CN113307489A - 介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法 - Google Patents

介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113307489A
CN113307489A CN202110647809.3A CN202110647809A CN113307489A CN 113307489 A CN113307489 A CN 113307489A CN 202110647809 A CN202110647809 A CN 202110647809A CN 113307489 A CN113307489 A CN 113307489A
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass fiber
mesoporous
pore
resin
glass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110647809.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113307489B (zh
Inventor
戚栋明
聂磊
朱晨凯
杨晓明
李家炜
夏厚君
严小飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Fulai New Material Co ltd
Zhejiang University of Technology ZJUT
Original Assignee
Zhejiang Fulai New Material Co ltd
Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Fulai New Material Co ltd, Zhejiang University of Technology ZJUT filed Critical Zhejiang Fulai New Material Co ltd
Priority to CN202110647809.3A priority Critical patent/CN113307489B/zh
Publication of CN113307489A publication Critical patent/CN113307489A/zh
Priority to PCT/CN2021/131464 priority patent/WO2022257359A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113307489B publication Critical patent/CN113307489B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/04—Manufacture of glass fibres or filaments by using centrifugal force, e.g. spinning through radial orifices; Construction of the spinner cups therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/022—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from molten glass in which the resultant product consists of different sorts of glass or is characterised by shape, e.g. hollow fibres, undulated fibres, fibres presenting a rough surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00—Fibre or filament compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/002—Thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/66—Chemical treatment, e.g. leaching, acid or alkali treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/002—Inorganic yarns or filaments
    • D04H3/004—Glass yarns or filaments
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/08—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating
    • D04H3/12—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating with filaments or yarns secured together by chemical or thermo-activatable bonding agents, e.g. adhesives, applied or incorporated in liquid or solid form

