CN110204210A - 玻璃棉保温材料、制备工艺及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供玻璃棉保温材料、制备工艺及应用，包括以下质量份原料：废玻璃渣100份；白云石30‑50份；膨胀黑曜岩20‑30份；钾长石16‑24份；硼砂10‑15份；发泡组合物15‑20份；粘结剂25‑35份；所述发泡组合物由以下质量比组分组成：碱式碳酸镁50‑65％、碳酸氢钙25‑30％、二氧化锰2‑4％、偶氮二甲酰胺4‑8％、对甲苯磺酰肼4‑8％；其制备工艺包括以下步骤：S1：配料；S2：熔制；S3：喷吹拉丝；S4：施胶定型；玻璃棉保温材料在保温节能、吸音隔音建筑材料中的应用。本发明首次在离心喷吹过程进行发泡处理，实现玻璃液发泡和拉丝的同步进行，明显减少了气泡破碎数量，提高产品孔隙率，且在发泡过程中，不释放任何有毒有害气体。

Description

玻璃棉保温材料、制备工艺及应用
技术领域
本发明属于保温材料技术领域，具体涉及玻璃棉保温材料、制备工艺及应用。
背景技术
离心玻璃棉是通过离心喷吹法工艺将处于熔融状态的玻璃进行纤维化，并喷涂热固性树脂制成的丝状材料，其内部纤维蓬松交错，具有的大量微小的空气孔隙，是典型的多孔性吸声材料，具有良好的吸声特性，同时，还具有阻燃、导热系数低、耐腐蚀、化学稳定性强、吸湿率低、轻质等特点，在建筑、化工、电子、电力、冶金、能源、交通等领域被广泛应用。
现有离心玻璃棉主要以硅酸钠或碳化硅作为发泡剂，硅酸钠又名水玻璃，加热至850℃左右时，与玻璃体系中氧化硅反应并释放大量气体，并同时降低析晶，加强材料抗压和抗拉强度，碳化硅在880℃烧结时，发生氧化还原反应，释放二氧化碳和一氧化碳，由于硅酸钠与碳化硅的反应温度较高，需要与玻璃粉料混合加热，在玻璃熔融过程中，进行发泡处理(离心喷吹温度一般为750-950℃，且玻璃液在离心盘停留时间很短，若在离心喷吹过程进行发泡处理，则无法使硅酸钠与碳化硅反应完全)，在离心喷吹过程的强烈离心力作用下，玻璃液中气泡被大量破坏，严重降低成型玻璃棉的孔隙率，进而影响离心玻璃棉的吸声和保温隔热性能。
因此，提供一种在离心喷吹过程进行发泡处理的玻璃棉保温材料制备工艺可明显提高玻璃棉的孔隙率，对于提高离心玻璃棉的吸声隔音、保温隔热性能具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的之一在于提供导热系数低、平均吸声系数高、孔隙率高的玻璃棉保温材料，本发明的另一目的在于提供一种在离心喷吹过程进行发泡处理的玻璃棉保温材料制备工艺，并进一步提供该玻璃棉保温材料的应用。
本发明的技术方案概述如下：
玻璃棉保温材料，包括以下质量份原料：
所述发泡组合物由以下质量比组分组成：碱式碳酸镁50-65％、碳酸氢钙25-30％、二氧化锰2-4％、偶氮二甲酰胺4-8％、对甲苯磺酰肼4-8％。
优选的是，所述粘结剂由以下质量比组分组成：二氧化硅溶胶25-40％、水性氟碳树脂22-25％、羟甲基纤维素18-20％、有机硅改性环氧酚醛树脂17-25％、单烷氧基钛酸酯偶联剂3-5％。
优选的是，所述玻璃棉保温材料的密度≤19.6kg/m3,孔隙率≥98.5％，平均纤维直径为6-7μm，导热系数≤0.026W/(m·K)，平均吸声系数≥0.61，压缩回弹率≥97.3％，抗压强度≥35KPa。
玻璃棉保温材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1：配料：混合废玻璃渣、膨胀黑曜岩、白云石、钾长石、硼砂，用振动球磨机研磨3-5h，得混合粉料，再80℃干燥0.5-1h，备用；
S2：熔制：将干燥后混合粉料在300-400℃预热2-3h，再以5-10℃/mi n的速率升温至900-1050℃，保温软化至完全熔融，得玻璃熔体；
S3：喷吹拉丝：向玻璃熔体中加入发泡组合物，迅速搅拌均匀，并进行离心喷吹，离心盘的转速为3200-3600rad/mi n，温度为780-820℃，玻璃熔体在离心力作用下，穿过离心盘侧壁孔道，被拉伸成玻璃棉纤维丝；
S4：施胶定型：利用空气喷涂技术将粘结剂均匀喷涂到玻璃棉纤维丝表面，进行施胶定型，集棉后，于180-200℃干燥固化，包装入库，完成玻璃棉保温材料的制备过程。
