CN107558289A

CN107558289A - 一种高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材及其制备方法

Info

Publication number: CN107558289A
Application number: CN201710853518.3A
Authority: CN
Inventors: 翟福强; 秦大江; 商月红; 张南夷
Original assignee: XUANHAN ZHENGYUAN MICRO GLASS FIBER Co Ltd
Current assignee: XUANHAN ZHENGYUAN MICRO GLASS FIBER Co Ltd
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: CN107558289B

Abstract

本发明涉及一种高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材及其制备方法，属于玻璃纤维技术领域，所述超细玻璃纤维棉干法热压芯材按质量百分比计，由以下组分组成：SiO₂：62.5～65.5wt％，R₂O：8.5～12.5wt％，R为Na或K，B₂O₃：5.5～8.5wt％，CaO：4～7.5wt％，Al₂O₃：2.8～5.2wt％，MgO：1.8～4.2wt％，Fe₂O₃+ZnO+BaO：＜0.38wt％，该芯材具有导热系数低，抗拉和抗弯强度高的优点。其制备方法具体包括成纤、集棉、打卷、铺棉、热压和分切六道工序，在芯材生产过程采用连续式动态热压，具有生产效率高，产量高，生产成本低等优点。

Description

一种高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材及其制备方法

技术领域

本发明属于玻璃纤维技术领域，具体涉及一种高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材及其制备方法。

背景技术

真空绝热板(Vacuum Insulation Panel:VIP)是由芯材、膜材料和干燥吸气辅材三大部分组成的新一代高效绝热保温材料。芯材作为VIP最核心的部件，长期以来都是采用湿法成型制备工艺，包括纤维打浆、上网、脱水和干燥一系列的制备工艺。整个工艺过程复杂，并且产量低，生产成本过高。芯材作为真空绝热板的支撑主体，应具有导热系数低和孔隙率高等特点，而湿法成型制备工艺破坏了纤维结构，势必对真空绝热板VIP板的导热系数有所影响。同时，湿法成型工艺制备出的真空绝热板VIP一般由几层叠加而成，机械强度较低，不便于后续套袋和抽真空工序，造成制备真空绝热板VIP的报废率较高。因此设计和开发高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材已经成为高效绝热保温材料领域当前的研究重点，该芯材可被广泛应用于冰箱、冰柜、冷藏箱、冷库、建筑墙体保温、舰艇、船舶、汽车、电热水器等领域。

公开号为CN106367887A的专利公开了一种高密度干法芯材及其制造方法，该发明所述的干法芯材采用分批次静态热压的成型方法。在生产过程中，每个批次的芯材成型需要保压 15～35min，使得生产效率较低，生产成本过高；

公开号为CN104370450A和CN103542234A的专利公开了一种超层结构超细离心玻璃纤维干法芯材制备方法和一种干法超细玻璃棉真空绝热板芯材及其制备方法，该两发明所述将离心棉生产线直接与热压设备相连，同时采用分批次静态热压的成型方法，在实际生产中存在生产线速度匹配问题，无法实际操作；

上述三个发明专利中，所公开的玻璃纤维棉干法热压芯材均采用分批次静态热压的成型方法，而此方式存在以下两个弊端：(1)热压设备无法直接和离心棉生产线相连，两方生产线存在速度匹配问题；(2)分批次静态热压保压时间长，造成生产效率低，产量低，生产成本高；因此，如何制备出能够连续热压成型的高强度低导热系数干法热压芯材是制备高效VIP 亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于：(1)提供一种高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材；(2)提供一种高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材，按质量百分比计，所述超细玻璃纤维棉干法热压芯材由以下组分组成：SiO₂：62.5～65.5wt％，R₂O：8.5～12.5wt％，R为Na 或K，B₂O₃：5.5～8.5wt％，CaO：4～7.5wt％，Al₂O₃：2.8～5.2wt％，MgO：1.8～4.2wt％， Fe₂O₃+ZnO+BaO：＜0.38wt％。

进一步，所述超细玻璃纤维的直径98％正态分布在2.4～4.5μm，长径比为1000～2500，孔隙率≥85％。

2、所述的一种高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材的制备方法，包括如下步骤：

(1)成纤：根据超细玻璃纤维棉干法热压芯材组成成分选取石英砂、纯碱、钾长石、钠长石、方解石、硼砂、白云石、碳酸钡和氧化锌，均匀混合后熔炼成无杂质透明的玻璃液，所述玻璃液再通过高速旋转的离心盘甩出超细玻璃纤维；

(2)集棉：通过负压引风将步骤(1)中的超细玻璃纤维按照一定的排布平铺在附有塑料薄膜的集棉机网带上，获得玻璃纤维棉；

(3)打卷：通过卷曲器将步骤(2)中玻璃纤维棉收集成干法卷棉；

(4)铺棉：利用自动铺棉机将步骤(3)中的干法卷棉根据所需芯材的密度和厚度进行层叠，并同时去除所述干法卷棉层与层之间的塑料薄膜，获得干法热压原棉；

(5)热压：将步骤(4)中的干法热压原棉匀速连续推入网板式热压炉内进行连续热压成型，获得高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材；

(6)分切：对步骤(5)中制备的高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材根据所需尺寸进行分切。

进一步，步骤(1)中，所述玻璃液的温度为1040±10℃；所述玻璃液进入离心盘时玻璃液流股流量为80～450kg/h；所述离心盘的温度为950±10℃。

进一步，步骤(2)中，所述负压引风的频率为35～50Hz，所述超细玻璃纤维落下速度为 5～50m/s。

进一步，步骤(2)中，所述塑料薄膜为熔点＞150℃，厚度为8～35μm的聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或聚丙烯薄膜中的一种。

进一步，步骤(5)中，所述网板式热压炉依次具有350～550℃、550～680℃和300～680℃三段温度区间，所述网板式热压炉的上下网板之间的距离≥5mm，所述网板式热压炉的上下网板的车速与所述干法热压原棉匀速连续推入的速度相同，均为0.5～10.5m/min。

进一步，步骤(6)中，所述分切采用高压水柱进行，所述高压水柱的压力为30～150MPa。

本发明的有益效果在于：本发明提供一种高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材及其制备方法，将该超细玻璃纤维棉干法热压芯材中SiO₂和R₂O(R为Na或K)的含量分别限定为62.5～65.5wt％和8.5～12.5wt％，有助于形成稳定的晶键和晶角，能够有效提高玻璃液助熔效果，降低玻璃的成纤温度，有助于纤维细化；将Fe₂O₃+ZnO+BaO的含量限定为＜0.38wt％，能够提高超细玻璃纤维棉的物理和化学稳定性，降低玻璃的膨胀系数，从而提高超细玻璃纤维棉的孔隙率，降低其导热系数。该超细玻璃纤维棉干法热压芯材的制备方法包括成纤、集棉、打卷、铺棉、热压和分切，在成纤阶段，通过控制各反应原料的用量及生产工艺条件，最终制备出直径98％正态分布在2.4～4.5μm，长径比为1000～2500，孔隙率≥85％的超细玻璃纤维，可以有效降低制备出真空绝热芯材的导热系数，提高其综合机械强度；在集棉阶段，通过控制负压引风频率及超细玻璃纤维的下落速度，保证制备出的玻璃纤维棉具有优异的均匀性，使得制备出的真空绝热芯材的厚度均匀性提高，在整个平面上的综合性能更加均衡，增加使用寿命；在集棉和热压工序之间增设打卷和铺棉工序，将超细玻璃纤维生产工序与热压工序分开，使两工序可以单独进行，不但解决了现有技术中热压和超细玻璃纤维生产线双方速度匹配问题，还实现了不同性能超细玻璃纤维的生产工序与该热压工序的配合进行，同时，该方法中热压方式为连续动态热压，不需要停留保压时间，实现了连续化生产，有效提高生产效率。进一步，还能根据需求设定用于热压的干法热压原棉的层数及面密度，保证其在热压的表面平整度。经热压后的芯材表面形成玻璃纤维熔融状态的外壳，将有助于该厚度稳定不反弹。该方法在不仅产量高，生产成本低，而且生产过程中不会破坏纤维网状结构，使最终制备出的芯材具有导热系数低，抗拉和抗弯强度高的优点。

具体实施方式

下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

制备高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材

(1)成纤：按质量比称取62份石英砂、9份纯碱、3.5份钾长石、3.5份钠长石、4份方解石、8.5份硼砂、7份白云石、1.5份碳酸钡和1份氧化锌，均匀混合后投入窑炉煅烧，并熔炼成成分均匀、无杂质透明的玻璃液，所得玻璃液的温度为1040℃；所述玻璃液再通过漏板以250kg/h的流量流入高速旋转的温度为950℃的离心盘中甩出超细玻璃纤维，所得超细玻璃纤维按质量百分比计，由以下组分组成：SiO₂：63.5wt％，R₂O：11wt％，R为Na或K， B₂O₃：6.5wt％，CaO：6.5wt％，Al₂O₃：4wt％，MgO：3wt％，Fe₂O₃+ZnO+BaO：＜0.38wt％，其直径98％都正态分布在2.8～3.2μm，纤维长径比为1000～1500，孔隙率为93％；

