CN106379007A - 一种环保型高密度玻璃棉板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保型高密度玻璃棉板材及其制备方法。该板材为三层结构，上下两层为网格布，中层为玻璃棉。玻璃棉层包含一定量的玻璃棉纤维、粘结剂和水，其密度为90～95kg/cm3、厚度为55～70mm。制备过程中以粘结剂和玻璃液为原料采用离心喷吹法制备玻璃棉纤维，集棉后再用网格布附着在玻璃棉上下两个表面，加热固化即可。本发明制备方法简单，所得玻璃棉面积密度高于5000g/m2以上，容重在90kg/m3以上，厚度在55mm以上，该玻璃棉板材具有极好的保温隔热性能，其效果优于国标GB/T13350产品，导热系数≤0.034W/(m·k)。

Description

一种环保型高密度玻璃棉板材及其制备方法
技术领域
本发明的实施方式涉及无机非金属绝热保温材料领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种环保型高密度玻璃棉板材及其制备方法。
背景技术
玻璃棉属于玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化，形成棉状的材料，化学成分属于玻璃类，是一种无机质纤维，具有保温绝热、吸引、耐腐蚀等良好性能。
生产玻璃棉常用到离心喷吹装置，它的关键部件是有许多小孔的离心头，玻璃液从中通过，形成许多股细流，从而将熔融物完全加工成纤维，这种方法被称为离心喷吹法。
CN103058527A公开了一种彩色玻璃棉制品及其生产方法，以氨水、尿素、硫酸铵、硅油、硅烷和水制成的添加剂和酚醛树脂制成粘结剂，与玻璃液、有机染料采用离心喷吹法制得彩色玻璃棉制品，其离心盘玻璃液的流量约为400kg/h，喷雾环流量为2.0～16kg/min，得到的玻璃棉制品的密度通常在64kg/m3以下。
玻璃棉作为保温吸引隔热材料，广泛应用于石油、化工、建筑、保温、吸音和隔热等领域，市场上的高密度玻璃棉板材主要为国家标准GB/T13350里规定的48kg/cm3×50mm、64kg/cm3×50mm等采用传统工艺酚醛树脂为粘结剂的产品，其板材一般厚度不超过50mm，无法满足高寒地区、边海防地区等客户对高密度、高面积密度、高厚度板材产品的需求，同时原有的酚醛粘结剂板材产品经过固化后仍存在一定的甲醛释放量，具有一定的安全隐患，不能满足当今世界对环境越来越高的要求，业限制了传统工艺的玻璃棉板在其它领域的推广应用。
发明内容
本发明提供一种环保型高密度玻璃棉板材及其制备方法，旨在解决以下两个技术问题：
一、市场上传统的玻璃棉板材粘结剂酚醛树脂经固化后存在一定的甲醛释放量，具有一定的安全隐患。
二、现有市场上高密度环保型玻璃棉板材，尤其是面积密度高于5000g/m2以上的玻璃棉板材产品处于空白，并且传统技术制作出来的厚度大、密度较高的玻璃棉板材容易变形。
为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：
一种环保型高密度玻璃棉板材，它的质量份数包含85～93份玻璃棉纤维、8～15份粘结剂和0.3～1.1份水，其密度为90～100kg/cm3、厚度为60～80mm；所述粘结剂是由ZL2012101895993.9所述的热固性丙烯酸树脂粘结剂和Ⅰ型添加剂为原料制成，该Ⅰ型添加剂是由硅油、硅烷和水按照质量比(1～8)：(0.2～2)：(600～800)混合制成，所述热固性丙烯酸树脂粘结剂和Ⅰ型添加剂的质量之比为(200～500):(500～1200)；或者所述粘结剂是由丙烯酸树脂和Ⅱ型添加剂为原料制成，该Ⅱ型添加剂是由硅油、硅烷和水按照质量比(0.5～7.5)：(0.1～1.8)：(610～790)混合制成，所述丙烯酸树脂和Ⅱ型添加剂的质量之比为1:3。
