CN106555445A - 一种具有密度梯度的保温岩棉板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有密度梯度的保温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50‑60份、珍珠岩10‑15份、矿渣12‑16份、石灰石10‑15份、憎水剂4‑6份、尿素5‑6份、酚醛树脂8‑10份和3‑氨丙基三乙氧基硅烷1‑2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，采用差速离心法制备纤维丝，采用花式辊的差速压缩方式对岩棉进行压制，最后得到具有密度梯度的保温岩棉板，将面层的岩棉强度提高，有效的提升了岩棉材料的综合机械强度。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，更具体地说，涉及一种具有密度梯度的保温岩棉板及其制造方法。
背景技术
岩棉板自20世纪90年代末引入国内，经过10多年的迅猛发展，已经得到广泛认可，成为众多工程项目的首选方案。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，密度的提高势必对造价、施工以及荷载等产生负面影响，甚至会造成导热系数的增加。
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201410769754.3，申请公布日为2015年4月22号的申请文件公开了一种三维结构岩棉的生产方法，包括熔浆、成纤、铺棉、压棉、固化、修整等步骤，其中在压棉步骤中，采用的压棉机是三维岩棉压棉机，以将输送岩棉层压制成在岩棉层之间具有相互搭接结构从而形成三维整体结构的岩棉产品。但是该专利中公开的岩棉板结构为了提高机械强度，也只能从提升岩棉板的密度来着手，专利中没有披露出其他可行的方法。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。
上述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。关于定向岩棉板的研究在我国报道的不多，设计定向岩棉板合理的密度梯度具有重要意义。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有的岩棉板存在密度高、施工荷载大、机械强度不够等问题，本发明的目的之一是提供一种具有密度梯度的保温岩棉板，由铁矿石、珍珠岩、矿渣和石灰石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，使得岩棉板具有合理的密度梯度，保证具有更低的导热系数。
本发明的另一目的是提供一种具有密度梯度的保温岩棉板的制造方法，在本发明特定原料配比的基础上，采用差速离心的方法将岩浆甩成纤维状，离心速度的差异使得纤维的直径和方向排列独具一格，随着离心速度的不断增大，纤维的直径具有逐渐减小的趋势，排列方向更加均匀分布，最后压制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：
一种具有密度梯度的保温岩棉板，由下列重量份的原料制成：铁矿石50-60份、珍珠岩10-15份、矿渣12-16份、石灰石10-15份、憎水剂4-6份、尿素5-6份和酚醛树脂8-10份。
更进一步地，还包括3-氨丙基三乙氧基硅烷1-2份。
更进一步地，由下列重量份的原料制成：铁矿石60份、珍珠岩12份、矿渣15份、石灰石10份、憎水剂5份、3-氨丙基三乙氧基硅烷1份、尿素5份和酚醛树脂9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。
上述的一种具有密度梯度的保温岩棉板的制造方法，其步骤为：
(1)配料：将原料按照铁矿石50-60份、珍珠岩10-15份、矿渣12-16份、石灰石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：采用差速离心法将岩浆甩成纤维状，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，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；
(7)修整、包装，得到所述的具有密度梯度的保温岩棉板。
更进一步地，步骤(3)中将3-氨丙基三乙氧基硅烷加入到尿素和酚醛树脂中一起喷洒。
更进一步地，步骤(3)中离心机的速度在7000～12000转/h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12～18m3。
更进一步地，步骤(2)的熔融温度为1480～1550℃。
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、珍珠岩、矿渣和石灰石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，采用差速离心法制备纤维丝，采用花式辊的差速压缩方式对岩棉进行压制，最后得到具有密度梯度的保温岩棉板，将面层的岩棉强度提高，有效的提升了岩棉材料的综合机械强度，能抵抗80～110Kpa的风压；
(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、酚醛树脂和3-氨丙基三乙氧基硅烷，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，3-氨丙基三乙氧基硅烷能显著促进酚醛树脂的粘结作用，使得纤维丝的粘结性能提高了30％左右；
