CN111559883A - 一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，属于保温材料及其制备工艺的技术领域。包括以下步骤：1）、制备岩棉纤维；2）、制备岩棉薄毡；3）、制备岩棉气凝胶复合体；4）、制备二氧化硅气凝胶改性岩棉板。本发明制备出的气凝胶改性岩棉板的保温能力相比普通岩棉板显著降增强，在保持防火A级的能力下，导热系数减小，疏水能力增强，从而能降低岩棉板的使用厚度，使施工便捷并将低综合成本。

Description

一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，属于保温材料及其制备方法的技术领域。

背景技术

随着我国对建筑防火和节能标准的要求越来越高，目前较为常用的外墙保温材料逐渐由岩棉等A级保温材料占据，A级保温材防火性能好，且不具毒性，但是其保温效果相对较差，越来越难以满足节能标准的要求。

岩棉具有保温隔热、吸音降噪、阻燃防火等功能，可广泛应用于建筑外墙和屋顶的保温，但是其导热系数相对较高和吸水率相对较大，越来越难满足建筑节能的发展要求。二氧化硅气凝胶是一种纳米多孔的新型保温材料，是迄今为止导热系数最低的固体材料，导热系数为0.013w/（m·k），具有优良的保温隔热性能，并且它的主要成分为二氧化硅，因此具有优良的不燃阻燃性能，但是由于其力学性能低、脆性大，因而难以单独使用。

岩棉具有优良的物理和尺寸稳定性，其与二氧化硅气凝胶相结合，不仅可以保持岩棉板A级不燃的特点，还可以降提高岩棉的导保温隔热性能，也因此使岩棉具有更加广泛的市场应用前景。

CN206360127U公开了一种复合岩棉板气凝胶保温板，该技术采用岩棉板+二氧化硅气凝胶板+岩棉板三层叠加的方法制备得到了复合岩棉板气凝胶保温板。但是整体大块的二氧化硅气凝胶非常难以制备，而且成本高昂，而由于二氧化硅气凝胶的易脆性，复合板在受到外部压力时难以保持完整。

CN108863294A公开了一种新型复合岩棉气凝胶保温板，该技术是将二氧化硅气凝胶均匀的喷洒于蓬松的岩棉丝之间，然后将含有二氧化硅气凝胶的蓬松岩棉丝压紧收缩形成岩棉带，最后将多根岩棉带平铺压紧形成新型复合岩棉气凝胶保温板。但是二氧化硅气凝胶质量轻、密度低，非常容易飘浮，岩浆在甩丝形成岩棉纤维时，有高速鼓风机在运转降温，因此气凝胶粉末会被风机吹散，难以吸附在岩棉纤维表面。

上述方法制备的二氧化硅气凝胶岩棉板，因其技术上的缺陷导致二氧化硅气凝胶和岩棉板不能充分结合从而导致不能充分发挥其性能，因此二氧化硅气凝胶和岩棉板充分结合发挥其保温隔热性能成为本领域急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术存在的不足之处，本发明提出一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，制备出的气凝胶改性岩棉板的保温能力相比普通岩棉板显著降增强，导热系数减小，疏水能力增强，并保持防火A级的能力，因而能降低岩棉板的使用厚度，使施工便捷并将低综合成本。

本发明的一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，其特殊之处在于包括以下步骤：

1）、制备岩棉纤维

将矿石粉碎加入冲天炉，温度设为1450℃～1650℃，高温熔化后采用四轴离心机高速离心形成岩棉纤维，与此同时喷入质量分数为1-8wt%的树脂粘合剂；

2）、制备岩棉薄毡

岩棉纤维在负压风的作用下吸附在网状履带表面形成1-30mm厚的岩棉薄毡，完成集棉过程；

3）、制备岩棉气凝胶复合体

岩棉薄毡在履带的输送下送到摆锤式布面机进行摆动布棉，岩棉薄毡在水平运动的履带上S形累加，并且随着履带的运动岩棉薄毡不断横向叠加增厚，此过程中向岩棉薄毡表面均匀喷洒质量分数1~20wt%的气凝胶粉体，则随着S型叠加的进行气凝胶粉体被不断的岩棉薄毡包覆，由此即制成岩棉气凝胶复合体；

4）、制备二氧化硅气凝胶改性岩棉板

岩棉气凝胶复合体在履带输送下，先经过压制形成10~200mm厚的气凝胶改性岩棉毡，然后在履带的输送下进入高温固化阶段，具体是在135~235℃的高温固化炉中固化5~120min，最后随着履带的输送进行修边、切割，制成二氧化硅气凝胶改性岩棉板。

进一步的，所述矿石是玄武岩、白云石、石灰石、辉绿石、矿渣、焦炭中的任意一种或多种混合物。

进一步的，所述气凝胶粉体是中凝科技AG-D系列气凝胶粉体；

进一步的，所述树脂粘合剂是河北博盛提供的岩棉专用的热固性酚醛树脂、憎水剂、防尘剂、防霉剂等多种溶剂混合形成的粘合剂。

进一步所述的气凝胶粉体是直径为15~2000μm的气凝胶微小颗粒，气凝胶粉体的导热系数是0.018w/(m·k)，憎水率是99%。

进一步的，采用本发明的方法制备出来的复合岩棉气凝胶岩棉板的导热系数为0.028-0.036w/(m·k)，燃烧性能为A级，厚度为30～150mm可调。

本发明的一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，通过物理掺杂法在岩棉板生产线上直接掺加二氧化硅气凝胶，在充分利用二氧化硅气凝胶的情况下使两者充分结合最终一体化成板，同时在生产时还可以调控二氧化硅气凝胶的用量，因此生产过程简单快捷。具体有益效果分析如下：

1、本发明所制备的二氧化硅气凝胶改性岩棉板的导热系数为0.028-0.036w/(m·k)，与现有岩棉板的导热系数为0.04w/(m·k)相比显著降低。这是因为气凝胶改性岩棉板是在岩棉薄毡布棉的过程加入气凝胶粉体形成的复合改性板，因为气凝胶的导热系数极低，因此两者复合成的板导热系数相比普通岩棉板会显著降低。

2、本发明所制备的二氧化硅气凝胶改性岩棉板的防水性能变好，憎水率可达99%以上，提高了岩棉板的耐久性。这是因为气凝胶改性岩棉板加入的气凝胶粉体疏水能力极强，因此两者复合后形成的改性板的疏水性能变好，从而提高了岩棉板的耐久性。

3、本发明所制备的二氧化硅气凝胶改性岩棉板不但可以保持A级不燃，而且还能降低岩棉板的使用厚度，降低施工的综合成本和难度。这是因为气凝胶的成分为二氧化硅，其不仅是A 极不燃，而且由于其特殊的纳米网络结构具有极低的导热系数，从而能降低复合改性板的导热系数，因而可以使用更薄的气凝胶改性岩棉板满足更高的节能要求。

4、本发明所制备的二氧化硅气凝胶改性岩棉板，岩棉薄毡在摆锤式布棉的过程气凝胶粉体均匀喷洒在表面，在树脂粘结剂的作用下紧贴着岩棉纤维表面和纤维交叉形成的孔隙中，此时周周无风机运转，因此气凝胶粉体不会漂浮渗漏，而且随着岩棉薄毡的包覆会形成岩棉气凝胶相对均匀的复合体，并且此过程的气凝胶粉体的添量可以调控，生产工艺简单快捷、生产周期短，可在生产线直接一体化成板。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例的一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，包括以下步骤：

制备岩棉纤维：将矿石粉碎加入冲天炉，温度设为1450℃～1650℃，高温熔化后采用四轴离心机高速离心形成岩棉纤维，同时喷入质量分数2wt%的树脂粘合剂。

制备岩棉薄毡：岩棉纤维在负压风的作用下吸附在网状履带表面形成3mm厚的岩棉薄毡，完成集棉过程。

制备岩棉气凝胶复合体：岩棉薄毡在履带的输送下送到摆锤式布面机进行摆动布棉，岩棉薄毡在水平运动的履带上S形叠加，并且随着履带的运动岩棉薄毡不断横向叠加横向增厚，此过程中向岩棉薄毡表面均匀喷洒质量分数2wt%的直径为中凝科技AG-D的15μm气凝胶粉体，则随着S型叠加的进行气凝胶粉体被不断的岩棉薄毡包覆，由此即制成岩棉气凝胶复合体；

制备二氧化硅气凝胶改性岩棉板：岩棉气凝胶复合体在履带输送下，先经过压制形成150mm厚的气凝胶改性岩棉毡，然后在履带的输送下进入高温固化阶段，此时气凝胶改性岩棉毡在210℃的高温固化炉中固化25min，最后随着履带的输送进行修边、切割，即制成二氧化硅气凝胶改性岩棉板。

进一步的，所述矿石是玄武岩、白云石、石灰石、辉绿石、矿渣、焦炭中的任意一种或多种混合物。

进一步的，所述树脂粘合剂是热固性酚醛树脂、憎水剂、防尘剂、防霉剂等多种溶剂混合形成的粘合剂。

进一步的，采用本发明的方法制备出来的复合岩棉气凝胶岩棉板的导热系数为0.032w/(m·k)，燃烧性能为A级，厚度为150mm。

实施例2

本实施例的一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，包括以下步骤：

制备岩棉纤维：将矿石粉碎加入冲天炉，温度设为1450℃～1650℃，高温熔化后采用四轴离心机高速离心形成岩棉纤维，同时喷入质量分数5wt%的树脂粘合剂。

制备岩棉薄毡：岩棉纤维在负压风的作用下吸附在网状履带表面形成3mm厚的岩棉薄毡，完成集棉过程。

制备岩棉气凝胶复合体：岩棉薄毡在履带的输送下送到摆锤式布面机进行摆动布棉，岩棉薄毡在水平运动的履带上呈S形叠加，并且随着履带的运动岩棉薄毡不断横向叠加增厚，此过程中向岩棉薄毡表面均匀喷洒质量分数5wt%的直径为中凝科技AG-D的50μm气凝胶粉体，则随着S型叠加的进行气凝胶粉体被不断的岩棉薄毡包覆，由此即制成岩棉气凝胶复合体；

制备二氧化硅气凝胶改性岩棉板：气岩棉气凝胶复合体在履带输送下，先经过压制形成150mm厚的气凝胶改性岩棉毡，然后在履带的输送下进入高温固化阶段，此时气凝胶改性岩棉毡在200℃的高温固化炉中固化30min，最后随着履带的输送进行修边、切割，即制成二氧化硅气凝胶改性岩棉板。

进一步的，所述矿石是玄武岩、白云石、石灰石、辉绿石、矿渣、焦炭中的任意一种或多种混合物。

进一步的，所述树脂粘合剂是热固性酚醛树脂、憎水剂、防尘剂、防霉剂等多种溶剂混合形成的粘合剂。

进一步的，采用本发明的方法制备出来的复合岩棉气凝胶岩棉板的导热系数为0.031w/(m·k)，燃烧性能为A级，厚度150mm。

实施例3

本实施例的一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，包括以下步骤：

制备岩棉纤维：将矿石粉碎加入冲天炉，温度设为1450℃～1650℃，高温熔化后采用四轴离心机高速离心形成岩棉纤维，同时喷入质量分数7wt%的树脂粘合剂。

制备岩棉薄毡：岩棉纤维在负压风的作用下吸附在网状履带表面形成1mm厚的岩棉薄毡，完成集棉过程。

制备岩棉气凝胶复合体：岩棉薄毡在履带的输送下送到摆锤式布面机进行摆动布棉，岩棉薄毡在水平的履带上S形叠加，并且随着履带的运动岩棉薄毡不断叠加横向增厚，此过程中向岩棉薄毡表面均匀喷洒质量分数8wt%的直径为中凝科技AG-D的30μm气凝胶粉体，则随着S型叠加的进行气凝胶粉体被不断的岩棉薄毡包覆，由此即制成岩棉气凝胶复合体；

制备二氧化硅气凝胶改性岩棉板：气岩棉气凝胶复合体在履带输送下，先经过压制形成150mm厚的气凝胶改性岩棉毡，然后在履带的输送下进入高温固化阶段，此时气凝胶改性岩棉毡在225℃的高温固化炉中固化15min，最后随着履带的输送进行修边、切割，即制成二氧化硅气凝胶改性岩棉板。

进一步的，所述矿石是玄武岩、白云石、石灰石、辉绿石、矿渣、焦炭中的任意一种或多种混合物。

进一步的，所述树脂粘合剂是热固性酚醛树脂、憎水剂、防尘剂、防霉剂等多种溶剂混合形成的粘合剂。

进一步的，采用本发明的方法制备出来的复合岩棉气凝胶岩棉板的导热系数为0.029/(m·k)，燃烧性能为A级，厚度为150mm。

实施例1-3与现有的普通岩棉板性能参数对照，如表1所示。

表1：实施例1-3与现有的普通岩棉板性能参数对照表

本发明的二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，制备出的气凝胶改性岩棉板的保温能力相比普通岩棉板显著降增强，导热系数减小，疏水能力增强，并保持防火A级的能力，因而能降低岩棉板的使用厚度，使施工便捷并将低综合成本。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）、制备岩棉纤维

将矿石粉碎加入冲天炉，温度设为1450℃～1650℃，高温熔化后采用四轴离心机高速离心形成岩棉纤维，与此同时喷入质量分数为1-8wt%的树脂粘合剂；

2）、制备岩棉薄毡

岩棉纤维在负压风的作用下吸附在网状履带表面形成1-30mm厚的岩棉薄毡，完成集棉过程；

3）、制备岩棉气凝胶复合体

岩棉薄毡在履带的输送下送到摆锤式布面机进行摆动布棉，岩棉薄毡在水平运动的履带上S形累加，并且随着履带的运动岩棉薄毡不断横向叠加增厚，此过程中向岩棉薄毡表面均匀喷洒质量分数1~20wt%的气凝胶粉体，则随着S型叠加的进行气凝胶粉体被不断的岩棉薄毡包覆，由此即制成岩棉气凝胶复合体；

4）、制备二氧化硅气凝胶改性岩棉板

岩棉气凝胶复合体在履带输送下，先经过压制形成10~200mm厚的气凝胶改性岩棉毡，然后在履带的输送下进入高温固化阶段，具体是在135~235℃的高温固化炉中固化5~120min，最后随着履带的输送进行修边、切割，制成二氧化硅气凝胶改性岩棉板。

2.按照权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，其特征在于所述矿石是玄武岩、白云石、石灰石、辉绿石、矿渣、焦炭中的任意一种或多种混合物。

3.按照权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，其特征在于所述树脂粘合剂是热固性酚醛树脂、憎水剂、防尘剂、防霉剂等多种溶剂混合形成的粘合剂。

4.按照权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，其特征在于所述的气凝胶粉体是直径为15~2000μm的气凝胶微小颗粒，气凝胶粉体的导热系数是0.021w/(m·k)，憎水率是99%。

5.按照权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶改性岩棉板的制备方法，其特征在于所述二氧化硅气凝胶改性岩棉板的导热系数为0.028-0.036w/(m·k)，燃烧性能为A级，厚度为30～150mm可调。