CN109267432A - 一种玄武岩纤维湿法毡及其加工方法 - Google Patents

一种玄武岩纤维湿法毡及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维湿法毡，包括玄武岩纤维和粘合剂，其中，玄武岩纤维与占质量分数90％～97％，粘合剂占质量分数3％～10％，以上各组分含量的质量百分数之和为100％。其加工方法为，首先，对玄武岩纤维进行表面进行改性处理，剪切，之后制备短切玄武岩纤维悬浮液，输送到非织造湿法设备的成型网帘上，依次经沉积、滤水、抽真空处理，最后对其喷洒粘合剂溶液，置于烘箱中进行干燥，自然冷却至室温，得到玄武岩纤维湿法毡。该方法降低了玄武岩纤维纺织加工难度，提高生产效率，有利于玄武岩纤维的开发利用。同时，该方法制备工艺简单，操作方便，生产成本低廉，适合大规模生产。

Description

一种玄武岩纤维湿法毡及其加工方法
技术领域
本发明属于湿法非织造布技术领域，具体涉及一种玄武岩纤维湿法毡，还涉及其加工方法。
背景技术
随着资源节约、环境友好型社会的发展，绿色可循环的材料已成为应用领域日益增长的必然需求。玄武岩纤维是以天然的火山岩为原料，在高温(1450～1500℃)条件下熔融拉丝制成，其主要成份为二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙等，可在自然条件下分解，且在玄武岩纤维的生产过程中无有害物质排出，因此被称为21世纪的新型环保绿色材料。但玄武岩纤维与传统的有机纤维相比，具有脆性大、易损伤；纤维表面光滑、纤维间抱合力较差等不足，将其用于纺织加工难度较大，因此限制了玄武岩纤维的应用。
湿法非织造成网技术是指将分散、打浆过的纤维经过沉积、滤水等工艺制成纤维网，经烘干等一系列生产工艺，加工而成的一种纸状非织造布。简单而言，湿法非织造成网技术是指将水、纤维或可能添加的其他化学助剂在成型设备中，经过脱水、烘燥而制成纤维网状物，再经物理或化学处理，而获得的具有种特殊性能的非织造布，其具有纤维原料种类适应性强，工艺流程短、生产效率高等特点。
采用湿法非织造成网技术，进行玄武岩纤维湿法毡的研制，可以降低玄武岩纤维纺织加工难度，提高生产效率，有利于玄武岩纤维的开发利用。且火山岩矿石资源丰富，价格低廉，有利于降低以其为原料的玄武岩纤维的生产成本，因此玄武岩纤维湿法毡在很大程度上代替碳纤维、芳纶纤维等价格昂贵的纤维制品在某些领域的应用，也可以替代玻璃纤维制品，如防水卷材、印刷电路板基材等的应用。其次，玄武岩纤维是环保型纤维，玄武岩纤维制品的开发符合国家绿色环保的政策，对这个资源不断匮乏的社会，有着重要意义和价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玄武岩纤维湿法毡，解决了现有玄武岩纤维纺织加工难度大的问题。
本发明的另一目的在于提供上述玄武岩纤维湿法毡的加工方法。
本发明所采用的技术方案是，一种玄武岩纤维湿法毡，包括玄武岩纤维和粘合剂，其中，玄武岩纤维占质量分数90％～97％，粘合剂占质量分数3％～10％，以上各组分含量的质量百分数之和为100％；粘合剂为酚醛树脂、水溶性酚醛树脂、环氧树脂中的任意一种。
本发明所采用的另一技术方案是，一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对玄武岩纤维进行开松，之后对开松后的玄武岩纤维进行表面改性处理，得到预处理后的玄武岩纤维；
步骤2、将预处理后的玄武岩纤维进行剪切，得到短切玄武岩纤维；