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

本发明涉及玻璃纤维领域，具体涉及一种介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法。所述玻璃纤维直径在0.25μm‑5μm，且玻璃纤维具有介孔结构，该玻璃纤维具有良好的隔热、隔音效果；所述分级孔道纤维棉包括树脂粘结剂和所述介孔玻璃纤维，该玻璃纤维棉孔隙率好，含有介孔和微孔分级孔结构，导热系数低，隔音隔热性能优异，该玻璃纤维棉导热系数最低可达0.015W/(m·K)，耐火等级为A1级，且2000Hz声音传输损耗最高可达2.1dB。

Description

介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法
技术领域
本发明涉及玻璃纤维领域，具体涉及一种介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法。
背景技术
超细玻璃纤维棉属于人造无机纤维，以石英砂、石灰石、白云石、纯碱、硼砂等原料熔融形成玻璃液，借助外力吹制成絮状细纤维，并与热固性树脂粘结剂结合而成的制品。其中纤维和纤维之间为立体交叉，互相缠绕形成包含细小孔隙的多孔结构，呈现多孔、体密度小、不燃等特点，因而具备优异的隔热、吸音性能，是航空航天保温隔热、吸声降噪等领域不可或缺的基础材料。玻璃纤维棉多孔结构是整体隔热、吸音功能的关键，孔隙率的提升可显著降低材料的导热系数并延长热传递路径，而孔隙内空气与管壁间的粘滞阻力可使声能转化为热能，提升隔音效果。因此，设计开发高性能隔热隔音超细纤维棉已成为当前航空航天高端领域的研究重点，其研发水平已成为国家玻璃纤维工业发展水平的体现。
CN106966583A公开了一种航空用高强度隔热隔音超细玻璃纤维棉及制备方法，公开一种含碱玻璃纤维棉的配方设计，其制备工艺首先将熔融玻璃液通过漏板形成一次玻璃液细流，再通过高温火焰气流二次熔融牵引形成超细纤维，纤维表面通过粘结剂雾化喷洒后均匀分布在网上并烘干固化，纤维直径95％都正态分布于1～2μm，导热系数为0.025W/(m·K)～0.03W/(m·K)。
CN107558289 B公开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，公开了超细纤维棉结构芯材的整体制备方法，其中熔融玻璃液通过高速旋转离心盘甩出超细玻璃纤维，通过负压引风平铺收集在集棉机网带，纤维落下速度为5～50m/s，纤维直径98％都正态分布于2.4～4.5μm，孔隙率>85％。
CN107012585 B公开了一种超细无碱玻璃纤维棉及其制备方法，玻璃液通过漏板形成一次玻璃流股，在高温、高速的火焰作用下被二次熔融喷吹形成超细玻璃纤维，再通过粘接助剂溶液雾化喷洒混合，在成型网上烘干成型。其中超细玻璃纤维直径95％都正态分布于0.5～2μm。
上述发明专利所公开的玻璃纤维棉均为传统平滑无孔玻璃纤维通过粘接剂交错堆叠，所形成的棉结构随多孔但孔道尺寸较大，单位体积孔道数量与相应的比表面积较小。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的目的之一在于提供一种介孔玻璃纤维，该玻璃纤维具有良好的隔热、隔音效果。
本发明目的之二在于提供一种玻璃纤维棉，该介孔玻璃纤维棉孔隙率好，含有介孔和微孔分级孔结构，纤维强度高，导热系数低，隔音隔热性能优异。
根据本发明第一方面，本发明提供一种介孔玻璃纤维，所述介孔玻璃纤维直径在0.25μm-5μm，且玻璃纤维具有介孔结构。
根据本发明第二方面，本发明提供一种介孔玻璃纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)玻璃纤维原料于1100-1600℃温度下熔融成玻璃液，玻璃液在1000-1300℃下熔融澄清、均化；
(2)玻璃液成股流入离心盘中，离心盘温度为800-1000℃，离心盘以2500-3000rad/min的旋转速度将玻璃液均匀聚集于侧壁，通过侧壁孔隙离心甩出，得到第一玻璃纤维；
(3)第一玻璃纤维经垂直火焰喷吹，二次熔融并牵伸形成第二玻璃纤维；
(4)对第二玻璃纤维进行热处理，使造孔剂结晶，得到第三玻璃纤维；
(5)将第三玻璃纤维置于酸液中，酸解结晶晶相，再洗涤除酸，烘干得到介孔玻璃纤维；
所述玻璃纤维原料包含硅源、硼源、铝源、碱土金属源、碱金属源以及可选地造孔剂；所述造孔剂选自铁源和/或铈源中的至少一种；
优选地，以氧化物的摩尔百分比计，所述玻璃纤维原料包含SiO2:40-55％，B2O3:2.5-15％，Al2O3:1.5-10％，碱土金属氧化物:5-25％，碱金属氧化物:0.5-33％，以及造孔剂：0.01-10％。
根据本发明第三方面，本发明提供一种分级孔道纤维棉，所述分级孔道纤维棉包括树脂粘结剂和前述介孔玻璃纤维。
根据本发明第四方面，本发明提供一种所述的分级孔道纤维棉的制备方法，该方法包括以下步骤：
a、以质量比计，树脂：添加剂：水＝20-30：15-25：25-4，按照比例将树脂、添加剂、水混合得到树脂粘结剂；
b、以质量比计，玻璃纤维：树脂粘结剂：水质量比为1-5：1：5-8，将三种按照比例混合均匀，固化成型后水洗，再经脱水、烘干，制备得到分级孔道玻璃纤维棉。