玻璃棉保温材料在保温节能建筑材料中的应用。
玻璃棉保温材料在吸音隔音建筑材料中的应用。
附图说明
图1为本发明玻璃棉保温材料的制备工艺流程图。
本发明的有益效果：
(1)本发明以废玻璃渣作为原料制备玻璃棉，原料易得，成本低廉，变废为宝，实现废物的资源化利用。
(2)本发明制备的玻璃棉保温材料内部蓬松多孔，具有质轻、阻燃、隔热、保温、隔音、抗腐蚀、防水、机械强度高等性能，可作为优良的建筑材料，其密度≤19.6kg/m3,孔隙率≥98.5％，平均纤维直径为6-7μm，导热系数≤0.026W/(m·K)，平均吸声系数≥0.61，压缩回弹率≥97.3％，抗压强度≥35KPa。
(3)本发明玻璃棉保温材料制备工艺和现有技术相比，其进步是显著的，本发明首次在离心喷吹过程进行发泡处理，实现玻璃液发泡和拉丝的同步进行，明显减少了气泡破碎数量，提高产品孔隙率，且在发泡过程中，不释放任何有毒有害气体。本发明发泡组合物发泡原理：Mg(CO3)4·Mg(OH)2·5H2O→5MgO+4CO2↑+6H2O↑ (a)；Ca(HCO3)2→CaCO3+H2O↑+CO2↑,CaCO3+SiO2→CaSiO3+CO2，CaCO3→CaO+CO2↑(b)；4MnO2→2Mn2O3+O2↑(c)；偶氮二甲酰胺受热释放65％N2、32％CO(CO又被MnO2释放的O2氧化成CO2)、3％CO2；对甲苯磺酰肼受热分解为N2；本发明发泡组合物在90℃即发生热分解，在650℃可完全分解，因此，在玻璃体系熔融后加入发泡组合物，在离心喷吹过程进行发泡，即可使组合物完全分解，在玻璃棉内部形成大量微形开孔和球形闭孔。
(4)本发明粘结剂是无机胶凝材料与有机胶凝材料复合的粘结剂，相比于传统粘结剂，粘结强度更高，热稳定更高，仅需较短的固化时间就能使玻璃棉获得较高强度，使玻璃棉保温材料具备良好的机械性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
玻璃棉保温材料，包括以下质量份原料：
所述发泡组合物由以下质量比组分组成：碱式碳酸镁65％、碳酸氢钙25％、二氧化锰2％、偶氮二甲酰胺4％、对甲苯磺酰肼4％；
所述粘结剂由以下质量比组分组成：二氧化硅溶胶40％、水性氟碳树脂22％、羟甲基纤维素18％、有机硅改性环氧酚醛树脂17％、单烷氧基钛酸酯偶联剂3％。
玻璃棉保温材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1：配料：混合废玻璃渣、膨胀黑曜岩、白云石、钾长石、硼砂，用振动球磨机研磨3h，得混合粉料，再80℃干燥0.5h，备用；
S2：熔制：将干燥后混合粉料在300℃预热2h，再以5℃/mi n的速率升温至900℃，保温软化至完全熔融，得玻璃熔体；
S3：喷吹拉丝：向玻璃熔体中加入发泡组合物，迅速搅拌均匀，并进行离心喷吹，离心盘的转速为3200rad/mi n，温度为780℃，玻璃熔体在离心力作用下，穿过离心盘侧壁孔道，被拉伸成玻璃棉纤维丝；
S4：施胶定型：利用空气喷涂技术将粘结剂均匀喷涂到玻璃棉纤维丝表面，进行施胶定型，集棉后，于180℃干燥固化，包装入库，完成玻璃棉保温材料的制备过程。
实施例2
玻璃棉保温材料，包括以下质量份原料：
所述发泡组合物由以下质量比组分组成：碱式碳酸镁57.5％、碳酸氢钙27.5％、二氧化锰3％、偶氮二甲酰胺6％、对甲苯磺酰肼6％；
所述粘结剂由以下质量比组分组成：二氧化硅溶胶32.5％、水性氟碳树脂23.5％、羟甲基纤维素19％、有机硅改性环氧酚醛树脂21％、单烷氧基钛酸酯偶联剂4％。
玻璃棉保温材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1：配料：混合废玻璃渣、膨胀黑曜岩、白云石、钾长石、硼砂，用振动球磨机研磨4h，得混合粉料，再80℃干燥1h，备用；
S2：熔制：将干燥后混合粉料在350℃预热2.5h，再以7.5℃/mi n的速率升温至1000℃，保温软化至完全熔融，得玻璃熔体；
S3：喷吹拉丝：向玻璃熔体中加入发泡组合物，迅速搅拌均匀，并进行离心喷吹，离心盘的转速为3400rad/mi n，温度为800℃，玻璃熔体在离心力作用下，穿过离心盘侧壁孔道，被拉伸成玻璃棉纤维丝；