进一步的技术方案是：所述环保型高密度玻璃棉板材为三层结构，上下两层为网格布，中层为玻璃棉，两层网格布通过树脂型粘结剂覆于玻璃棉上下两个表面并经过加热固化。
本发明还提供了上述环保型高密度玻璃棉板材的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)准备粘结剂原料
将硅油、硅烷和水按照质量比(1～8)：(0.2～2)：(600～800)混合制成Ⅰ型添加剂，按照质量比(200～500):(500～1200)取ZL2012101895993.9所述的热固性丙烯酸树脂粘结剂和所述Ⅰ型添加剂作为Ⅰ型粘结剂的原料备用；或者将硅油、硅烷和水按照质量比(0.5～7.5)：(0.1～1.8)：(610～790)混合制成Ⅱ型添加剂，按照质量比1:3取丙烯酸树脂和所述Ⅱ型添加剂作为Ⅱ型粘结剂的原料备用；
(2)制备粘结剂
将Ⅰ型粘结剂的原料或者Ⅱ型粘结剂的原料加入混合罐中搅拌至少1h，过滤得到混合溶液即Ⅰ型粘结剂或者Ⅱ型粘结剂；
将Ⅰ型粘结剂或者Ⅱ型粘结剂经过螺杆泵，进入管道混合器和管道稳压器，进入粘结剂计量罐，进而进入喷雾环；
(3)离心喷吹生产玻璃棉纤维
离心喷吹法生产玻璃棉纤维，采用双离心头放料生产，玻璃液流量为500～900kg/h·头；
玻璃液在旋转的离心头中被一次性拉伸成玻璃纤维，将所述Ⅰ型粘结剂或者Ⅱ型粘结剂由两个喷雾环按照预设流量以雾化状态均匀地喷射在玻璃纤维表面，两个喷雾环分别各自对应一个离心头制成的玻璃纤维，第一个喷雾环预设流量范围为11～22kg/min，第二个喷雾环预设流量范围为10～20kg/min；
(4)集棉机集棉
喷好Ⅰ型粘结剂或Ⅱ型粘结剂的初生玻璃纤维通过集棉机集棉获得玻璃棉，玻璃棉经输送带进入固化炉前，利用树脂型粘结剂将网格布覆于玻璃棉上下表面；
(5)固化炉固化
利用链板将玻璃棉送入固化炉内加热固化，链板线速度为2～8m/min,固化时间8～20分钟，炉冷却即得环保型高密度玻璃棉板材
上述环保型高密度玻璃棉板材的制备方法的步骤(5)中，玻璃棉进入固化炉进行固化时，固化炉的温度控制在240～280℃范围内。
上述环保型高密度玻璃棉板材的制备方法中，所述树脂型粘结剂是ZL2012101895993.9所述的热固性丙烯酸树脂粘结剂。
下面对本发明的技术方案进行进一步的说明。
本发明所述环保型高密度玻璃棉板材的主要原料是玻璃液和粘结剂，采用离心喷吹法将玻璃液和粘结剂制备成玻璃棉板材，该板材中玻璃棉纤维、粘结剂和水的质量比为(85～93)：(8～15)：(0.3～1.1)，这里的水来源于粘结剂，粘结剂中的水绝大部分跟树脂进行了反应俗称结合水，绝大部分的游离水在固化过程中损失，还有一部分水保留在产品中，这里的水即为反应和固化后，产品中含有的游离水。成品板材中必须要控制水份含量，这是因为玻璃棉板材的含水量影响其绝热效果和板材的平整度，当玻璃棉板材含水量大于上述含量时，其导热系数将会升高，导热性能下降，另外板材板面不平整，严重的话还会鼓包。