步骤3、制备玄武岩纤维悬浮液，具体为：
将分散剂、增稠剂与水混合均匀，加入短切玄武岩纤维，得到混合液，再将混合液用稀盐酸调至pH＝3～6，得到玄武岩纤维悬浮液；
步骤4、将步骤3制备的短切玄武岩纤维悬浮液输送到非织造湿法设备的成型网帘上，依次经沉积、滤水、抽真空处理，得到玄武岩纤维湿法网；
步骤5、向经步骤4后得到的玄武岩纤维湿法网上喷洒粘合剂溶液，之后置于烘箱中进行干燥，自然冷却至室温，得到玄武岩纤维湿法毡。
本发明的特点还在于，
步骤1中，表面改性处理具体过程为：将开松后的玄武岩纤维浸泡在浓度为2mol/L～8mol/L的盐酸中进行改性处理，改性时间为4h～11h，改性温度为30℃～65℃，之后采用去离子水将玄武岩纤维洗涤至中性，得到预处理后的玄武岩纤维。
步骤2中，短切玄武岩纤维的长度为1mm～10mm。
步骤3中，玄武岩纤维悬浮液中，分散剂的质量分数为0.0006％～0.025％，增稠剂的质量分数为0.0001％～0.003％，短切玄武岩纤维的质量分数为0.1％～3％；所述分散剂为阳离子型分散剂、阴离子型分散剂或者高分子型分散剂；所述阳离子型分散剂为聚丙烯酰胺；所述阴离子型分散剂为聚丙烯酰胺或者十二烷基硫酸钠；所述高分子型分散剂羧甲基纤维素；所述增稠剂为羟乙基纤维素或者羧甲基纤维素钠。
步骤4中，沉积时间为40s～170s，滤水时间为1s～30s，抽真空时间为6s～10s，抽真空时的真空度为41kPa。
步骤5中，干燥温度为150℃～190℃，干燥时间为1.5h～4h；所述粘合剂溶液的质量百分比浓度为1％～25％；所述粘合剂为酚醛树脂、水溶性酚醛树脂、环氧树脂中的任意一种。
步骤5中，玄武岩纤维湿法毡中，玄武岩纤维占质量分数90％～97％，粘合剂占质量分数3％～10％，其质量百分数之和为100％。
本发明的有益效果在于：
利用湿法非织造技术进行玄武岩纤维湿法毡的制备，降低了玄武岩纤维纺织加工难度，提高生产效率，有利于玄武岩纤维的开发利用。同时，该方法制备工艺简单，操作方便，生产成本低廉，适合大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种玄武岩纤维湿法毡，包括玄武岩纤维和粘合剂，其中，玄武岩纤维占质量分数90％～97％，粘合剂占质量分数3％～10％，以上各组分含量的质量百分数之和为100％；
粘合剂为酚醛树脂、水溶性酚醛树脂、环氧树脂中的任意一种。
一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对玄武岩纤维进行开松，之后对开松后的玄武岩纤维进行表面改性处理，得到预处理后的玄武岩纤维；
表面改性处理具体过程为：将开松后的玄武岩纤维浸泡在浓度为2mol/L～8mol/L的盐酸中进行改性处理，之后采用去离子水将玄武岩纤维洗涤至中性，得到预处理后的玄武岩纤维；
改性时间为4h～11h，改性温度为30℃～65℃；
步骤2、将预处理后的玄武岩纤维进行剪切，得到短切玄武岩纤维；
短切玄武岩纤维的长度为1mm～10mm；
步骤3、制备玄武岩纤维悬浮液，具体为：
将分散剂、增稠剂与水混合均匀，加入短切玄武岩纤维，得到混合液，再将混合液用稀盐酸调至pH＝3～6，得到玄武岩纤维悬浮液；
玄武岩纤维悬浮液中，分散剂的质量分数为0.0006％～0.025％，增稠剂的质量分数为0.0001％～0.003％，短切玄武岩纤维的质量分数为0.1～3％；
分散剂为阳离子型分散剂、阴离子型分散剂或者高分子型分散剂；
阳离子型分散剂为聚丙烯酰胺；
阴离子型分散剂为聚丙烯酰胺或者十二烷基硫酸钠；