与现有技术相比，本发明提供的介孔玻璃纤维，纤维直径细小均匀，表面孔隙缝分布均匀，隔热、隔音性能良好。
本发明提供的制备方法，通过将玻璃纤维晶化造孔与限域成型相结合，实现玻璃纤维的原位造孔与纤维均匀细化，有效降低纤维棉的导热系数。
本发明提供的分级孔道纤维棉，玻璃纤维间交错构成的微孔结构与玻璃纤维自身纳米介孔形成纤维棉分级孔道结构，全面提升纤维棉孔道数量、比表面积和总体孔容，有效降低纤维棉的导热系数，进而显著提升玻璃纤维棉的隔热、隔音效果；导热系数最低可达0.015W/(m·K)，耐火等级为A1级，且2000Hz声音传输损耗最高可达2.1dB。
附图说明
图1为实施例1所述介孔玻璃纤维扫描电镜图；
图2为实施例2所述介孔玻璃纤维扫描电镜图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
根据本发明的第一方面，本发明提供一种介孔玻璃纤维，所述介孔玻璃纤维直径在0.25μm-5μm,且介孔玻璃纤维具有上有介孔结构。
根据本发明，所述介孔玻璃纤维直径98％正态分布在0.3μm-3μm。
所述介孔玻璃纤维比表面积为15m2/g-28m2/g，孔隙直径为10nm-100nm，和/或孔容为0.1-0.3cm3/g，使玻璃纤维具有良好的隔热、隔音性能。
根据本发明，以氧化物摩尔百分含量计，所述介孔玻璃纤维包括以下组分SiO2:40-55％，B2O3:2.5-15％，Al2O3:1.5-10％，碱土金属氧化物:5-25％，碱金属氧化物:0.5-33％。
根据本发明，优选地，所述碱土金属氧化物选自CaO和MgO中的一种或两种。
根据本发明，优选地，所述碱金属氧化物选自Na2O和K2O中的一种或两种。
根据本发明，优选地，所述造孔剂选自Fe2O3和CeO2中的一种或两种。
根据本发明，优选地，以氧化物摩尔百分含量计，所述介孔玻璃纤维包括以下组分SiO2:45-55％，B2O3:4-15％，Al2O3:3-10％，CaO:5-15％，MgO:5-10％，Na2O:10-18％，K2O:0.5-15％。
根据本发明第二方面，本发明提供一种所述的介孔玻璃纤维的制备方法，通过将玻璃纤维晶化造孔与限域成型相结合，实现玻璃纤维的原位造孔与纤维均匀细化，有效降低纤维棉的导热系数，该方法包括以下步骤：
(1)玻璃纤维原料于1100-1600℃温度下熔融成玻璃液，玻璃液在1000-1300℃下熔融澄清、均化；
(2)玻璃液成股流入离心盘中，离心盘温度为800-1000℃，离心盘以2500-3000rad/min的速度将玻璃液通过侧壁孔隙离心甩出，形成得到第一玻璃纤维；
(3)第一玻璃纤维经高温高速垂直火焰喷吹形成第二玻璃纤维；
(4)对第二玻璃纤维进行热处理，使Fe2O3和/或CeO2结晶，得到第三玻璃纤维；
(5)将第三玻璃纤维置于酸液中，酸解Fe2O3和/或CeO2，再洗涤除酸，烘干得到介孔玻璃纤维；
所述玻璃纤维原料包含硅源、硼源、铝源、碱土金属、碱金属源以及造孔剂；所述造孔剂选自铁源和/或铈源中的至少一种。
根据本发明，所述硅源的可选范围较宽，优选地，所述硅源选自石英砂、二氧化硅、硅酸钠至少一种。
根据本发明，所述硼源的可选范围较宽，优选地，所述硼源选自硼酸和硼酸钠中的至少一种。
根据本发明，所述铝源的可选范围较宽，优选地，所述铝源选自硝酸铝、磷酸铝和氧化铝中的至少一种。
根据本发明，优选地，所述碱土金属源包括甲醇镁、硝酸镁、硝酸钙、甲醇钙和2-甲氧基乙醇钙中的至少一种。
根据本发明，优选地，所述造孔剂选自硫酸铁、硝酸铁、磷酸铁和硝酸铈中的至少一种。
根据本发明，优选地，以氧化物摩尔百分含量计，所述玻璃纤维原料包含SiO2:40-55％，B2O3:2.5-15％，Al2O3:1.5-10％，碱土金属氧化物:5-25％，碱金属氧化物:0.5-33％，以及造孔剂：0.01-10％。
根据本发明，优选地，所述碱土金属氧化物选自CaO和MgO中的一种或两种。
根据本发明，优选地，所述碱金属氧化物选自Na2O和K2O中的一种或两种。
根据本发明，优选地，所述造孔剂选自Fe2O3和CeO2中的一种或两种。
根据本发明，优选地，所述造孔剂摩尔含量为0.01-5％；更优选所述造孔剂选自Fe2O3和CeO2。
根据本发明，优选地，步骤(1)中，所述玻璃液粘度控制在102pa.s-104pa.s；有利于玻璃纤维均匀细化，提高玻璃纤维力学性能。
根据本发明，优选地，步骤(2)中，所述离心盘直径为50mm-400mm，离心盘侧壁孔径为0.5mm-0.8mm；有利于玻璃纤维均匀细化，提高玻璃纤维力学性能。
根据本发明，离心盘甩出第一玻璃纤维经高温高速垂直气流拉丝，进行二次纤维化；高能量的气流与第一玻璃纤维能量交换后，使第一玻璃纤维软化，由玻璃态转变为高弹态，粘度达到104pa.s-106pa.s之间，再经高速高温垂直气流拉伸，高弹态玻璃纤维再次牵伸实现二次纤维化；优选地，步骤(3)中，垂直火焰顶端气流温度为1000-1500℃，顶端气流速度为160m/s-320m/s；采用前述成型条件，有利于玻璃纤维原位均匀细化，提高玻璃纤维力学性能。
根据本发明，优选地，所述纤维直径为0.3-3微米，有利于玻璃纤维原位均匀细化、提高玻璃纤维力学性能。
根据本发明，热处理促进玻璃纤维棉结构分相结晶，促进造孔剂(Fe2O3和/或CeO2)晶化功能单元结晶，根据温度合理调整热处理时间，优选地，步骤(4)中，所述热处理温度为500-800℃、热处理时间为0.5-2h，采用前述热处理条件，有利于实现第二玻璃纤维结构原位晶化，形成具有均匀分散的晶相结构的第三玻璃纤维。