ZL2012101895993.9所述的热固性丙烯酸树脂粘结剂是一种环保型粘结剂，将其运用到玻璃棉板材生产中，可解决玻璃棉释放甲醛的问题。本发明使用的粘结剂可以是两类粘结剂即Ⅰ型粘结剂和Ⅱ型粘结剂，Ⅰ型粘结剂利用ZL2012101895993.9所述的热固性丙烯酸树脂粘结剂、Ⅰ型添加剂制成，Ⅱ型粘结剂利用丙烯酸树脂和Ⅱ型添加剂制成，Ⅰ型添加剂和Ⅱ型添加剂都是利用硅油、硅烷和水按照一定的质量比例混合制成，两种类型的添加剂硅油、硅烷和水的比例是不同的，它们分别与热固性丙烯酸树脂粘结剂、丙烯酸树脂搅拌制成的Ⅰ型粘结剂或者Ⅱ型粘结剂都具有良好的粘接效果，是适于制备高密度、高厚度的玻璃棉纤维的粘结剂。
本发明的离心喷吹法生产玻璃棉纤维采用了双离心头放料生产，每个离心头的玻璃液流量均高达500～900kg/h，为了配合两个双离心头，本发明设置了两个喷雾环，每个离心头配置一个喷雾环，但是两个喷雾环的预设流量必定有一定的差别，通常第一个喷雾环的预设流量比第二个喷雾环的预设流量大1～3kg/min。这是因为离心喷吹装置的引风系统对喷雾环的喷雾效果有一定的影响。由于第一个离心头产生的玻璃纤维铺在最下面，而第二个离心头产生的玻璃纤维铺在上面，下面的玻璃纤维与第一喷雾环喷出的粘结剂反应时受到引风系统的影响，引风系统会抽走一部分雾化粘结剂，差异化设置两个喷雾环的预设流量，能够使上下两个部分的玻璃纤维与喷雾环喷出的粘结剂反应时参与反应的粘结剂的含量几乎相等，保证玻璃棉纤维质量稳定。
离心喷吹生产的玻璃纤维经过集棉机集棉即可获得高密度玻璃棉，由于高密度、大厚度玻璃棉容易变形，为了解决这个问题，本发明利用两层网格布支撑玻璃棉板，然后再进行固化，固化时要控制好链板的线速度，如果链板的线速度过慢，导致玻璃棉固化时间太长，虽然固化效果较好，但是能源成本很高，如果链板的线速度过快，造成产品无法烘干固化，导致产品直接报废，并且控制链板的线速度也可以达到使产品的含水量在合格范围内。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明通过对原料的选择奠定了环保型玻璃棉板材和高密度玻璃棉板材的基础，通过对离心喷吹法玻璃液流量和粘结剂喷雾流量的控制，获得一种面积密度高于5000g/m2以上的玻璃棉板材，填补了行业内面积密度在5000g/m2及以上、密度在90kg/m3以上、厚度在55mm以上的高密度环保型玻璃棉板材的空白，该玻璃棉板材采用双面网格布支撑，产品不易变形、经久耐用，甲醛释放量为零，环保健康，产品为A1级不燃材料，安全性能高，并且能够起到极好的保温隔热作用，其效果优于国标GB/T13350产品，导热系数＜0.034W/(m·k)。
附图说明
图1为本发明环保型高密度玻璃棉板材的结构示意图。
1-上层网格布；2-玻璃棉；3-下层网格布。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
准备粘结剂原料：按照质量比4:1:650准备硅油、硅烷和水，混合均匀得到Ⅰ型添加剂，然后按照质量比200：600取热固性丙烯酸树脂粘结剂和Ⅰ型添加剂备用。
将热固性丙烯酸树脂粘结剂和Ⅰ型添加剂加入混合罐中搅拌1h，过滤得到混合溶液即Ⅰ型粘结剂。将Ⅰ型粘结剂经过螺杆泵，进入管道混合器和管道稳压器，进入粘结剂计量罐，进而进入喷雾环。
离心喷吹生产玻璃棉纤维：采用双离心头放料生产，玻璃液流量为650kg/h·头；玻璃液在旋转的离心头中被一次性拉伸成玻璃纤维，将所述Ⅰ型粘结剂由两个喷雾环按照预设流量以雾化状态均匀地喷射在玻璃纤维表面，两个喷雾环分别各自对应一个离心头制成的玻璃纤维，第一个喷雾环预设流量为20kg/min，第二个喷雾环预设流量范围为18kg/min。
