CN106517884A - 一种三维结构的定向岩棉板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维结构的定向岩棉板及其制造方法，属于建筑材料领域。本发明的岩棉板由下列重量份的原料制成：铁矿石40‑50份、天然磁黄铁矿10‑20份、焦炭10‑20份、矿渣10‑15份、憎水剂5‑8份、尿素4‑6份、酚醛树脂8‑10份、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷3‑5份。岩棉板在厚度方向形成皱褶，且在皱褶的不同层之间形成搭接，从而形成立体交错的三维结构，使岩棉板的抗剥离性大大增强，岩棉板具有合理的密度梯度，纤维的直径成梯度变化，合理的密度梯度和纤维直径变化将岩棉板分隔出更多的空间，保证岩棉板具有很低的导热系数，可达到更好的保温效果。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，更具体地说，涉及一种三维结构的定向岩棉板及其制造方法。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，建筑样式与种类层出不穷，而对于建筑节能材料应用与消防安全问题防护等方面的要求，也越来越高。其中建筑用岩棉板是专门为建筑物的外墙外保温薄抹灰系统而设计生产的，适用于基墙为混凝土或砖墙等密实结构的新建或既有建筑物的外墙保温或节能改造；外墙保温岩棉带还可以作为防火隔离带，与燃烧性能达不到A级的保温材料配套使用，以提高建筑物外墙的消防防火功能。
岩棉属于A级不燃保温材料，在我国被广泛应用于建筑外围护结构的保温隔热，但在实际工程应用中仍有一些不足之处，最为常见的问题是：为了达到岩棉板的机械强度要求，常常需要通过提升岩棉板的密度来实现。然而，这样的做法会增加基层屋面的荷载，甚至导致岩棉板导热系数的增大。实际工程应用中存在的不足之处促进了定向岩棉板的产生。定向岩棉板是洛科威集团首次提出。其中“定向”是指岩棉板安装时具有方向性，也就是正反面，由于定向岩棉板的结构特殊，在降低密度的同时，能够保障甚至改善原有机械强度，从而节省了成本、并大大降低施工难度。中国专利申请号为201620114869.3，授权公告日为2016年8月17日的专利申请文件公开了一种陶瓷棉定向复合竖丝岩棉板，包括相互粘接的竖丝岩棉板层和陶瓷棉层，所述竖丝岩棉板层包括竖丝岩棉基板，所述竖丝岩棉基板由岩棉块切割而成，所述岩棉块包括若干顺丝岩棉板，相邻所述顺丝岩棉板之间为粘接剂层，所述竖丝岩棉基板表面填充有粘接剂，所述陶瓷棉层表面喷涂有陶瓷棉固化剂，该专利中的定向岩棉板是通过几种不同类型的岩棉板粘接形成的，不是通过改进岩棉板的原料组成直接生产得到，因此该专利中的岩棉板层之间没有交联咬合，存在牢固性差、粘接剂用量大等问题，而粘接剂中含有大量有机试剂，会造成装修污染的问题。
针对上述专利中存在的剥离强度低的问题，三维岩棉板能很好的解决这一难题，例如，中国专利申请号为201410769790.X，申请公布日为2015年4月8日的专利申请文件公开了一种具有三维结构的岩棉产品，具有多层岩棉层结构，其中所述多层岩棉层在内部扭曲打褶，并且岩棉层之间形成相互的搭接结构，形成三维整体结构。这种立体交错的三维结构使得岩棉产品成为一个整体，抗剥离性增强。
由上述分析可以看出，定向岩棉板和三维岩棉板各自具有优点，同时也有各自的局限性。如何将定向岩棉板和三维岩棉板的优势结合起来，设计一种具有合理的密度梯度的三维定向岩棉板成为目前的研究热点。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有岩棉板存在抗剥离性差、密度高、导热系数大、渣球含量高问题，本发明的目的之一是提供一种具有三维结构的定向岩棉板，由特定的组分按照一定的比例制造得到，岩棉板在厚度方向形成皱褶，且在皱褶的不同层之间形成搭接，从而形成立体交错的三维结构，使岩棉板的抗剥离性大大增强。
本发明的另一目的是提供一种三维结构的定向岩棉板的制造方法，通过合理控制离心成纤的工艺条件以及各物质组分的添加顺序，使得渣球含量小，加工出来的纤维丝直径成一定规律变化，最好压制固化得到的岩棉板的密度在厚度方向上梯度分布，岩棉板的导热系数显著减小。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种三维结构的定向岩棉板，由下列重量份的原料制成：铁矿石40-50份、天然磁黄铁矿10-20份、焦炭10-20份、矿渣10-15份、憎水剂5-8份、尿素4-6份和酚醛树脂8-10份。