本发明对酸液中的种类没有特别的限定，例如可以为有机酸、无机酸或两者的混合物，优选地，所述酸液选自盐酸、硝酸、硫酸中的一种或多种。
根据本发明，优选地，步骤(5)中，所述酸液浓度为1-5mol/L、酸解温度为20-60℃，可根据酸液浓度合适调整酸解温度和酸解时间，实现第三玻璃纤维晶相酸溶，形成具有均匀孔道的玻璃纤维。
根据本发明第三方面，本发明提供一种分级孔道纤维棉，所述分级孔道纤维棉包括树脂粘结剂和前述的介孔玻璃纤维；玻璃纤维间交错构成的微孔结构与玻璃纤维自身纳米介孔形成纤维棉分级孔道结构，全面提升纤维棉孔道数量、比表面积和总体孔容，有效降低纤维棉的导热系数，进而显著提升玻璃纤维棉的隔热、隔音效果。
根据本发明的一种优选实施方式，所述树脂粘结剂与玻璃纤维质量比为1：1-5。
根据本发明的一种优选实施方式，所述树脂粘结剂包括树脂和添加剂。
根据本发明的一种优选实施方式，所述树脂包括酚醛树脂、有机氟树脂、环氧树脂、乙烯基树脂和有机硅树脂中的一种或多种。
根据本发明的一种优选实施方式，所述添加剂包括尿素、苯酚、三聚氰胺和甲醛中的一种或多种；采用前述树脂粘结剂有利于提升纤维棉孔道数量、比表面积和总体孔容。
根据本发明的一种优选实施方式，所述树脂：所述添加剂质量比为20-30：15-25。
根据本发明的一种优选实施方式，所述分级孔道纤维棉孔隙率为80％-98％、总体比表面积为10m2/g-25m2/g、总体孔容为0.3-1cm3/g；前述分级孔道玻璃纤维棉的具有优异的隔热、隔音效果。
根据本发明的第四方面，本发明提供一种所述的分级孔道纤维棉的制备方法，该方法包括以下步骤：
a、以质量比计，树脂：添加剂：水之间比例为20-30：15-25：25-4，按照比例将树脂、添加剂、水混合得到树脂粘结剂；
b、以质量比计，树脂粘结剂：玻璃纤维：水质量比为1：1-5：5-8，将三种按照比例混合均匀，固化成型后水洗，再经脱水、烘干，制备得到分级孔道玻璃纤维棉。
根据本发明，优选地，所述水为软水。
本发明可根据烘干温度合理调整烘干时间，优选地，所述烘干温度为150℃-200℃、烘干时间为5min-10min。
以下结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
原料为二氧化硅、硼酸、氧化铝、硝酸镁、硝酸钙、氧化钠、硝酸铁和硝酸铈，以氧化物的摩尔比计，原料包含：SiO2:50％，B2O3:10％，Al2O3:8％，CaO:10％，MgO:5％，Na2O:13％，Fe2O3:2％，CeO2:2％；
介孔玻璃纤维制备步骤：将上述原料放入窑炉中，在1400℃下熔融成玻璃液，玻璃液经过料道熔融澄清、均化，熔融澄清温度为1200℃，粘度为102pa.s，该玻璃液以流股形式流入离心盘中，流股流量为：1Kg/m，离心盘温度为950℃，离心盘以2700rad/min的速度将玻璃液通过侧壁孔隙(侧壁孔径为0.7mm)甩出，进行初次纤维化；甩出的一次玻璃纤维进入垂直火焰中，垂直火焰顶端气流温度为1100℃，顶端气流速度为200m/s，进行再次细化形成二次玻璃纤维；二次纤维放置于马弗炉中，在600℃，空气环境中热处理1小时，其中CeO2与Fe2O3晶化形成微晶相结构，然后置于浓度为3mol/L的HCl溶液中进行酸浸处理1h，处理温度20℃，形成介孔玻璃纤维。玻璃纤维直径0.3μm-1μm，比表面积为25m2/g，孔隙直径为10nm-30nm，孔容为0.2cm3/g；
玻璃纤维棉制备：上述玻璃纤维与树脂粘结剂、软水按照3：1：7重量比例配比，其中粘结剂是由酚醛树脂与三聚氰胺、软水组成依照2：2：1比例配比，最后经水洗脱水、烘干(150℃环境，烘干处理10min)，得到具有多孔结构的玻璃纤维棉。玻璃纤维棉导热系数为0.015W/(m·K)，耐火等级为A1级，2000Hz声音传输损耗为2.1dB。
实施例2
原料为二氧化硅、硼酸、氧化铝、硝酸镁、氧化钠、硝酸钙和硝酸铁，以氧化物的摩尔比计，原料包含：SiO2:55％，B2O3:8％，Al2O3:9％，CaO:9％，MgO:5％，Na2O:12％，CeO2:2％；
介孔玻璃纤维制备步骤：将原料放入窑炉中，在1300℃下熔融成玻璃液，玻璃液经过料道熔融澄清均化，熔融澄清温度为1100℃，粘度为5×102pa.s，该玻璃液以流股形式流入离心盘，流股流量为：1.5Kg/m，离心盘温度为900℃，离心盘以2700rad/min的速度将玻璃液通过侧壁孔隙(侧壁孔径为0.5mm)甩出，进行初次纤维化；甩出的一次玻璃纤维进入垂直火焰中，垂直火焰顶端气流温度为1100℃，顶端气流速度为200m/s；成型的二次玻璃纤维在马弗炉中通过550℃，空气环境中热处理1小时，纤维中CeO2晶化形成微晶结构，置于浓度为1mol/L的HCl溶液中进行40℃水浴处理，然后水洗干燥，形成介孔玻璃纤维。玻璃纤维直径0.8μm-2μm，比表面积为20m2/g，孔隙直径为50nm-80nm，孔容为0.15cm3/g；
玻璃纤维棉制备：上述多孔玻璃纤维与树脂粘结剂、软水按照2：1：8重量比例配比，其中粘结剂是由酚醛树脂与尿素、软水组成依照5：3：2比例配比，最后经水洗脱水、烘干(150℃环境，烘干处理10min)，得到具有多孔结构的玻璃纤维棉。玻璃纤维棉导热系数为0.023W/(m·K)，耐火等级为A1级，2000Hz声音传输损耗为1.8dB。
实施例3
原料为二氧化硅、硼酸、氧化铝、硝酸镁、硝酸钙、氧化钠、氧化钾和硝酸铈，以氧化物的摩尔比计，原料包含：SiO2:50％，B2O3:10％，Al2O3:7％，CaO:7％，MgO:6％，Na2O:16％，K2O:2％，CeO2:2％；