高分子型分散剂为羧甲基纤维素；
增稠剂为羟乙基纤维素或者羧甲基纤维素钠；
步骤4、将步骤3制备的玄武岩纤维悬浮液输送到非织造湿法设备的成型网帘上，依次经沉积、滤水、抽真空处理，得到玄武岩纤维湿法网；
其中，沉积时间为40s～170s，滤水时间为1s～30s，抽真空时间为6s～10s，抽真空时的真空度为41kPa；
非织造湿法设备是德国HG公司生产的902201湿法设备；
步骤5、向经步骤4后得到的玄武岩纤维湿法网上喷洒粘合剂溶液，之后置于烘箱中进行干燥，自然冷却至室温，得到玄武岩纤维湿法毡；
干燥温度为150℃～190℃，干燥时间为1.5h～4h；
粘合剂溶液的质量百分比浓度为1％～25％；
粘合剂为酚醛树脂、水溶性酚醛树脂、环氧树脂中的任意一种；
玄武岩纤维湿法毡中，玄武岩纤维占质量分数90％～97％，粘合剂占质量分数3％～10％，其质量百分数之和为100％。
采用本发明方法制备的玄武岩纤维湿法毡，其克重为30～150g/m2，厚度为0.5mm～2.5mm，拉伸断裂强力为70～240N，伸长率为8％～75％。
本方法中，通过对玄武岩纤维进行表面改性处理，减少了玄武岩纤维表面的静电，从而提高其分散性能；这是因为玄武岩纤维是无机纤维，亲水性差，表面存在大量的SiO-、AlO-基团，使得纤维表面带有大量不稳定的负电荷，容易产生静电使得纤维之间相互纠缠，絮聚成束，增加了玄武岩纤维在水中的分散难度。
本发明中，采用高于室温的改性温度有利于缩短玄武岩纤维改性的时间，提高企业生产效率，从而节约了时间成本。同时能够加剧改性溶液中分子、离子的运动速度，使得反应进行的更加彻底，有利于节约原料成本。
本发明中采用盐酸进行改性，主要目的在于改变玄武岩纤维表面电荷及电位状态，从而提高玄武岩纤维在悬浮液中的分散性能。同时，对玄武岩纤维进行短切，主要是因为较短的纤维长度可以降低悬浮液中玄武岩纤维之间相互缠结的机会，易于纤维的分散。
另外，悬浮液中的分散剂可以是离子型分散剂(如阳离子聚丙烯酰胺)，也可以是高分子型分散剂(如聚氧化乙烯)；分散剂的分散机理可归为3个方面：1)加入与纤维表面电荷相同的离子型表面活性剂，可赋予纤维表面电荷，使纤维上的电荷增加，从而增大纤维间的斥力，防止纤维絮凝和聚结；2)在介质中加入与纤维表面带相反电荷的离子，相反电荷离子吸附于纤维表面，使纤维表面电性反转，利用电荷排斥现象增加纤维之间相互排斥的能力；3)加入高分子型分散剂，提高纤维悬浮液的黏度，在纤维与白水系统充分混合后，纤维表面会附着一层薄薄的润滑层，使纤维在互相碰撞时相互滑过而不纠缠。
本发明采用环氧树脂、酚醛树脂作为制备玄武岩纤维湿法毡的粘合剂，可以使制备的玄武岩纤维湿法毡具有较好的力学性能和耐高温性能。
实施例1
一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对玄武岩纤维进行开松，之后对开松后的玄武岩纤维进行表面改性处理，得到预处理后的玄武岩纤维；
表面改性处理具体过程为：将开松后的玄武岩纤维浸泡在浓度为2mol/L的盐酸中，之后采用去离子水将玄武岩纤维洗涤至中性，得到预处理后的玄武岩纤维；
改性时间为4h，改性温度为30℃；
步骤2、将预处理后的玄武岩纤维进行剪切，得到短切玄武岩纤维；
短切玄武岩纤维的长度为1mm；
步骤3、制备玄武岩纤维悬浮液，具体为：
将分散剂、增稠剂与水混合均匀，加入短切玄武岩纤维，得到混合液，再将混合液用稀盐酸调至pH＝3，得到玄武岩纤维悬浮液；
玄武岩纤维悬浮液中，分散剂的质量分数为0.0006％，增稠剂的质量分数为0.0001％，短切玄武岩纤维的质量分数为0.1％；分散剂为为聚丙烯酰胺；