(4)本发明中的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，不仅能够承受长期的均布荷载，还能够将点荷载转移成均布荷载，提高整个岩棉板在屋面系统中的抗压强度；
(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，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，同时增强了岩棉的抗拉强度。
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
一种具有密度梯度的保温岩棉板，由下列重量份的原料制成：铁矿石60份、珍珠岩12份、矿渣15份、石灰石10份、憎水剂5份、3-氨丙基三乙氧基硅烷1份、尿素5份和酚醛树脂9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。
上述的一种具有密度梯度的保温岩棉板的制造方法，其步骤为：
(1)配料：将原料按照铁矿石60份、珍珠岩12份、矿渣15份、石灰石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1480℃左右，熔融时添加液氧，液氧的添加量为14m3；
(3)纤维化：采用差速离心法将岩浆甩成纤维状，离心机的速度在7000～12000转/h范围内成阶梯性增加，即在离心的过程中，离心机的速度逐步提高，7000转/h离心0.5h后提高至8000转/h离心0.5h，10000转/h离心0.6h，12000转/h离心至结束，在甩成纤维的过程中喷洒尿素、酚醛树脂和3-氨丙基三乙氧基硅烷；
(4)集棉：将甩出的纤维收集，利用摆锤机将不同离心速度得到的纤维依次成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；三维压棉机包括三组上下压辊，压棉机入口处的一组压辊称为第一组压辊，与其相邻的下一组压辊称为第二组压辊，以此类推，第一组压辊的下压辊组水平分布，而上压辊组有张开角度，形成张开的入口，第一组压辊的上下压辊之间具有速度差v1，第二组压辊的上下压辊之间具有速度差v2，而最后一组压辊的上下压辊之间没有速度差，若速度差v1为正，则速度差v2为负，反之亦然，并且速度差v1与速度差v2之间满足|v1|≥1.3|v2|，在三组压辊中，采用的是花式压辊，花式压辊具有突出的压辊片和分布于压辊片之间的压辊槽；
(6)固化：将步骤(5)中的岩棉体送入固化炉中进行固化成型，在固化时，先将温度升至90℃，保温3h，然后升温至260℃固化7h，固化之前喷洒憎水剂，提高纤维丝的憎水性，同时增强了岩棉的抗拉强度；
(7)修整、包装，得到所述的具有密度梯度的保温岩棉板。
本实施例中修整后的岩棉板尺寸为长度900mm，宽度500mm，厚度50mm，岩棉板在其厚度方向上的密度成梯度变化，在厚度方向上纤维丝的平均直径梯度变化。对该岩棉板的性能进行测试，纤维的直径分布在3.5～4.6μm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16.9Kpa；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)。
本实施例中珍珠岩和石灰石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3-氨丙基三乙氧基硅烷、尿素和酚醛树脂对纤维丝的作用。
实施例2
一种具有密度梯度的保温岩棉板，由下列重量份的原料制成：铁矿石55份、珍珠岩15份、矿渣16份、石灰石15份、憎水剂6份、3-氨丙基三乙氧基硅烷2份、尿素5份和酚醛树脂10份；铁矿石中铁的含量为73％左右；矿渣为酸性矿渣。
上述的一种具有密度梯度的保温岩棉板的制造方法，其步骤为：
(1)配料：将原料按照铁矿石55份、珍珠岩15份、矿渣16份、石灰石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1550℃左右，熔融时添加液氧，液氧的添加量为18m3；
(3)纤维化：采用差速离心法将岩浆甩成纤维状，离心机的速度在7000～12000转/h范围内成阶梯性增加，即在离心的过程中，离心机的速度逐步提高，7000转/h离心0.5h后提高至8000转/h离心0.5h，10000转/h离心0.6h，12000转/h离心至结束，在甩成纤维的过程中喷洒尿素、酚醛树脂和3-氨丙基三乙氧基硅烷；
(4)集棉：将甩出的纤维收集，利用摆锤机将不同离心速度得到的纤维依次成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；三维压棉机包括三组上下压辊，压棉机入口处的一组压辊称为第一组压辊，与其相邻的下一组压辊称为第二组压辊，以此类推，第一组压辊的下压辊组水平分布，而上压辊组有张开角度，形成张开的入口，第一组压辊的上下压辊之间具有速度差v1，第二组压辊的上下压辊之间具有速度差v2，而最后一组压辊的上下压辊之间没有速度差，若速度差v1为正，则速度差v2为负，反之亦然，并且速度差v1与速度差v2之间满足|v1|≥1.4|v2|，在三组压辊中，采用的是花式压辊，花式压辊具有突出的压辊片和分布于压辊片之间的压辊槽；
(6)固化：将步骤(5)中的岩棉体送入固化炉中进行固化成型，在固化时，先将温度升至90℃，保温3.5h，然后升温至250℃固化8h，固化之前喷洒憎水剂，提高纤维丝的憎水性，同时增强了岩棉的抗拉强度；