介孔玻璃纤维制备步骤：将原料放入窑炉中，在1400℃下熔融成玻璃液，玻璃液经过料道熔融澄清均化，熔融澄清温度为1200℃，粘度为8×102pa.s，该玻璃液以流股形式流入离心盘，流股流量为：2Kg/m，离心盘温度为1000℃，离心盘以3000rad/min的速度将玻璃液通过侧壁孔隙(侧壁孔径为0.6mm)甩出，进行初次纤维化；甩出的一次玻璃纤维进入垂直火焰中，垂直火焰顶端气流温度为1200℃，顶端气流速度为240m/s；成型的二次玻璃纤维在马弗炉中通过580℃，空气环境中热处理1小时，纤维中CeO2晶化形成微晶结构，置于浓度为1mol/L的HCl溶液中进行40℃水浴处理，然后水洗干燥，形成介孔玻璃纤维。玻璃纤维直径1μm-3μm，比表面积为23m2/g，孔隙直径为60nm-80nm，孔容为0.15cm3/g；
玻璃纤维棉制备：上述多孔玻璃纤维与树脂粘结剂、软水按照3：1：8重量比例配比，其中粘结剂是由酚醛树脂与苯酚、软水组成依照6：3：2比例配比，最后经水洗脱水、烘干(150℃环境，烘干处理15min)，得到具有多孔结构的玻璃纤维棉。玻璃纤维棉导热系数为0.019W/(m·K)，耐火等级为A1级，2000Hz声音传输损耗为1.9dB。
实施例4
原料为二氧化硅、硼酸、氧化铝、硝酸钙、氧化钠和硝酸铁，以氧化物的摩尔比计，以氧化物的摩尔比计，原料包含：SiO2:45％，B2O3:15％，Al2O3:15％，CaO:15％，Na2O:16％，Fe2O3:4％；
介孔玻璃纤维制备步骤：将原料放入窑炉中，在1200℃下熔融成玻璃液，玻璃液经过料道熔融澄清均化，熔融澄清温度为1000℃，粘度为2×102pa.s，该玻璃液以流股形式流入离心盘，流股流量为：1.5Kg/m，离心盘温度为900℃，离心盘以3000rad/min的速度将玻璃液通过侧壁孔隙(侧壁孔径为0.6mm)甩出，进行初次纤维化；甩出的一次玻璃纤维进入垂直火焰中，垂直火焰顶端气流温度为1100℃，顶端气流速度为180m/s；成型的二次玻璃纤维在马弗炉中通过530℃，空气环境中热处理1小时，纤维中Fe2O3晶化形成微晶结构，置于浓度为1mol/L的HCl溶液中进行60℃水浴处理，然后水洗干燥，形成介孔玻璃纤维。玻璃纤维直径2μm-5μm，比表面积为19m2/g，孔隙直径为50nm-90nm，孔容为0.1cm3/g；
玻璃纤维棉制备方法与实例3相同，最后得到多孔结构玻璃纤维棉的导热系数为0.035W/(m·K)，耐火等级为A1级，2000Hz声音传输损耗为1.2dB。
实施例5
原料为二氧化硅、硼酸、氧化铝、硝酸钙、甲醇镁、氧化钠、硝酸铁和硝酸铈，以氧化物的摩尔比计，原料包含SiO2:50％，B2O3:10％，Al2O3:8％，CaO:10％，MgO:5％，Na2O:13％，Fe2O3:2％，CeO2:2％；
介孔玻璃纤维制备步骤：将原料放入窑炉中，在1200℃下熔融成玻璃液，玻璃液经过料道熔融澄清均化，熔融澄清温度为900℃，粘度为5×104pa.s，由于该玻璃液粘度较高，以流股形式流入离心盘，流股流量为：0.8Kg/m，离心盘温度为900℃，离心盘以3000rad/min的速度将玻璃液通过侧壁孔隙(侧壁孔径为0.8mm)甩出，进行初次纤维化；甩出的一次玻璃纤维进入垂直火焰中，垂直火焰顶端气流温度为1100℃，顶端气流速度为220m/s；
成型的二次玻璃纤维在马弗炉中处理时间与实施例1相同，经过HCl溶液中进行60℃水浴处理并水洗干燥后，形成介孔玻璃纤维。玻璃纤维直径1μm-5μm，比表面积为16m2/g，孔隙直径为30nm-50nm，孔容为0.12cm3/g。
玻璃纤维棉制备方式与实施例1相同，其多孔结构的玻璃纤维棉的导热系数为0.041W/(m·K)，耐火等级为A1级，2000Hz声音传输损耗为1.1dB。
实施例6
原料为二氧化硅、硼酸、氧化铝、硝酸钙、甲醇镁、氧化钠、硝酸铁和硝酸铈，以氧化物的摩尔比计，原料包含：SiO2:50％，B2O3:10％，Al2O3:8％，CaO:10％，MgO:5％，Na2O:13％，Fe2O3:2％，CeO2:2％；
介孔玻璃纤维制备步骤与实施例1相同，其中甩出的一次纤维进入的垂直火焰顶端气流温度为900℃，顶端气流速度为400m/s，成型的二次玻璃纤维在马弗炉中处理时间与实施例1相同，经过HCl溶液中进行60℃水浴处理并水洗干燥后，形成介孔玻璃纤维。玻璃纤维直径2μm-8μm，比表面积为18m2/g，孔隙直径为40nm-60nm，孔容为0.14cm3/g；
玻璃纤维棉制备方式与实施例1相同，其多孔结构的玻璃纤维棉的导热系数为0.034W/(m·K)，耐火等级为A1级，2000Hz声音传输损耗为1.2dB。
实施例7
介孔玻璃纤维原料和制备方法同实施例1；
玻璃纤维棉制备：上述玻璃纤维与树脂粘结剂、软水按照1：2：7重量比例配比，其中粘结剂是由酚醛树脂与三聚氰胺、软水组成依照2：2：1比例配比，最后经水洗脱水、烘干(150℃环境，烘干处理10min)，得到具有多孔结构的玻璃纤维棉；
玻璃纤维棉导热系数为0.025W/(m·K)，耐火等级为A1级，2000Hz声音传输损耗为1.5dB。
对比例1
原料为二氧化硅、硼酸、氧化铝、硝酸钙、甲醇镁和氧化钠，以氧化物的摩尔比计，原料包含：SiO2:50％，B2O3:10％，Al2O3:15％，CaO:10％，MgO:10％，Na2O:5％。