增稠剂为羟乙基纤维素；
步骤4、将步骤3制备的玄武岩纤维悬浮液输送到非织造湿法设备的成型网帘上，依次经沉积、滤水、抽真空处理，得到玄武岩纤维湿法网；
其中，沉积时间为40s，滤水时间为1s，抽真空时间为6s，抽真空时的真空度为41kPa；
步骤5、向经步骤4后得到的玄武岩纤维湿法网上喷洒粘合剂溶液，之后置于烘箱中进行干燥，自然冷却至室温，得到玄武岩纤维湿法毡；
干燥温度为150℃，干燥时间为1.5h；
粘合剂溶液的质量百分比浓度为1％；
粘合剂为酚醛树脂；
玄武岩纤维湿法毡中，玄武岩纤维占质量分数90％，粘合剂占质量分数10％，其质量百分数之和为100％。
实施例2
一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对玄武岩纤维进行开松，之后对开松后的玄武岩纤维进行表面改性处理，得到预处理后的玄武岩纤维；
表面改性处理具体过程为：将开松后的玄武岩纤维浸泡在浓度为3mol/L的盐酸中，之后采用去离子水将玄武岩纤维洗涤至中性，得到预处理后的玄武岩纤维；
改性时间为5h，改性温度为35℃；
步骤2、将预处理后的玄武岩纤维进行剪切，得到短切玄武岩纤维；
短切玄武岩纤维的长度为3mm；
步骤3、制备玄武岩纤维悬浮液，具体为：
将分散剂、增稠剂与水混合均匀，加入短切玄武岩纤维，得到混合液，再将混合液用稀盐酸调至pH＝4，得到玄武岩纤维悬浮液；
玄武岩纤维悬浮液中，分散剂的质量分数为0.0008％，增稠剂的质量分数为0.0004％，短切玄武岩纤维的质量分数为1％；
分散剂为聚丙烯酰胺；
增稠剂为羧甲基纤维素钠；
步骤4、将步骤3制备的玄武岩纤维悬浮液输送到非织造湿法设备的成型网帘上，依次经沉积、滤水、抽真空处理，得到玄武岩纤维湿法网；
其中，沉积时间为50s，滤水时间为25s，抽真空时间为8s，抽真空时的真空度为41kPa；
步骤5、向经步骤4后得到的玄武岩纤维湿法网上喷洒粘合剂溶液，之后置于烘箱中进行干燥，自然冷却至室温，得到玄武岩纤维湿法毡；
干燥温度为160℃，干燥时间为2h；
粘合剂溶液的质量百分比浓度为5％；
粘合剂为酚醛树脂；
玄武岩纤维湿法毡中，玄武岩纤维占质量分数95％，粘合剂占质量分数5％，其质量百分数之和为100％。
实施例3
一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对玄武岩纤维进行开松，之后对开松后的玄武岩纤维进行表面改性处理，得到预处理后的玄武岩纤维；
表面改性处理具体过程为：将开松后的玄武岩纤维浸泡在浓度为5mol/L的盐酸中，之后采用去离子水将玄武岩纤维洗涤至中性，得到预处理后的玄武岩纤维；
改性时间为8h，改性温度为40℃；
步骤2、将预处理后的玄武岩纤维进行剪切，得到短切玄武岩纤维；
短切玄武岩纤维的长度为5mm；
步骤3、制备玄武岩纤维悬浮液，具体为：
将分散剂、增稠剂与水混合均匀，加入短切玄武岩纤维，得到混合液，再将混合液用稀盐酸调至pH＝6，得到玄武岩纤维悬浮液；
玄武岩纤维悬浮液中，分散剂的质量分数为0.005％，增稠剂的质量分数为0.002％，短切玄武岩纤维的质量分数为2％；
分散剂为聚氧化乙烯；
增稠剂为羟乙基纤维素；
步骤4、将步骤3制备的玄武岩纤维悬浮液输送到非织造湿法设备的成型网帘上，依次经沉积、滤水、抽真空处理，得到玄武岩纤维湿法网；
其中，沉积时间为100s，滤水时间为20s，抽真空时间为10s，抽真空时的真空度为41kPa；
步骤5、向经步骤4后得到的玄武岩纤维湿法网上喷洒粘合剂溶液，之后置于烘箱中进行干燥，自然冷却至室温，得到玄武岩纤维湿法毡；
干燥温度为180℃，干燥时间为3.5h；
粘合剂溶液的质量百分比浓度为15％；
粘合剂为水溶性酚醛树脂；
玄武岩纤维湿法毡中，玄武岩纤维占质量分数98％，粘合剂占质量分数2％，其质量百分数之和为100％。
实施例4
一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对玄武岩纤维进行开松，之后对开松后的玄武岩纤维进行表面改性处理，得到预处理后的玄武岩纤维；
表面改性处理具体过程为：将开松后的玄武岩纤维浸泡在浓度为6mol/L的盐酸中，之后采用去离子水将玄武岩纤维洗涤至中性，得到预处理后的玄武岩纤维；
改性时间为10h，改性温度为55℃；
步骤2、将预处理后的玄武岩纤维进行剪切，得到短切玄武岩纤维；
短切玄武岩纤维的长度为8mm；
步骤3、制备玄武岩纤维悬浮液，具体为：
将分散剂、增稠剂与水混合均匀，加入短切玄武岩纤维，得到混合液，再将混合液用稀盐酸调至pH＝4，得到玄武岩纤维悬浮液；
玄武岩纤维悬浮液中，分散剂的质量分数为0.006％，增稠剂的质量分数为0.0015％，短切玄武岩纤维的质量分数为2.5％；
分散剂为羧甲基纤维素；
增稠剂为羧甲基纤维素钠；
步骤4、将步骤3制备的玄武岩纤维悬浮液输送到非织造湿法设备的成型网帘上，依次经沉积、滤水、抽真空处理，得到玄武岩纤维湿法网；
其中，沉积时间为150s，滤水时间为10s，抽真空时间为7s，抽真空时的真空度为41kPa；
步骤5、向经步骤4后得到的玄武岩纤维湿法网上喷洒粘合剂溶液，之后置于烘箱中进行干燥，自然冷却至室温，得到玄武岩纤维湿法毡；
干燥温度为155℃，干燥时间为2h；
粘合剂溶液的质量百分比浓度为10％；
粘合剂为环氧树脂；
玄武岩纤维湿法毡中，玄武岩纤维占质量分数95％，粘合剂占质量分数5％，其质量百分数之和为100％。
实施例5
一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对玄武岩纤维进行开松，之后对开松后的玄武岩纤维进行表面改性处理，得到预处理后的玄武岩纤维；
表面改性处理具体过程为：将开松后的玄武岩纤维浸泡在浓度为8mol/L的盐酸中，之后采用去离子水将玄武岩纤维洗涤至中性，得到预处理后的玄武岩纤维；
改性时间为15h，改性温度为65℃；
步骤2、将预处理后的玄武岩纤维进行剪切，得到短切玄武岩纤维；
短切玄武岩纤维的长度为10mm；
步骤3、制备玄武岩纤维悬浮液，具体为：
将分散剂、增稠剂与水混合均匀，加入短切玄武岩纤维，得到混合液，再将混合液用稀盐酸调至pH＝6，得到玄武岩纤维悬浮液；
玄武岩纤维悬浮液中，分散剂的质量分数为0.025％，增稠剂的质量分数为0.003％，短切玄武岩纤维的质量分数为3％；
分散剂为十二烷基硫酸钠；
增稠剂为羟乙基纤维素或；
步骤4、将步骤3制备的玄武岩纤维悬浮液输送到非织造湿法设备的成型网帘上，依次经沉积、滤水、抽真空处理，得到玄武岩纤维湿法网；
其中，沉积时间为170s，滤水时间为30s，抽真空时间为10s，抽真空时的真空度为41kPa；
步骤5、向经步骤4后得到的玄武岩纤维湿法网上喷洒粘合剂溶液，之后置于烘箱中进行干燥，自然冷却至室温，得到玄武岩纤维湿法毡；
干燥温度为190℃，干燥时间为4h；
粘合剂溶液的质量百分比浓度为25％；
粘合剂为酚醛树脂；
玄武岩纤维湿法毡中，玄武岩纤维占质量分数97％，粘合剂占质量分数3％，其质量百分数之和为100％。

Claims (9)