喷好Ⅰ型粘结剂的玻璃纤维通过集棉机集棉获得玻璃棉，玻璃棉经输送带进入固化炉前，利用热固性丙烯酸树脂粘结剂将网格布覆于玻璃棉上下表面；利用链板将玻璃棉送入固化炉内加热固化，固化炉的温度控制在255℃左右，链板线速度控制在2.5m/min，固化时间16分钟，出炉冷却即得环保型高密度玻璃棉板材，其结构如图1所示。上层网格布1和下层网格布3覆于玻璃棉2的上下两个表面，形成稳定的三层结构。
该玻璃棉板材的玻璃棉层包含质量份数计的87份玻璃棉纤维、10.6份粘结剂和0.5份水。
环保型高密度玻璃棉板材的实测密度为96kg/m3，厚度60mm，导热系数为0.033W/(m·k)。
实施例2
准备粘结剂原料：按照质量比1:2:800准备硅油、硅烷和水，混合均匀得到Ⅰ型添加剂，然后按照质量比250：700的比例，取热固性丙烯酸树脂粘结剂和Ⅰ型添加剂备用。
将热固性丙烯酸树脂粘结剂和Ⅰ型添加剂加入混合罐中搅拌1h，过滤得到混合溶液即Ⅰ型粘结剂。将Ⅰ型粘结剂经过螺杆泵，进入管道混合器和管道稳压器，进入粘结剂计量罐，进而进入喷雾环。
离心喷吹生产玻璃棉纤维：采用双离心头放料生产，玻璃液流量为700kg/h·头；玻璃液在旋转的离心头中被一次性拉伸成玻璃纤维，将所述Ⅰ型粘结剂由两个喷雾环按照预设流量以雾化状态均匀地喷射在玻璃纤维表面，两个喷雾环分别各自对应一个离心头制成的玻璃纤维，第一个喷雾环预设流量为22kg/min，第二个喷雾环预设流量范围为19kg/min。
喷好Ⅰ型粘结剂的玻璃纤维通过集棉机集棉获得玻璃棉，玻璃棉经输送带进入固化炉前，利用热固性丙烯酸树脂粘结剂将网格布覆于玻璃棉上下表面；利用链板将玻璃棉送入固化炉内加热固化，固化炉的温度控制在240℃左右，链板线速度控制在3.0m/min，固化时间13分钟，出炉冷却即得环保型高密度玻璃棉板材。
该玻璃棉板材的玻璃棉层包含质量份数计的92份玻璃棉纤维、11份粘结剂和0.8份水。
环保型高密度玻璃棉板材的实测密度为95kg/m3，厚度55mm，导热系数为0.033W/(m·k)。
实施例3
准备粘结剂原料：按照质量比7:1.5:700准备硅油、硅烷和水，混合均匀得到Ⅱ型添加剂，然后按照质量比1：3取丙烯酸树脂和Ⅱ型添加剂备用。
将丙烯酸树脂和Ⅱ型添加剂加入混合罐中搅拌1h，过滤得到混合溶液即Ⅱ型粘结剂。将Ⅱ型粘结剂经过螺杆泵，进入管道混合器和管道稳压器，进入粘结剂计量罐，进而进入喷雾环。
离心喷吹生产玻璃棉纤维：采用双离心头放料生产，玻璃液流量为650kg/h·头；玻璃液在旋转的离心头中被一次性拉伸成玻璃纤维，将所述Ⅱ型粘结剂由两个喷雾环按照预设流量以雾化状态均匀地喷射在玻璃纤维表面，两个喷雾环分别各自对应一个离心头制成的玻璃纤维，第一个喷雾环预设流量为15kg/min，第二个喷雾环预设流量范围为13kg/min。
喷好Ⅱ型粘结剂的玻璃纤维通过集棉机集棉获得玻璃棉，玻璃棉经输送带进入固化炉前，利用热固性丙烯酸树脂粘结剂将网格布覆于玻璃棉上下表面；利用链板将玻璃棉送入固化炉内加热固化，固化炉的温度控制在260℃左右内，链板线速度为2.2m/min，固化时间18分钟，出炉冷却即得环保型高密度玻璃棉板材。
该玻璃棉板材的玻璃棉层包含质量份数计的86份玻璃棉纤维、14份粘结剂和0.4份水。