S4：施胶定型：利用空气喷涂技术将粘结剂均匀喷涂到玻璃棉纤维丝表面，进行施胶定型，集棉后，于190℃干燥固化，包装入库，完成玻璃棉保温材料的制备过程。
实施例3
玻璃棉保温材料，包括以下质量份原料：
所述发泡组合物由以下质量比组分组成：碱式碳酸镁50％、碳酸氢钙30％、二氧化锰4％、偶氮二甲酰胺8％、对甲苯磺酰肼8％；
所述粘结剂由以下质量比组分组成：二氧化硅溶胶25％、水性氟碳树脂25％、羟甲基纤维素20％、有机硅改性环氧酚醛树脂25％、单烷氧基钛酸酯偶联剂5％。
玻璃棉保温材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1：配料：混合废玻璃渣、膨胀黑曜岩、白云石、钾长石、硼砂，用振动球磨机研磨5h，得混合粉料，再80℃干燥1h，备用；
S2：熔制：将干燥后混合粉料在400℃预热3h，再以10℃/mi n的速率升温至1050℃，保温软化至完全熔融，得玻璃熔体；
S3：喷吹拉丝：向玻璃熔体中加入发泡组合物，迅速搅拌均匀，并进行离心喷吹，离心盘的转速为3600rad/mi n，温度为820℃，玻璃熔体在离心力作用下，穿过离心盘侧壁孔道，被拉伸成玻璃棉纤维丝；
S4：施胶定型：利用空气喷涂技术将粘结剂均匀喷涂到玻璃棉纤维丝表面，进行施胶定型，集棉后，于200℃干燥固化，包装入库，完成玻璃棉保温材料的制备过程。
对实施例1-3制出的玻璃棉进行性能测试，试验结果如表1所示：
表1：
实施例1 实施例2 实施例3
密度/kg/m<sup>3</sup> 19.6 19.1 18.5
孔隙率/％ 98.5 98.9 99.4
平均纤维直径/μm 7 6.8 6
导热系数/W/(m·K) 0.026W 0.025 0.023
平均吸声系数 0.61 0.64 0.66
压缩回弹率/％ 97.3 98.1 98.6
抗压强度/KPa 35 40 43
由上表可知，本发明制备的玻璃棉保温材料内部蓬松多孔，具有质轻、隔热、保温、隔音、防水、机械强度高等性能，可应用于保温节能建筑材料和吸音隔音建筑材料。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (6)

1.一种玻璃棉保温材料，其特征在于，包括以下质量份原料：
所述发泡组合物由以下质量比组分组成：碱式碳酸镁50-65％、碳酸氢钙25-30％、二氧化锰2-4％、偶氮二甲酰胺4-8％、对甲苯磺酰肼4-8％。
2.根据权利要求1所述玻璃棉保温材料，其特征在于，所述粘结剂由以下质量比组分组成：二氧化硅溶胶25-40％、水性氟碳树脂22-25％、羟甲基纤维素18-20％、有机硅改性环氧酚醛树脂17-25％、单烷氧基钛酸酯偶联剂3-5％。
3.根据权利要求1所述玻璃棉保温材料，其特征在于，所述玻璃棉保温材料的密度≤19.6kg/m3,孔隙率≥98.5％，平均纤维直径为6-7μm，导热系数≤0.026W/(m·K)，平均吸声系数≥0.61，压缩回弹率≥97.3％，抗压强度≥35KPa。
4.一种玻璃棉保温材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：配料：混合废玻璃渣、膨胀黑曜岩、白云石、钾长石、硼砂，用振动球磨机研磨3-5h，得混合粉料，再80℃干燥0.5-1h，备用；
S2：熔制：将干燥后混合粉料在300-400℃预热2-3h，再以5-10℃/min的速率升温至900-1050℃，保温软化至完全熔融，得玻璃熔体；
S3：喷吹拉丝：向玻璃熔体中加入发泡组合物，迅速搅拌均匀，并进行离心喷吹，离心盘的转速为3200-3600rad/min，温度为780-820℃，玻璃熔体在离心力作用下，穿过离心盘侧壁孔道，被拉伸成玻璃棉纤维丝；
S4：施胶定型：利用空气喷涂技术将粘结剂均匀喷涂到玻璃棉纤维丝表面，进行施胶定型，集棉后，于180-200℃干燥固化，包装入库，完成玻璃棉保温材料的制备过程。
5.一种玻璃棉保温材料在保温节能建筑材料中的应用。
6.一种玻璃棉保温材料在吸音隔音建筑材料中的应用。
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