成分、热压定型温度以及时间之间的对应关系，采用热压定型技术消除了玻璃棉纤维内部的部分应力。通过该技术制成的高密度干法芯材的密度、厚度、回弹率、导热系数均符合高端客户的需求，生产出的干法芯材导热性能优异，纤维抗拉伸强度好，棉层表面平整，复合叠加后的高密度干法芯材用户可以直接使用，提高了棉纤维的利用率，而运输成本却大幅度降低。
本发明采用的技术路线和工艺流程如下：
原料称量->混合->熔化->成纤->集棉->二次集棉->横切->纵切->棉层复合（多层棉层产品的情况下）->热压定型，热压定型后对于单层产品进行卷绕，获得高密度干法卷状芯材，而对于复合芯材，则直接将获得的高密度干法片状芯材进行包装。
下面以具体实施例来对本发明进行详细说明。
在本发明的高密度干法芯材的制作方法中，具体步骤如下：
（1）原料称量：将以下质量份数计的如下组分的原料称量，混合形成均匀的混合料：石英砂：220-270份，钾钠长石：60-120份，硼 砂：50-120份，锂长石：20-40份，方解石：20-40份，白云石：10-50份，纯碱：60-150份，萤石：2-6份；
（2）熔化：将以上混合料混合均匀，按照工艺规定要求的投料量，采用匀速的方式加入窑炉的熔化池中进行熔化处理，制得均匀、澄清的玻璃液；
（3）成纤：将玻璃液按照生产流程放入漏板、离心盘，离心盘中充满玻璃液，形成玻璃膜，在强大的高速气流牵引的作用下进入离心机中进行纺丝，调整喷雾环喷水量的大小，制得直径均匀的初生的玻璃微纤维；
（4）集棉：将玻璃棉送入摇摆桶，调整摇摆桶的摆动频率和摆幅，调整负压风机的风力大小，纺好的玻璃棉将均匀地落到集棉机上，在玻璃棉落到集棉机上时，不能有竖起和成条的玻璃棉纤维，所有的玻璃棉尽可能与集棉机方向一致，将铺好的玻璃棉层根据客户的要求，通过纵切和横切，裁切成一定长度的卷装芯材；
（5）热压定型：按照客户要求的干法芯材的密度和厚度要求，设定好热定型机的运行温度和速度，将棉层送入热定型机，定型好的棉层或者进行卷绕，制成成品卷装干法芯材，或者按照客户密度要求，对片状进行再次二次复合，制成片状玻璃棉干法芯材。
根据本发明所述的以上方法，用上述原料制得的重点过程产品芯材按质量份数计包含：SiO2：50-70份；Al2O3：1.0-6.0份；CaO：2.0-10.0份；MgO：1.0-3.0份；Na2O+K2O：10-18份；B2O3：4.5-8.5；其他成分≤3.0份，总质量份数：100份。
所得玻璃棉芯材产品的质量指标为：叩解度10至28°SR；芯材的玻渣含量≤0.5%；芯材的直径≤4.0μm；芯材的含水率小于0.5%；芯材的面密度不匀率≤10%；芯材面密度范围400-6000g/m2；芯材的厚度范围：10mm-80mm；芯材的回弹率（解开包装后厚度变化）≤15%。
实施例1
根据本发明的一个实施例，将以质量份数计的如下组分混合形成混合料：准确称取石英粉245份；纯碱100份；锂长石25份；方解石28份；白云石32 份；钾钠长石90份；硼砂72份；萤石4.0份，混合均匀成混合料。
将混合料加入窑炉的熔化池中进行熔化处理，制得均匀、澄清的玻璃液。所述混合料的熔化处理包括5个阶段：硅酸盐形成阶段、玻璃液形成阶段、玻璃液澄清阶段、玻璃液均化阶段和玻璃液成纤阶段，控制窑炉温度1370℃，蓄热室温度870℃。
控制运送玻璃液的通道温度为1170℃，控制玻璃液的温度为1120℃，控制离心盘的温度为980℃，将玻璃液通过通道放入漏板、离心盘进入离心机中进行纺丝，离心机3000转/分钟，制得玻璃棉初生纤维。
将玻璃棉纤维送入摇摆桶，控制摇摆桶的摆动频率为23次/分钟，控制负压风机转速为800转/分钟，纺好的玻璃棉将均匀地落到集棉机上。将铺好的玻璃棉层切边，横切，进入热压定型。当单层纤维密度在650±150g/m2时，定型温度420℃，定型时间20分钟，上下链板间距10mm。制成合格的玻璃微纤维棉卷，然后打包、包装。
如果需要得到干法片状芯材，则根据需要的产品的规格要求，纵切下来的棉层送入棉层复合机进行多层复合，然后送入热压定型机，定型温度18分钟，定型温度450度，上下链板间距10mm。