环保型高密度玻璃棉板材的实测密度为93kg/m3，厚度65mm，导热系数为0.032W/(m·k)。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (5)

1.一种环保型高密度玻璃棉板材，其特征在于它的玻璃棉层包含按质量份数计的85～93份玻璃棉纤维、8～15份粘结剂和0.3～1.1份水，其密度为90～100kg/cm3、厚度为60～80mm；所述粘结剂是由ZL2012101895993.9所述的热固性丙烯酸树脂粘结剂和Ⅰ型添加剂为原料制成，该Ⅰ型添加剂是由硅油、硅烷和水按照质量比(1～8)：(0.2～2)：(600～800)混合制成，所述热固性丙烯酸树脂粘结剂和Ⅰ型添加剂的质量之比为(200～500):(500～1200)；或者所述粘结剂是由丙烯酸树脂和Ⅱ型添加剂为原料制成，该Ⅱ型添加剂是由硅油、硅烷和水按照质量比(0.5～7.5)：(0.1～1.8)：(610～790)混合制成，所述丙烯酸树脂和Ⅱ型添加剂的质量之比为1:3。
2.根据权利要求1所述的环保型高密度玻璃棉板材，其特征在于所述环保型高密度玻璃棉板材为三层结构，上下两层为网格布，中层为玻璃棉，两层网格布通过树脂型粘结剂覆于玻璃棉上下两个表面并经过加热固化。
3.如权利要求1或2所述的环保型高密度玻璃棉板材的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)准备粘结剂原料
将硅油、硅烷和水按照质量比(1～8)：(0.2～2)：(600～800)混合制成Ⅰ型添加剂，按照质量比(200～500):(500～1200)取ZL2012101895993.9所述的热固性丙烯酸树脂粘结剂和所述Ⅰ型添加剂作为Ⅰ型粘结剂的原料备用；或者将硅油、硅烷和水按照质量比(0.5～7.5)：(0.1～1.8)：(610～790)混合制成Ⅱ型添加剂，按照质量比1:3取丙烯酸树脂和所述Ⅱ型添加剂作为Ⅱ型粘结剂的原料备用；
(2)制备粘结剂
将Ⅰ型粘结剂的原料或者Ⅱ型粘结剂的原料加入混合罐中搅拌至少 1h，过滤得到混合溶液即Ⅰ型粘结剂或者Ⅱ型粘结剂；
将Ⅰ型粘结剂或者Ⅱ型粘结剂经过螺杆泵，进入管道混合器和管道稳压器，进入粘结剂计量罐，进而进入喷雾环；
(3)离心喷吹生产玻璃棉纤维
离心喷吹法生产玻璃棉纤维，采用双离心头放料生产，玻璃液流量为500～900kg/h·头；
玻璃液在旋转的离心头中被一次性拉伸成玻璃纤维，将所述Ⅰ型粘结剂或者Ⅱ型粘结剂由两个喷雾环按照预设流量以雾化状态均匀地喷射在玻璃纤维表面，两个喷雾环分别各自对应一个离心头制成的玻璃纤维，第一个喷雾环预设流量范围为11～22kg/min，第二个喷雾环预设流量范围为10～20kg/min；
(4)集棉机集棉
喷好Ⅰ型粘结剂或Ⅱ型粘结剂的玻璃纤维通过集棉机集棉获得玻璃棉，玻璃棉经输送带进入固化炉前，利用树脂型粘结剂将网格布覆于玻璃棉上下表面；
(5)固化炉固化
利用链板将玻璃棉送入固化炉内加热固化，链板线速度为2～8m/min，固化时间为8～20min，出炉冷却即得环保型高密度玻璃棉板材。
4.根据权利要求3所述的环保型高密度玻璃棉板材的制备方法，其特征在于在步骤(5)中，玻璃棉进入固化炉进行固化时，固化炉的温度控制在240～280℃范围内。
5.根据权利要求3所述的环保型高密度玻璃棉板材的制备方法，其特征在于所述树脂型粘结剂是ZL2012101895993.9所述的热固性丙烯酸树脂粘结 剂。
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