CN106517887A - 一种三维结构的高等级防火型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高等级防火型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55‑70份、天然磁黄铁矿10‑20份、珍珠岩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份和乙烯基三过氧化叔丁基硅烷4‑7份，本发明的岩棉板配方能使其中的镁、钙和铁元素的配比达到三角平衡，得到高质量的岩棉纤维，配合憎水剂和粘接剂的使用，最后得到高等级放火性能的岩棉板，防火安全，抗高温收缩能力强，火灾发生时可保持系统结构稳定；纤维无毒性，并且在高温环境下不释放有毒烟气，可安全使用。
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高等级防火型定向岩棉板及其制造方法。
背景技术
公安部下发的《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》，明确表示将民用建筑外保温材料纳入建设工程消防设计审核、消防验收和备案抽查范围。对此，业内有关专家指出，我国的外墙外保温企业应大力加强防火基础研究，加快墙体保温行业技术创新，尽早研发出防火级别更高，且能够形成产业化规模，价格易于市场接受，既节约资源，又可重复利用的低碳类新产品、新技术。
目前关于岩棉材料的研究报道有很多，如，中国专利申请号为201410363433.3，申请公布日为2014年10月8号的申请文件公开了一种岩棉保温材料的制备方法及岩棉，属保温材料制造领域。其步骤为：(1)原料加工；(2)物料纤维化，将步骤(1)中熔化的溶液经过离心成纤，变成纤维状，在离心的过程中喷洒酚醛树脂，树脂的喷洒量为35-55kg/吨纤维；(3)集棉，将步骤(2)中的离心成纤的纤维收集；(4)叠加，将步骤(3)中收集的纤维变为薄板形纤维条；(5)固化，将步骤(4)中叠加后的叠加型纤维条固化；(6)压缩，在固化的同时对叠加型纤维条进行压缩，得到岩棉保温板；(7)切割，包装。又如，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，而且该专利的岩棉板没有考虑到防火的问题。
岩棉板是目前最可能既满足防火要求，又满足节能要求的保温材料，但目前我国应用岩棉于外墙保温系统存在着诸多问题，性能较国外产品有很大差距，主要表现在抗拉强度及吸水率方面，而这两项指标正是限制岩棉板应用于外墙外保温系统很关键的指标。影响这两项指标的原因在于纤维质量、粘结剂的含量与防水助剂，也和生产设备及工艺条件相关。由于岩棉的憎水性，其应用于外墙保温中极易形成空腔、粉化，从而达不到应有的保温效果。基于此情况，为了更好地解决建筑易燃可燃外保温材料的火灾隐患，以及符合公消[2011]65号中对于民用建筑外保温材料的燃烧性能等级必须达到A级的要求，亟待研究并开发出性能可靠稳定及实际使用效果良好的高等级防火岩棉材料。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有的岩棉板存在防火性差、密度高、施工荷载大等问题，本发明的目的之一是提供一种三维结构的高等级防火型定向岩棉板，由铁矿石、天然磁黄铁矿、珍珠岩、矿渣等矿物按照一定的比例制造得到，过程中添加一定量的憎水剂和粘接剂，使得岩棉板具有高等级的防火性能。
本发明的另一目的是提供一种三维结构的高等级防火型定向岩棉板的制造方法，在本发明特定原料配比的基础上，采用花式辊的差速压缩，岩棉不仅在厚度方向形成皱褶，而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，使得岩棉产品在各种维度上的性能都得到增强。
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：
一种三维结构的高等级防火型定向岩棉板，由下列重量份的原料制成：铁矿石55-70份、天然磁黄铁矿10-20份、珍珠岩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4-7份。
更进一步地，由下列重量份的原料制成：铁矿石65份、天然磁黄铁矿15份、珍珠岩15份、矿渣12份、憎水剂8份、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷6份、尿素5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高等级防火型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55-70份、天然磁黄铁矿10-20份、珍珠岩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高等级防火型定向岩棉板。
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15～25m3。
更进一步地，步骤(2)的熔融温度为1280～1450℃。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的岩棉板由铁矿石、天然磁黄铁矿、珍珠岩、矿渣等矿物按照一定的比例制造得到，能使岩棉中的镁、钙和铁元素的配比达到三角平衡，得到高质量的岩棉纤维，配合憎水剂和粘接剂的使用，最后得到高等级放火性能的岩棉板，防火安全，抗高温收缩能力强，火灾发生时可保持系统结构稳定；纤维无毒性，并且在高温环境下不释放有毒烟气，可安全使用；
(2)本发明在特定原料配比的基础上，采用花式辊的差速压缩，岩棉不仅在厚度方向形成皱褶，而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，使得岩棉产品在各种维度上的性能都得到增强，抗剥离性更是得到大大提高；
(3)本发明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33％左右；
(4)本发明中的天然磁黄铁矿配合珍珠岩能显著改善纤维丝的性能，在纤维化过程中控制离心的条件，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；
(5)本发明中在固化时，先将温度升至90℃，保温3～4h，然后升温至250～280℃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，同时增强了岩棉的防火性能。
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
一种三维结构的高等级防火型定向岩棉板，由下列重量份的原料制成：铁矿石65份、天然磁黄铁矿15份、珍珠岩15份、矿渣12份、憎水剂8份、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷6份、尿素5份和酚醛树脂10份；铁矿石中铁的含量为65％左右；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高等级防火型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65份、天然磁黄铁矿15份、珍珠岩15份、矿渣12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，炉中温度控制在1280℃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，初始阶段，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0.6h后提高至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，在离心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32％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90℃，保温3h，然后升温至265℃固化7h；
(7)修整、包装，得到所述的具有三维结构的高等级防火型定向岩棉板。
本实施例中修整后的岩棉板尺寸为长度1000mm，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3.0～3.9μm之间，渣球含量(粒径大于0.25mm)为3.4％，憎水率为99.9％，抗拉强度15.6Kpa；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5℃，试样平均燃烧时间0s，试样平均质量损失率4.3％。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0.08kg/m3(10mm，24h)。