(2)集棉：通过40Hz负压引风将步骤(1)中的超细玻璃纤维以25m/s的下落速度按照一定的排布平铺在附有熔点为150℃、厚度25μm的聚乙烯薄膜的集棉机网带上，获得玻璃纤维棉；

(4)铺棉：利用自动铺棉机将步骤(3)中的干法卷棉根据所需芯材的密度和厚度进行层叠，并同时去除所述干法卷棉层与层之间的聚乙烯薄膜，获得干法热压原棉；

(5)热压：将步骤(4)中的干法热压原棉按3.5m/min的速度匀速连续推入依次具有380℃、580℃和420℃三段温度区的网板式热压炉内进行连续热压成型，该网板式热压炉的上下网板之间的距离14mm，所述网板式热压炉的上下网板的车速为3.5m/min，获得高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材；

(6)分切：采用压力为120MPa的高压水柱对步骤(5)中制备的高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材根据所需尺寸进行分切。

对上述制备的高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材进行检测，测得该芯材的厚度为15mm，密度为180Kg/m³，导热系数为0.030W/(m·K)，抗拉强度为0.40MPa，抗弯强度为0.22MPa，含水率≤0.1％。

实施例2

制备高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材

(1)成纤：按质量比称取64份石英砂、8份纯碱、2.5份钾长石、4.5份钠长石、3份方解石、9份硼砂、7份白云石、0.5份碳酸钡和1.5份氧化锌，均匀混合后投入窑炉煅烧，并熔炼成成分均匀、无杂质透明的玻璃液，所得玻璃液的温度为1050℃；所述玻璃液再通过漏板以350kg/h的流量流入高速旋转的温度为950℃的离心盘中甩出超细玻璃纤维，所得超细玻璃纤维按质量百分比计，由以下组分组成：SiO₂：65.5wt％，R₂O：8.5wt％，R为Na或K， B₂O₃：8.5wt％，CaO：7.5wt％，Al₂O₃：5wt％，MgO：4wt％，Fe₂O₃+ZnO+BaO：＜0.38wt％，其直径98％都正态分布在2.4～2.8μm，纤维长径比为1000～1500，孔隙率为97％；

(2)集棉：通过50Hz负压引风将步骤(1)中的超细玻璃纤维以40m/s的下落速度按照一定的排布平铺在附有熔点为160℃、厚度10μm的聚丙烯薄膜的集棉机网带上，获得玻璃纤维棉；

(4)铺棉：利用自动铺棉机将步骤(3)中的干法卷棉根据所需芯材的密度和厚度进行层叠，并同时去除所述干法卷棉层与层之间的聚丙烯薄膜，获得干法热压原棉；

(5)热压：将步骤(4)中的干法热压原棉按6.5m/min的速度匀速连续推入依次具有420℃、630℃和450℃三段温度区的网板式热压炉内进行连续热压成型，该网板式热压炉的上下网板之间的距离14mm，所述网板式热压炉的上下网板的车速为6.5m/min，获得高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材；

(6)分切：采用压力为140MPa的高压水柱对步骤(5)中制备的高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材根据所需尺寸进行分切。

对上述制备的高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材进行检测，测得该芯材的厚度为30mm，密度为250Kg/m³，导热系数为0.028W/(m·K)，抗拉强度为0.50MPa，抗弯强度为0.28MPa，含水率≤0.1％。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材，其特征在于，按质量百分比计，所述超细玻璃纤维棉干法热压芯材由以下组分组成：SiO₂：62.5～65.5wt％，R₂O：8.5～12.5wt％，R为Na或K，B₂O₃：5.5～8.5wt％，CaO：4～7.5wt％，Al₂O₃：2.8～5.2wt％，MgO：1.8～4.2wt％，Fe₂O₃+ZnO+BaO：＜0.38wt％。

2.如权利要求1所述的一种高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材，其特征在于，所述超细玻璃纤维的直径98％正态分布在2.4～4.5μm，长径比为1000～2500，孔隙率≥85％。

3.权利要求1或2所述的一种高强度低导热系数超细玻璃纤维棉干法热压芯材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述玻璃液的温度为1040±10℃；所述玻璃液进入离心盘时玻璃液流股流量为80～450kg/h；所述离心盘的温度为950±10℃。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述负压引风的频率为35～50Hz，所述超细玻璃纤维落下速度为5～50m/s。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述塑料薄膜为熔点＞150℃，厚度为8～35μm的聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或聚丙烯薄膜中的一种。

7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述网板式热压炉依次具有350～550℃、550～680℃和300～680℃三段温度区间，所述网板式热压炉的上下网板之间的距离≥5mm，所述网板式热压炉的上下网板的车速与所述干法热压原棉匀速连续推入的速度相同，均为0.5～10.5m/min。

8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述分切采用高压水柱进行，所述高压水柱的压力为30～150MPa。