1.一种玄武岩纤维湿法毡，其特征在于，包括玄武岩纤维和粘合剂，其中，玄武岩纤维占质量分数90％～97％，粘合剂占质量分数3％～10％，以上各组分含量的质量百分数之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维湿法毡，其特征在于，所述粘合剂为酚醛树脂、水溶性酚醛树脂、环氧树脂中的任意一种。
3.一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对玄武岩纤维进行开松，之后对开松后的玄武岩纤维进行表面改性处理，得到预处理后的玄武岩纤维；
步骤2、将预处理后的玄武岩纤维进行剪切，得到短切玄武岩纤维；
步骤3、制备玄武岩纤维悬浮液，具体为：
将分散剂、增稠剂与水混合均匀，加入短切玄武岩纤维，得到混合液，再将混合液用稀盐酸调至pH＝3～6，得到玄武岩纤维悬浮液；
步骤4、将步骤3制备的玄武岩纤维悬浮液输送到非织造湿法设备的成型网帘上，依次经沉积、滤水、抽真空处理，得到玄武岩纤维湿法网；
步骤5、向经步骤4后得到的玄武岩纤维湿法网上喷洒粘合剂溶液，之后置于烘箱中进行干燥，自然冷却至室温，得到玄武岩纤维湿法毡。
4.根据权利要求3所述的一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，其特征在于，所述步骤1中，表面改性处理具体过程为：将开松后的玄武岩纤维浸泡在浓度为2mol/L～8mol/L的盐酸中进行改性处理，改性时间为4h～11h，改性温度为30℃～65℃，之后采用去离子水将玄武岩纤维洗涤至中性，得到预处理后的玄武岩纤维。
5.根据权利要求3所述的一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，其特征在于，所述步骤2中，短切玄武岩纤维的长度为1mm～10mm。
6.根据权利要求3所述的一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，其特征在于，所述步骤3中，玄武岩纤维悬浮液中，分散剂的质量分数为0.0006％～0.025％，增稠剂的质量分数为0.0001％～0.003％，短切玄武岩纤维的质量分数为0.1～3％；所述分散剂为阳离子型分散剂、阴离子型分散剂或者高分子型分散剂；所述阳离子型分散剂为聚丙烯酰胺；所述阴离子型分散剂为聚丙烯酰胺或者十二烷基硫酸钠；所述高分子型分散剂为羧甲基纤维素；所述增稠剂为羟乙基纤维素或者羧甲基纤维素钠。
7.根据权利要求3所述的一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，其特征在于，所述步骤4中，沉积时间为40s～170s，滤水时间为1s～30s，抽真空时间为6s～10s，抽真空时的真空度为41kPa。
8.根据权利要求3所述的一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，其特征在于，所述步骤5中，干燥温度为150℃～190℃，干燥时间为1.5h～4h；所述粘合剂溶液的质量百分比浓度为1％～25％；所述粘合剂为酚醛树脂、水溶性酚醛树脂、环氧树脂中的任意一种。
9.根据权利要求3所述的一种玄武岩纤维湿法毡的加工方法，其特征在于，所述步骤5中，玄武岩纤维湿法毡中，玄武岩纤维占质量分数90％～97％，粘合剂占质量分数3％～10％，其质量百分数之和为100％。
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