将制得的玻璃棉进行检测（GB/T1549-94钠钙硅铝硼玻璃化学分析方法），以质量份数计包含：SiO2：65.62份，B2O3：6.59份，Al2O3：3.42份，Na2O：14.66份，K2O：0.94份，CaO：7.01份，MgO：1.66份，其他成分：0.10份。
所述玻璃棉的主要质量指标：叩解度为16°SR，直径为2.8um，玻璃棉中水的质量分数为0.4%，导热系数0.038w/k.m，玻渣混入率为0.04%，抗拉强度16.5N/cm2。
玻璃棉表面平整、均匀、无凹坑、无杂质，手压无脆裂感，有害物质达到欧盟ROHS标准。
单层芯材：面密度650g/cm2，厚度10mm，纤维回弹率10%；
多层芯材：面密度1300g/cm2，厚度12mm，纤维回弹率11.5%。
实施例2
根据本发明的另一个实施例，将以质量份数计的如下组分混合形成混合料：准确称取石英粉266份；纯碱93.0份；锂长石26份，；方解石36份；白云石43份；钾钠长石86份；硼砂50份；萤石4.0份，混合均匀成混合料。
将混合料加入窑炉的熔化池中进行熔化处理，制得均匀、澄清的玻璃液，所述混合料的熔化处理包括5个阶段：硅酸盐形成阶段、玻璃液形成阶段、玻璃液澄清阶段、玻璃液均化阶段和玻璃液成纤阶段，控制窑炉温度1400℃，蓄热室温度900℃。
控制运送玻璃液的通道温度为1180℃，控制玻璃液的温度为1150℃，控制离心盘的温度为960℃，将玻璃液通过通道放入漏板、离心盘进入离心机中进行纺丝，离心机3000转/分钟，制得玻璃初生纤维。
将玻璃棉纤维送入摇摆桶，控制摇摆桶的摆动频率为25次/分钟，控制负压风机转速为850转/分钟，纺好的玻璃棉将均匀地落到集棉机上。将铺好的玻璃棉层切边，横切，根据需要的产品的规格要求，纵切下来的棉层送入热压定型机或者送入棉层复合机，然后送入热压定型机。单层芯材定型温度18分钟，定型温度420度，上下链板间距10mm；多层芯材定型温度20分钟，定型温度450度，上下链板间距35mm，上下链板间距30mm。
将制得的玻璃棉进行检测（GB/T1549-94钠钙硅铝硼玻璃化学分析方法），以质量份数计包含：SiO2：67.66份，Al2O3：3.92份，CaO：7.05份，MgO：1.91份，Na2O：13.46份，K2O：1.20份，B2O3：4.66份，其他成分：0.14%。
所述玻璃棉的主要质量指标：叩解度为13°SR，直径为3.9微米，玻璃棉中水的质量分数为0.15%，导热系数0.040w/k.m，玻渣混入率为0.01%，抗拉强度17.2N/cm2，玻璃棉表面平整、均匀、无凹坑、无杂质，手压无脆裂感，有害物质达到欧盟ROHS标准。
单层芯材：面密度700g/m2，厚度11mm，纤维回弹率10%；
多层芯材：面密度4200g/cm2，厚度35mm，纤维回弹率11.8%。
实施例3
根据本发明的一个实施例，将以质量份数计的如下组分混合形成混合料：准确称取石英粉263份；纯碱75.0份；锂长石26份；方解石19份；白云石43份；钾钠长石13.5份；硼砂85份；萤石4.0份，混合均匀成混合料。
将混合料加入窑炉的熔化池中进行熔化处理，制得均匀、澄清的玻璃液，所述混合料的熔化处理包括5个阶段：硅酸盐形成阶段、玻璃液形成阶段、玻璃液澄清阶段、玻璃液均化阶段和玻璃液成纤阶段，控制窑炉温度1360℃，蓄热室温度870℃。
控制运送玻璃液的通道温度为1140℃，控制玻璃液的温度为1105℃，控制离心盘的温度为940℃，将玻璃液通过通道放入漏板、离心盘进入离心机中进行纺丝，离心机3300转/分钟，制得玻璃棉纤丝。
将玻璃棉纤维送入摇摆桶，控制摇摆桶的摆动频率为30次/分钟，控制负压风机转速为880转/分钟，纺好的玻璃棉将均匀地落到集棉机上。将铺好的玻璃棉层切边，横切，根据需要的产品的规格要求，纵切下来的棉层送入热压定型机或者送入棉层复合机，然后送入热压定型机，定型温度20分钟，定型温度500度，上下链板间距50mm。
将制得的玻璃棉进行检测（GB/T1549-94钠钙硅铝硼玻璃化学分析方法），包含以质量份数计：SiO2：67.21份，Al2O3：3.18份，CaO：5.06份，MgO：1.85份，Na2O：13.66份，K2O：0.94份，B2O3：8.05份，其他成分：0.05份。
所得的单层干法芯材，棉层密度500g/m2，棉层厚度10mm，玻渣混入率为0%，抗拉强度16.8N/cm2，导热系数0.036w/k.m，玻璃棉表面平整、均匀、无凹坑、无杂质，手压无脆裂感，有害物质达到欧盟ROHS标准。
所得的多层芯材：面密度6000g/cm2，厚度60mm，纤维回弹率12.6%。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、 “实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
上面结合具体实例对本发明的实施方式作了详细的说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1. 一种高密度干法芯材，其特征在于，所述高密度干法芯材按质量份计包含如下组成：SiO2：50-70份；Al2O3：1.0-6.0份；CaO：2.0-10.0份；MgO：1.0-3.0份；Na2O+ K2O：10-18份；B2O3：4.5-8.5份；其他成分≤3.0份，总质量份数：100份，其中所述芯材的叩解度为10至28°SR，玻渣含量≤0.5%，直径≤4.0μm，面密度范围400-6000g/m2，回弹率≤15%。
2.如权利要求1所述的高密度干法芯材，其特征在于，所述其他成分包括Fe2O3、FeO、TiO2、BaO、MnO、SO3、P2O5。
3. 如权利要求1所述的高密度干法芯材，其特征在于，所述高密度干法芯材按质量份计包含如下组成：SiO2：60-70份；Al2O3：2.0-4.5份；CaO：4.5-8.0份；MgO：1.0-2.5份；Na2O+K2O：10-18份；B2O3：4.5-8.5份；其他成分≤1.0份，总质量份数：100份，其中所述芯材的叩解度为13至20°SR，玻渣含量≤0.1%，直径≤4.0μm，含水率小于0.5%，面密度不匀率≤10%，面密度范围400-6000g/m2，回弹率≤15%。
4.一种高密度干法芯材制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）原料称量混合：称量以下质量份数的原料，混合形成均匀混合料：石英砂220-270份、钾钠长石60-120份、硼砂50-120份、锂长石20-40份、方解石20-40份、白云石10-50份、纯碱60-150份、萤石2-6份；
2）熔化：将混合料送入窑炉熔化池进行熔化处理，制得玻璃液；
3）成纤：通过玻璃液运送通道将玻璃液按照生产流程放入漏板、离心盘，离心盘中充满玻璃液，形成玻璃膜，在强大的高速气流牵引的作用下进入离心机中进行纺丝，调整喷雾环喷水量的大小，制得直径均匀的初生的玻璃微纤维；
4）集棉：将玻璃棉送入摇摆桶，调整摇摆桶的摆动频率和摆幅，调整负压风机的风力大小，纺好的玻璃棉均匀地落到集棉机上，将铺好的玻璃棉层通过纵切和横切，裁切成一定长度的芯材棉层；
5）热压定型：将裁切好的棉层送入设定好运行温度和速度以及上下链板间距的热定型机，制成成品干法芯材，其中在热定型机中，定型温度为400℃至550℃，定型时间为15至25分钟。
5.如权利要求4所述的高密度干法芯材制造方法，其特征在于，在集棉裁切好的芯材棉层送入热定型机中进行热压定型之前，还包括棉层复合的步骤，即将裁切好的单层棉层进行多层复合，再送入热定型机进行热压定型。
6.如权利要求4所述的高密度干法芯材制造方法，其特征在于，步骤2）的熔化处理包括5个阶段：硅酸盐形成阶段、玻璃液形成阶段、玻璃液澄清阶段、玻璃液均化阶段和玻璃液成纤阶段，其中控制窑炉温度在1350℃至1420℃范围内。
7.如权利要求4所述的高密度干法芯材制造方法，其特征在于，在步骤3）的成纤过程中，控制运送玻璃液的通道的温度为1120℃至1200℃，玻璃液温度为1100℃至1160℃，离心盘温度为940℃至980℃，离心机转速为3000rpm至3300rpm。
8.如权利要求4所述的高密度干法芯材制造方法，其特征在于，在步骤4）集棉过程中，控制摇摆桶的摆动频率为20-30次/分钟，控制负压风机转速为800-900转/分钟，在玻璃棉落到集棉机上时，不能有竖起和成条的玻璃棉纤维，所有的玻璃棉尽可能与集棉机方向一致。
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