玻璃纤维制备步骤：将上述原料放入窑炉中，在1300℃下熔融成玻璃液，玻璃液经过料道熔融澄清、均化，熔融澄清温度为1100℃，粘度为103pa.s，该玻璃液以流股形式流入离心盘中，流股流量为：1.5Kg/m，离心盘温度为1000℃，离心盘以3000rad/min的速度将玻璃液通过侧壁孔隙(侧壁孔径为0.5mm)甩出，进行初次纤维化；甩出的一次玻璃纤维进入垂直火焰中，垂直火焰顶端气流温度为1000℃，顶端气流速度为250m/s，进行再次细化形成二次玻璃纤维；玻璃纤维直径4μm-8μm，比表面积为13m2/g。
玻璃纤维棉制备方法与实施例1相同，玻璃纤维棉导热系数为0.056W/(m·K)，耐火等级为A1级，2000Hz声音传输损耗为1.03dB。
对比例2
玻璃纤维配方设计与实施例1相同。
玻璃纤维制备步骤：将上述原料放入窑炉中，在1300℃下熔融成玻璃液，玻璃液经过料道熔融澄清、均化，熔融澄清温度为1100℃，粘度为103pa.s，该玻璃液以流股形式流入离心盘中，流股流量为：1.5Kg/m，离心盘温度为1000℃，离心盘以3000rad/min的速度将玻璃液通过侧壁孔隙(侧壁孔径为0.5mm)甩出，进行初次纤维化；甩出的一次玻璃纤维直接收集；
一次玻璃纤维在马弗炉中通过530℃，空气环境中热处理1小时，纤维中Fe2O3晶化形成微晶结构，置于浓度为1mol/L的HCl溶液中进行60℃水浴处理，然后水洗干燥；玻璃纤维直径7μm-14μm，比表面积为8m2/g；
玻璃纤维棉制备方法与实施例1相同，玻璃纤维棉密度为导热系数为0.062W/(m·K)，耐火等级为A1级，2000Hz声音传输损耗为0.87dB。
表1
Figure BDA0003110492070000141
本发明提供的具有分级孔道结构的玻璃纤维棉，所述分级孔道玻璃纤维棉包括树脂粘结剂和具备介孔结构的玻璃纤维；其中玻璃纤维间交错构成的微孔结构与玻璃纤维自身纳米介孔形成纤维棉分级孔道结构，全面提升纤维棉孔道数量、比表面积和总体孔容，有效阻断纤维棉结构中热量传导路径从而降低纤维棉的导热系数，并提升声波在纤维棉结构中的反射吸收与振动损耗，进而显著提升玻璃纤维棉的隔音效果。
实施例1与实施例5对比可知，玻璃液粘度过高可影响玻璃纤维直径均一性，导致孔隙直径范围变大，玻璃纤维棉导热系数提升，隔音性能下降。
实施例1与实施例6对比可知，二次纤维成型中垂直气流温度过低可导致二次纤维牵伸效果下降，导致一次纤维无法进一步细化，纤维直径更加离散，玻璃纤维棉导热系数提升，隔音性能下降。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种介孔玻璃纤维，其特征在于，该介孔玻璃纤维直径为0.25μm-5μm，且该介孔玻璃纤维具有介孔结构。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维，其中，所述介孔玻璃纤维直径的98％正态分布在0.3μm-3μm；和/或
比表面积为15m2/g-28m2/g；和/或
孔隙直径为10nm-100nm；和/或
孔容为0.1-0.3cm3/g。
3.根据权利要求1所述的玻璃纤维，其中，所述介孔玻璃纤维包括以下组分：
以氧化物的摩尔百分含量计，SiO2:40-55％，B2O3:2.5-15％，Al2O3:1.5-10％，碱土金属氧化物:5-25％，碱金属氧化物:0.5-33％；
优选地，
以氧化物的摩尔百分含量计，SiO2:45-55％，B2O3:4-15％，Al2O3:3-10％，CaO:5-15％，MgO:5-10％，Na2O:10-18％，K2O:0.5-15％。
4.一种权利要求1-3中任意一项所述的介孔玻璃纤维的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)玻璃纤维原料于1100-1600℃温度下熔融成玻璃液，玻璃液在1000-1300℃下熔融澄清、均化；
(2)玻璃液成股流入离心盘中，离心盘温度为800-1000℃，离心盘以2500-3000rad/min的旋转速度将玻璃液均匀聚集于侧壁，通过侧壁孔隙离心甩出，得到第一玻璃纤维；
(3)第一玻璃纤维经垂直火焰喷吹，二次熔融并牵伸形成第二玻璃纤维；
(4)对第二玻璃纤维进行热处理，使造孔剂结晶，得到第三玻璃纤维；
(5)将第三玻璃纤维置于酸液中，酸解结晶晶相，再洗涤除酸，烘干得到介孔玻璃纤维；
所述玻璃纤维原料包含硅源、硼源、铝源、碱土金属源、碱金属源以及可选地造孔剂；所述造孔剂选自铁源和/或铈源中的至少一种；
优选地，以氧化物的摩尔百分比计，所述玻璃纤维原料包含SiO2:40-55％，B2O3:2.5-15％，Al2O3:1.5-10％，碱土金属氧化物:5-25％，碱金属氧化物:0.5-33％，以及造孔剂：0.01-10％。
5.根据权利要求4中所述的制备方法，其中，
所述造孔剂选自Fe2O3和/或CeO2；
步骤(1)中，所述玻璃液粘度控制在102pa.s-104pa.s；和/或
步骤(2)中，所述离心盘直径为50mm-400mm，离心盘侧壁孔径为0.5mm-0.8mm；和/或
步骤(3)中，垂直火焰顶端气流温度为1000-1500℃，顶端气流速度为160m/s-320m/s；和/或
所述第二玻璃纤维直径为0.3μm-3μm；和/或
步骤(4)中，所述热处理温度为500-800℃；和/或
热处理时间为0.5h-2h；和/或
步骤(5)中，所述酸液浓度为1mol/L-5mol/L；和/或
酸解温度为20-60℃。
6.一种分级孔道纤维棉，其特征在于，所述分级孔道纤维棉包括树脂粘结剂和权利要求1-3中任意一项所述的介孔玻璃纤维。
7.根据权利要求6所述的分级孔道纤维棉，其中，所述分级孔道纤维棉具有介孔和微孔分级孔结构；和/或
所述树脂粘结剂与所述介孔玻璃纤维质量比为1：1-5；和/或