更进一步地，还包括乙烯基三过氧化叔丁基硅烷3-5份。
更进一步地，由下列重量份的原料制成：铁矿石50份、天然磁黄铁矿15份、焦炭15份、矿渣10份、憎水剂6份、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷4份、尿素6份和酚醛树脂10份。
更进一步地，所述的铁矿石中铁的含量大于60％。
更进一步地，所述的矿渣为酸性矿渣。
上述的一种三维结构的定向岩棉板的制造方法，其步骤为：
(1)配料：将原料按照铁矿石40-50份、天然磁黄铁矿10-20份、焦炭10-20份、矿渣10-15份进行混合，混合后粉碎；
(2)熔融：将步骤(1)中的粉碎料在炉中熔成岩浆；
(3)纤维化：将岩浆甩成纤维状，在甩成纤维的过程中喷洒尿素和酚醛树脂；
(4)集棉：将甩出的纤维收集，利用摆锤机将纤维成S型叠加形成多层疏松岩棉层；
(5)压棉：将所述的多层疏松岩棉层经过三维压棉机压制，然后喷洒憎水剂；
(6)固化：将步骤(5)中的岩棉体送入固化炉中进行固化成型；
(7)修整、包装，得到所述的具有三维结构的定向岩棉板。
更进一步地，步骤(5)中喷洒憎水剂之前喷洒乙烯基三过氧化叔丁基硅烷。
更进一步地，步骤(3)中利用离心机将岩浆甩成纤维状，离心机的速度为V＝6000～10000转/h，离心机的速度在范围内成阶梯性增加。
更进一步地，步骤(2)中熔融时添加液氧，液氧的添加量为10～20m3。
更进一步地，步骤(2)的熔融温度为980～1150℃。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明岩棉板由特定原料按照提供的方法制造得到，岩棉板在厚度方向形成皱褶，且在皱褶的不同层之间形成搭接，从而形成立体交错的三维结构，使岩棉板的抗剥离性大大增强；
(2)本发明的岩棉板具有合理的密度梯度，纤维的直径成梯度变化，合理的密度梯度和纤维直径变化将岩棉板分隔出更多的空间，保证岩棉板具有很低的导热系数，可达到更好的保温效果；
(3)本发明选择最佳的矿物组成，天然磁黄铁矿配合其他组分能显著改善纤维丝的性能，采用合理的纤维排布方案，保证岩棉板的上层密度远大于其下层密度，通过增强定向岩棉板上表面的密度提高其表面机械强度；
(4)本发明中在纤维化过程中同时喷洒尿素和酚醛树脂，利用纤维丝的温度以及纤维丝中的碱性成分，尿素与酚醛树脂发生反应，使得纤维丝的粘结性能提高了35％左右；
(5)本发明中在固化时，先将温度升至85℃，保温3～4h，然后升温至240～260℃固化5～8h，固化之前喷洒憎水剂和乙烯基三过氧化叔丁基硅烷，乙烯基三过氧化叔丁基硅烷不仅能增强纤维丝之间的交联作用，还能提高纤维丝的憎水性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
一种三维结构的定向岩棉板，由下列重量份的原料制成：铁矿石50份、天然磁黄铁矿15份、焦炭15份、矿渣10份、憎水剂6份、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷4份、尿素6份和酚醛树脂10份，铁矿石中铁的含量大于60％，矿渣为酸性矿渣，矿渣中SiO2的含量多于Al2O3与CaO的含量之和。
上述的一种三维结构的定向岩棉板的制造方法，其步骤为：
(1)配料：将原料按照铁矿石50份、天然磁黄铁矿15份、焦炭15份、矿渣10份进行混合，混合后粉碎，粒径小于5cm；
(2)熔融：将步骤(1)中的粉碎料在炉中熔成岩浆，炉中温度控制在980℃左右，熔融时添加液氧，液氧的添加量为16m3；
(3)纤维化：利用离心机将岩浆甩成纤维状，离心机的速度为6000转/h，在离心的过程中，离心机的速度逐步提高，6000转/h离心0.5h，6500转/h离心0.3h，7000转/h离心0.6h，8000转/h离心0.6h，9000转/h离心0.6h，10000转/h离心至结束，在甩成纤维的过程中喷洒尿素和酚醛树脂，利用纤维丝的温度以及纤维丝中的碱性成分，尿素与酚醛树脂发生反应，使得纤维丝的粘结性能提高了35％左右；
(4)集棉：将甩出的纤维收集，利用摆锤机将纤维成S型叠加形成多层疏松岩棉层；
(5)压棉：将所述的多层疏松岩棉层经过三维压棉机压制，采用花式辊的差速压缩方式对岩棉进行压制，然后喷洒乙烯基三过氧化叔丁基硅烷和憎水剂；
(6)固化：将步骤(5)中的岩棉体送入固化炉中进行固化成型，固化时，先将温度升至85℃，保温3h，然后升温至255℃固化7h；
(7)修整、包装，得到所述的具有三维结构的定向岩棉板。
本实施例中修整后的岩棉板尺寸为长度1200mm，宽度600mm，厚度80mm，岩棉板在其厚度方向上的密度成梯度变化，一侧密度大，一侧密度小。对该岩棉板的性能进行测试，纤维的直径分布在3.2～4.2μm之间，渣球含量(粒径大于0.25mm)为3.1％，憎水率为99.9％，抗拉强度16.2Kpa；压缩强度87.6Kpa(10％变形)。对其进行不燃烧性能试验，结果为A级，炉内平均温升7℃，试样平均燃烧时间0s，试样平均质量损失率5.4％。本发明中的三维定向岩棉板的抗剥离强度和10％压缩量的压缩强度都得到大大地增强，且吸水性较之亦有所大幅度减小，吸水率极低，短期吸水量低至0.1kg/m3(10mm，24h)。
本实施例中的固化温度对岩棉板的性能有着至关重要的作用，在研究中发现，合理选择本发明中的固化条件，能使纤维丝之间的粘结性能提高15％，憎水性得到增强，憎水性能更稳定，这可能是因为前期的低温保温过程促进了乙烯基三过氧化叔丁基硅烷与憎水剂对纤维丝的作用。
实施例2
一种三维结构的定向岩棉板，由下列重量份的原料制成：铁矿石40份、天然磁黄铁矿10份、焦炭10份、矿渣15份、憎水剂5份、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷3份、尿素4份和酚醛树脂8份，铁矿石中铁的含量大于60％，矿渣为酸性矿渣。
上述的一种三维结构的定向岩棉板的制造方法，其步骤为：
(1)配料：将原料按照铁矿石40份、天然磁黄铁矿10份、焦炭10份、矿渣15份进行混合，混合后粉碎，粒径小于8cm；
(2)熔融：将步骤(1)中的粉碎料在炉中熔成岩浆，炉中温度控制在1000℃左右，熔融时添加液氧，液氧的添加量为10m3；
(3)纤维化：利用离心机将岩浆甩成纤维状，离心机的速度为6000转/h，在离心的过程中，离心机的速度逐步提高，6000转/h离心0.5h，6500转/h离心0.3h，7000转/h离心0.6h，8000转/h离心0.6h，9000转/h离心0.6h，10000转/h离心至结束，在甩成纤维的过程中喷洒尿素和酚醛树脂，利用纤维丝的温度以及纤维丝中的碱性成分，尿素与酚醛树脂发生反应，使得纤维丝的粘结性能提高了30％左右；
(4)集棉：将甩出的纤维收集，利用摆锤机将纤维成S型叠加形成多层疏松岩棉层；
(5)压棉：将所述的多层疏松岩棉层经过三维压棉机压制，采用花式辊的差速压缩方式对岩棉进行压制，然后喷洒乙烯基三过氧化叔丁基硅烷和憎水剂；
(6)固化：将步骤(5)中的岩棉体送入固化炉中进行固化成型，固化时，先将温度升至85℃，保温4h，然后升温至240℃固化8h；
(7)修整、包装，得到所述的具有三维结构的定向岩棉板。
本实施例中修整后的岩棉板尺寸为长度1200mm，宽度600mm，厚度80mm，岩棉板在其厚度方向上的密度成梯度变化，一侧密度大，一侧密度小。对该岩棉板的性能进行测试，纤维的直径分布在3.2～4.2μm之间，渣球含量(粒径大于0.25mm)为2.9％，憎水率为99.9％，抗拉强度15.8Kpa；压缩强度88.7Kpa(10％变形)。对其进行不燃烧性能试验，结果为A级，炉内平均温升9℃，试样平均燃烧时间0s，试样平均质量损失率6.7％。本发明中的三维定向岩棉板的抗剥离强度和10％压缩量的压缩强度都得到大大地增强，且吸水性较之亦有所大幅度减小，吸水率极低，短期吸水量低至0.1kg/m3(10mm，24h)。
实施例3
一种三维结构的定向岩棉板，由下列重量份的原料制成：铁矿石45份、天然磁黄铁矿20份、焦炭20份、矿渣12份、憎水剂8份、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷5份、尿素5份和酚醛树脂9份，铁矿石中铁的含量大于60％，矿渣为酸性矿渣。
上述的一种三维结构的定向岩棉板的制造方法，其步骤为：
(1)配料：将原料按照铁矿石45份、天然磁黄铁矿20份、焦炭20份、矿渣12份进行混合，混合后粉碎，粒径小于10cm；