本实施例中天然磁黄铁矿和珍珠岩对岩棉板的性能影响至关重要，适量的珍珠岩不仅能改善岩棉板的防火性能，而且使岩棉板中的纤维丝性能显著提高，能改善纤维丝的韧性，提高岩棉板的抗拉强度。本实施例中的固化温度对岩棉板的性能也有很重要的作用，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13％，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
一种三维结构的高等级防火型定向岩棉板，由下列重量份的原料制成：铁矿石55份、天然磁黄铁矿10份、珍珠岩10份、矿渣10份、憎水剂5份、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷4份、尿素4份和酚醛树脂8份；铁矿石中铁的含量为73％左右；矿渣为酸性矿渣。
上述的一种三维结构的高等级防火型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55份、天然磁黄铁矿10份、珍珠岩10份、矿渣10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，炉中温度控制在1350℃左右，熔融时添加液氧，液氧的添加量为15m3；
(3)纤维化：利用离心机将岩浆甩成纤维状，初始阶段，离心机的速度为6500转/h，在离心的过程中，离心机的速度逐步提高，6500转/h离心0.4h后提高至7000转/h离心0.5h，8000转/h离心0.6h，9000转/h离心0.6h，10000转/h离心至结束，在离心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33％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90℃，保温4h，然后升温至250℃固化8h；
(7)修整、包装，得到所述的具有三维结构的高等级防火型定向岩棉板。
本实施例中修整后的岩棉板尺寸为长度1000mm，宽度500mm，厚度60mm，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3.3～4.0μm之间，渣球含量(粒径大于0.25mm)为3.6％，憎水率为99.9％，抗拉强度14.9Kpa；压缩强度85.8Kpa(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6℃，试样平均燃烧时间0s，试样平均质量损失率3.6％。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0.09kg/m3(10mm，24h)。
本实施例中天然磁黄铁矿和珍珠岩对岩棉板的性能影响至关重要，适量的珍珠岩不仅能改善岩棉板的防火性能，而且使岩棉板中的纤维丝性能显著提高，能改善纤维丝的韧性，提高岩棉板的抗拉强度。本实施例中的固化温度对岩棉板的性能也有很重要的作用，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16％，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3
一种三维结构的高等级防火型定向岩棉板，由下列重量份的原料制成：铁矿石70份、天然磁黄铁矿20份、珍珠岩20份、矿渣15份、憎水剂6份、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷7份、尿素6份和酚醛树脂9份；铁矿石中铁的含量为77％左右；矿渣为酸性矿渣。
上述的一种三维结构的高等级防火型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70份、天然磁黄铁矿20份、珍珠岩20份、矿渣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，炉中温度控制在1450℃左右，熔融时添加液氧，液氧的添加量为25m3；
(3)纤维化：利用离心机将岩浆甩成纤维状，初始阶段，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0.6h后提高至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，在离心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34％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90℃，保温3h，然后升温至280℃固化5h；
(7)修整、包装，得到所述的具有三维结构的高等级防火型定向岩棉板。
本实施例中修整后的岩棉板尺寸为长度1000mm，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3.4～3.8μm之间，渣球含量(粒径大于0.25mm)为3.5％，憎水率为99.9％，抗拉强度15.2Kpa；压缩强度86.6Kpa(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5℃，试样平均燃烧时间0s，试样平均质量损失率4.7％。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0.08kg/m3(10mm，24h)。
本实施例中天然磁黄铁矿和珍珠岩对岩棉板的性能影响至关重要，适量的珍珠岩不仅能改善岩棉板的防火性能，而且使岩棉板中的纤维丝性能显著提高，能改善纤维丝的韧性，提高岩棉板的抗拉强度。本实施例中的固化温度对岩棉板的性能也有很重要的作用，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13％，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。
Claims (10)
1.一种三维结构的高等级防火型定向岩棉板，其特征在于：由下列重量份的原料制成：铁矿石55-70份、天然磁黄铁矿10-20份、珍珠岩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高等级防火型定向岩棉板，其特征在于：还包括乙烯基三过氧化叔丁基硅烷4-7份。
3.根据权利要求2所述的一种三维结构的高等级防火型定向岩棉板，其特征在于：由下列重量份的原料制成：铁矿石65份、天然磁黄铁矿15份、珍珠岩15份、矿渣12份、憎水剂8份、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷6份、尿素5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高等级防火型定向岩棉板，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高等级防火型定向岩棉板，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高等级防火型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55-70份、天然磁黄铁矿10-20份、珍珠岩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高等级防火型定向岩棉板。
7.根据权利要求6或所述的一种三维结构的高等级防火型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高等级防火型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，离心机的速度范围内成阶梯性增加。
9.根据权利要求8或所述的一种三维结构的高等级防火型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15～25m3。
10.根据权利要求6或所述的一种三维结构的高等级防火型定向岩棉板的制造方法，其特征在于：步骤(2)的熔融温度为1280～1450℃。
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