所述分级孔道纤维棉孔隙率为80％-98％、总体比表面积为10m2/g-25m2/g、总体孔容为0.3-1cm3/g。
8.根据权利要求6或7所述的分级孔道纤维棉，其中，
所述树脂粘结剂包括树脂和添加剂；
优选所述树脂包括酚醛树脂、有机氟树脂、环氧树脂、乙烯基树脂和有机硅树脂中的一种或多种；
优选所述添加剂包括尿素、苯酚、三聚氰胺和甲醛中的一种或多种；
优选所述树脂：所述添加剂质量比为20-30：15-25。
9.一种权利要求6-8中任意一项所述的分级孔道纤维棉的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a、以质量比计，按照树脂：添加剂：水之间的比例为20-30：15-25：25-4将树脂、添加剂、水混合得到树脂粘结剂；
b、以质量比计，按照树脂粘结剂：玻璃纤维：水质量比为1：1-5：5-8，将三种物质混合均匀，固化成型后水洗，再经脱水、烘干，制备得到分级孔道玻璃纤维棉。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述水为软水；和/或
所述烘干温度为150℃-200℃；和/或
烘干时间为5min-10min。
CN202110647809.3A 2021-06-10 2021-06-10 介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法 Active CN113307489B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110647809.3A CN113307489B (zh) 2021-06-10 2021-06-10 介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法
PCT/CN2021/131464 WO2022257359A1 (zh) 2021-06-10 2021-11-18 介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110647809.3A CN113307489B (zh) 2021-06-10 2021-06-10 介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113307489A true CN113307489A (zh) 2021-08-27
CN113307489B CN113307489B (zh) 2023-02-07

Family

ID=77378016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110647809.3A Active CN113307489B (zh) 2021-06-10 2021-06-10 介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN113307489B (zh)
WO (1) WO2022257359A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115304281A (zh) * 2022-07-29 2022-11-08 江苏佳成特种纤维有限公司 一种高耐磨玻璃纤维及其制备方法
WO2022257359A1 (zh) * 2021-06-10 2022-12-15 浙江福莱新材料股份有限公司 介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1887361A (zh) * 2006-08-03 2007-01-03 复旦大学 一种介孔生物玻璃纤维材料及其制备方法和应用
CN103058527A (zh) * 2013-01-11 2013-04-24 成都瀚江新型建筑材料有限公司 一种彩色玻璃棉制品及其生产方法
US20140128530A1 (en) * 2011-02-23 2014-05-08 Dening Yang Glass fiber with properties of high strength, energy saving, environment protecting and low viscosity, production method thereof and composite material containing the same
CN106966583A (zh) * 2017-03-28 2017-07-21 宣汉正原微玻纤有限公司 一种航空用高强度隔热隔音超细玻璃纤维棉及制备方法
CN107416848A (zh) * 2017-06-20 2017-12-01 无锡鸿孚硅业科技有限公司 一种硅气凝胶的简易制备方法
CN107558289A (zh) * 2017-09-20 2018-01-09 宣汉正原微玻纤有限公司 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

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2014141418A1 (ja) * 2013-03-14 2017-02-16 名古屋油化株式会社 断熱吸音材、および断熱吸音材成形物
CN104710107A (zh) * 2015-02-10 2015-06-17 安徽丹凤集团桐城玻璃纤维有限公司 一种水净化处理用多孔玻璃纤维的制备方法