(7)修整、包装，得到所述的具有密度梯度的保温岩棉板。
本实施例中修整后的岩棉板尺寸为长度900mm，宽度500mm，厚度50mm，岩棉板在其厚度方向上的密度成梯度变化，在厚度方向上纤维丝的平均直径梯度变化。对该岩棉板的性能进行测试，基本同实施例1。
本实施例中珍珠岩和石灰石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3-氨丙基三乙氧基硅烷、尿素和酚醛树脂对纤维丝的作用。
实施例3
一种具有密度梯度的保温岩棉板，由下列重量份的原料制成：铁矿石50份、珍珠岩10份、矿渣12份、石灰石13份、憎水剂4份、3-氨丙基三乙氧基硅烷1份、尿素6份和酚醛树脂8份；铁矿石中铁的含量为71％左右；矿渣为酸性矿渣。
上述的一种具有密度梯度的保温岩棉板的制造方法，其步骤为：
(1)配料：将原料按照铁矿石50份、珍珠岩10份、矿渣12份、石灰石13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1520℃左右，熔融时添加液氧，液氧的添加量为12m3；
(3)纤维化：采用差速离心法将岩浆甩成纤维状，离心机的速度在7000～12000转/h范围内成阶梯性增加，即在离心的过程中，离心机的速度逐步提高，7000转/h离心0.5h后提高至8000转/h离心0.5h，10000转/h离心0.6h，12000转/h离心至结束，在甩成纤维的过程中喷洒尿素、酚醛树脂和3-氨丙基三乙氧基硅烷；
(4)集棉：将甩出的纤维收集，利用摆锤机将不同离心速度得到的纤维依次成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；三维压棉机包括三组上下压辊，压棉机入口处的一组压辊称为第一组压辊，与其相邻的下一组压辊称为第二组压辊，以此类推，第一组压辊的下压辊组水平分布，而上压辊组有张开角度，形成张开的入口，第一组压辊的上下压辊之间具有速度差v1，第二组压辊的上下压辊之间具有速度差v2，而最后一组压辊的上下压辊之间没有速度差，若速度差v1为正，则速度差v2为负，反之亦然，并且速度差v1与速度差v2之间满足|v1|≥1.3|v2|，在三组压辊中，采用的是花式压辊，花式压辊具有突出的压辊片和分布于压辊片之间的压辊槽；
(6)固化：将步骤(5)中的岩棉体送入固化炉中进行固化成型，在固化时，先将温度升至90℃，保温4h，然后升温至280℃固化5h，固化之前喷洒憎水剂，提高纤维丝的憎水性，同时增强了岩棉的抗拉强度；
(7)修整、包装，得到所述的具有密度梯度的保温岩棉板。
本实施例中修整后的岩棉板尺寸为长度900mm，宽度500mm，厚度50mm，岩棉板在其厚度方向上的密度成梯度变化，在厚度方向上纤维丝的平均直径梯度变化。对该岩棉板的性能进行测试，基本同实施例1。
本实施例中珍珠岩和石灰石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12％，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3-氨丙基三乙氧基硅烷、尿素和酚醛树脂对纤维丝的作用。
Claims (10)
1.一种具有密度梯度的保温岩棉板，其特征在于：由下列重量份的原料制成：铁矿石50-60份、珍珠岩10-15份、矿渣12-16份、石灰石10-15份、憎水剂4-6份、尿素5-6份和酚醛树脂8-10份。
2.根据权利要求1所述的一种具有密度梯度的保温岩棉板，其特征在于：还包括3-氨丙基三乙氧基硅烷1-2份。
3.根据权利要求2所述的一种具有密度梯度的保温岩棉板，其特征在于：由下列重量份的原料制成：铁矿石60份、珍珠岩12份、矿渣15份、石灰石10份、憎水剂5份、3-氨丙基三乙氧基硅烷1份、尿素5份和酚醛树脂9份。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有密度梯度的保温岩棉板，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或所述的一种具有密度梯度的保温岩棉板，其特征在于：所述的矿渣为酸性矿渣。
6.权利要求1中所述的一种具有密度梯度的保温岩棉板的制造方法，其步骤为：
(1)配料：将原料按照铁矿石50-60份、珍珠岩10-15份、矿渣12-16份、石灰石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：采用差速离心法将岩浆甩成纤维状，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，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；
(7)修整、包装，得到所述的具有密度梯度的保温岩棉板。
7.根据权利要求6或所述的一种具有密度梯度的保温岩棉板的制造方法，其特征在于：步骤(3)中将3-氨丙基三乙氧基硅烷加入到尿素和酚醛树脂中一起喷洒。
8.根据权利要求6或7或所述的一种具有密度梯度的保温岩棉板的制造方法，其特征在于：步骤(3)中离心机的速度在7000～12000转/h范围内成阶梯性增加。
9.根据权利要求6或所述的一种具有密度梯度的保温岩棉板的制造方法，其特征在于：步骤(2)中熔融时添加液氧，液氧的添加量为12～18m3。
10.根据权利要求8或所述的一种具有密度梯度的保温岩棉板的制造方法，其特征在于：步骤(2)的熔融温度为1480～1550℃。
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