(2)熔融：将步骤(1)中的粉碎料在炉中熔成岩浆，炉中温度控制在1150℃左右，熔融时添加液氧，液氧的添加量为20m3；
(3)纤维化：利用离心机将岩浆甩成纤维状，离心机的速度为6000转/h，在离心的过程中，离心机的速度逐步提高，6000转/h离心0.5h，6500转/h离心0.3h，7000转/h离心0.6h，8000转/h离心0.6h，9000转/h离心0.6h，10000转/h离心至结束，在甩成纤维的过程中喷洒尿素和酚醛树脂，利用纤维丝的温度以及纤维丝中的碱性成分，尿素与酚醛树脂发生反应，使得纤维丝的粘结性能提高了35％左右；
(4)集棉：将甩出的纤维收集，利用摆锤机将纤维成S型叠加形成多层疏松岩棉层；
(5)压棉：将所述的多层疏松岩棉层经过三维压棉机压制，采用花式辊的差速压缩方式对岩棉进行压制，然后喷洒乙烯基三过氧化叔丁基硅烷和憎水剂；
(6)固化：将步骤(5)中的岩棉体送入固化炉中进行固化成型，固化时，先将温度升至85℃，保温3h，然后升温至260℃固化5h；
(7)修整、包装，得到所述的具有三维结构的定向岩棉板。
本实施例中修整后的岩棉板尺寸为长度1200mm，宽度600mm，厚度50mm，岩棉板在其厚度方向上的密度成梯度变化，一侧密度大，一侧密度小。对该岩棉板的性能进行测试，纤维的直径分布在3.2～4.2μm之间，渣球含量(粒径大于0.25mm)为3.2％，憎水率为99.9％，抗拉强度14.8Kpa；压缩强度86.8Kpa(10％变形)。对其进行不燃烧性能试验，结果为A级，炉内平均温升5℃，试样平均燃烧时间0s，试样平均质量损失率3.8％。本发明中的三维定向岩棉板的抗剥离强度和10％压缩量的压缩强度都得到大大地增强，且吸水性较之亦有所大幅度减小，吸水率极低，短期吸水量低至0.1kg/m3(10mm，24h)。
Claims (10)
1.一种三维结构的定向岩棉板，其特征在于：由下列重量份的原料制成：铁矿石40-50份、天然磁黄铁矿10-20份、焦炭10-20份、矿渣10-15份、憎水剂5-8份、尿素4-6份和酚醛树脂8-10份。
2.根据权利要求1所述的一种三维结构的定向岩棉板，其特征在于：还包括乙烯基三过氧化叔丁基硅烷3-5份。
3.根据权利要求2所述的一种三维结构的定向岩棉板，其特征在于：由下列重量份的原料制成：铁矿石50份、天然磁黄铁矿15份、焦炭15份、矿渣10份、憎水剂6份、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷4份、尿素6份和酚醛树脂10份。
4.根据权利要求1或2所述的一种三维结构的定向岩棉板，其特征在于：所述的铁矿石中铁的含量大于60％。
5.根据权利要求4或所述的一种三维结构的定向岩棉板，其特征在于：所述的矿渣为酸性矿渣。
6.权利要求1中所述的一种三维结构的定向岩棉板的制造方法，其步骤为：
(1)配料：将原料按照铁矿石40-50份、天然磁黄铁矿10-20份、焦炭10-20份、矿渣10-15份进行混合，混合后粉碎；
(2)熔融：将步骤(1)中的粉碎料在炉中熔成岩浆；
(3)纤维化：将岩浆甩成纤维状，在甩成纤维的过程中喷洒尿素和酚醛树脂；
(4)集棉：将甩出的纤维收集，利用摆锤机将纤维成S型叠加形成多层疏松岩棉层；
(5)压棉：将所述的多层疏松岩棉层经过三维压棉机压制，然后喷洒憎水剂；
(6)固化：将步骤(5)中的岩棉体送入固化炉中进行固化成型；
(7)修整、包装，得到所述的具有三维结构的定向岩棉板。
7.根据权利要求6或所述的一种三维结构的定向岩棉板的制造方法，其特征在于：步骤(5)中喷洒憎水剂之前喷洒乙烯基三过氧化叔丁基硅烷。
8.根据权利要求6或7或所述的一种三维结构的定向岩棉板的制造方法，其特征在于：步骤(3)中利用离心机将岩浆甩成纤维状，离心机的速度为V＝6000～10000转/h，离心机的速度在范围内成阶梯性增加。
9.根据权利要求6或所述的一种三维结构的定向岩棉板的制造方法，其特征在于：步骤(2)中熔融时添加液氧，液氧的添加量为10～20m3。
10.根据权利要求6或9或所述的一种三维结构的定向岩棉板的制造方法，其特征在于：步骤(2)的熔融温度为980～1150℃。
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