CN108658468A (zh) * 2017-03-29 2018-10-16 重庆马谷纤维新材料有限公司 一种生物可溶抗菌超细玻璃棉及其制备方法
CN113307489B (zh) * 2021-06-10 2023-02-07 浙江理工大学 介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1887361A (zh) * 2006-08-03 2007-01-03 复旦大学 一种介孔生物玻璃纤维材料及其制备方法和应用
US20140128530A1 (en) * 2011-02-23 2014-05-08 Dening Yang Glass fiber with properties of high strength, energy saving, environment protecting and low viscosity, production method thereof and composite material containing the same
CN103058527A (zh) * 2013-01-11 2013-04-24 成都瀚江新型建筑材料有限公司 一种彩色玻璃棉制品及其生产方法
CN106966583A (zh) * 2017-03-28 2017-07-21 宣汉正原微玻纤有限公司 一种航空用高强度隔热隔音超细玻璃纤维棉及制备方法
CN107416848A (zh) * 2017-06-20 2017-12-01 无锡鸿孚硅业科技有限公司 一种硅气凝胶的简易制备方法
CN107558289A (zh) * 2017-09-20 2018-01-09 宣汉正原微玻纤有限公司 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

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022257359A1 (zh) * 2021-06-10 2022-12-15 浙江福莱新材料股份有限公司 介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法
CN115304281A (zh) * 2022-07-29 2022-11-08 江苏佳成特种纤维有限公司 一种高耐磨玻璃纤维及其制备方法
CN115304281B (zh) * 2022-07-29 2023-09-19 江苏佳成特种纤维有限公司 一种高耐磨玻璃纤维及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022257359A1 (zh) 2022-12-15
CN113307489B (zh) 2023-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113307489B (zh) 介孔玻璃纤维及其制备方法和分级孔道纤维棉及其制备方法
JP5295775B2 (ja) ガラス組成
CN106966583A (zh) 一种航空用高强度隔热隔音超细玻璃纤维棉及制备方法
CN105693100A (zh) 一种高性能玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料
CN102329080A (zh) 一种玄武岩纤维材料的生产方法
CN103058526A (zh) 用于干法真空绝热板芯材的玻璃棉及其生产方法
WO2015055758A1 (en) Man-made vitreous fibres
WO2009064548A1 (en) Composition and method of making a glass product with reduced greenhouse gas emission
CN104418500A (zh) 一种直径2～4μm离心玻璃纤维棉的拉丝方法
CN104788016A (zh) 一种轻质隔音隔热用玻璃纤维棉毡的制备方法
CN103833230A (zh) 一种连续超细玻璃纤维及其离心制造方法
CN112898045A (zh) 一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法
CN109942199B (zh) 一种玻璃棉的制备方法及玻璃棉
CN102775056A (zh) 一种防火玻璃棉的制作方法
JP5019157B2 (ja) ロックウール
Yue et al. Stone and glass wool
CN115536281A (zh) 玻璃棉生产用玻璃液的制备方法
CN113149447A (zh) 一种隔音隔热超细玻璃棉纤维的制备方法
CN109721238A (zh) 一种超细玻璃棉的制备方法
SK68297A3 (en) Manufacture of vitreous fibre products
CN110204210B (zh) 玻璃棉保温材料、制备工艺及应用
CN110407476B (zh) 一种岩/矿棉制品及其制备方法
CN110563475A (zh) 一种1100度生态可溶性环保耐火纤维
CN114426395A (zh) 一种高炉熔渣生产矿棉的工艺方法
CN113307499B (zh) 一种超细玻璃微纤维及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant