CN113716864A - 真空玻璃纤维和其制备方法及加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空玻璃纤维和其制备方法及加工系统。璃纤维本体与设置在其内的封闭空腔，所述封闭空腔为真空封闭空腔。其制备方法是将中空玻璃纤维置于真空环境下，对其进行加热软化后进行压合切断，以获得具有真空封闭空腔的真空玻璃纤维。其加工系统包括真空室与设置在其内部的供料装置、加热装置与压合切断装置。通过设置真空的封闭空腔可以基本消除封闭空腔内的空气对流和传导散热，减小真空玻璃纤维的导热率，使其具有较低的导热率，并具有较好的保温效果。此外，封闭空腔的设置可以减少真空玻璃纤维的重量。在形成同等保温效果时，可以使用更少的体积。

Description

真空玻璃纤维和其制备方法及加工系统

技术领域

本发明涉及真空玻璃纤维技术领域，特别是涉及真空玻璃纤维和其制备方法及加工系统。

背景技术

随着科技的发展，保温材料的种类越来越多，比如可以选用矿物纤维(石棉)、发泡材料或玻璃纤维。由于石棉对环境和动物具有危害性，已逐渐被禁止使用。而发泡材料虽然重量轻，但存在易燃和体积大的缺点，使用率有所降低。

同时，随着全球气候变暖，人类对保温节能的要求越来越高，玻璃纤维作为一种可再生材料开始逐渐代替石棉及发泡材料。

但是目前的玻璃纤维的保温效果还是有所欠缺，因此，目前亟需一种保温效果较好的保温材料。

发明内容

基于此，有必要针对目前的保温材料的保温效果不好的问题，提供一种真空玻璃纤维和其制备方法及加工系统。

一种真空玻璃纤维，包括：玻璃纤维本体与设置在其内的封闭空腔，所述封闭空腔为真空封闭空腔。

在其中一个实施例中，所述封闭空腔内的真空度为10⁴Pa-10^-2Pa。

在其中一个实施例中，所述玻璃纤维本体包括管壁与封端部，所述管壁界定形成所述封闭空腔的侧壁，所述封端部密封所述管壁的两端，以使所述玻璃纤维本体形成所述封闭空腔。

在其中一个实施例中，在所述玻璃纤维本体的长度方向上，所述封端部的长度为D，在所述玻璃纤维本体的宽度方向上，所述管壁的壁厚为d，D＞d。

在其中一个实施例中，所述管壁的壁厚为所述管壁的外直径的25％-35％。

在其中一个实施例中，所述玻璃纤维本体的长度为3mm-300mm。

在其中一个实施例中，所述玻璃纤维本体的外径小于0.1mm。

在其中一个实施例中，所述玻璃纤维本体呈圆柱形。

一种真空玻璃纤维的制备方法，将中空玻璃纤维置于真空环境下，对其进行加热软化后进行压合切断，以获得具有真空封闭空腔的真空玻璃纤维。

一种真空玻璃纤维的加工系统，包括真空室与设置在其内部的供料装置、加热装置与压合切断装置；

所述供料装置用于输送中空玻璃纤维；

所述加热装置用于对所述中空玻璃纤维加热软化；

所述压合切断装置用于压合切断中空玻璃，并使得所述中空玻璃的端部封闭，以获得具有封闭空腔的真空玻璃纤维。

上述真空玻璃纤维，通过设置真空的封闭空腔可以基本消除封闭空腔内的空气对流和传导散热，减小真空玻璃纤维的导热率，使其具有较低的导热率，并具有较好的保温效果。此外，封闭空腔的设置可以减少真空玻璃纤维的重量。在形成同等保温效果时，可以使用更少的体积。

附图说明

图1为本发明的一种真空玻璃纤维的结构示意图；

图2为本发明的一种真空玻璃纤维的加工系统的结构示意图。

附图标记：

100、玻璃纤维本体；110、封闭空腔；120、管壁；130、封端部；200、加工系统；210、供料装置；211、送料设备；212、送料辊；220、加热装置；230、压合切断装置；231、压合刀；232、切刀；240、集料装置；250、中控台；260、真空室；300、中空玻璃纤维。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1，图1示出了本发明一实施例中的真空玻璃纤维的结构示意图。本发明一实施例提供的一种真空玻璃纤维，其包括玻璃纤维本体100与设置在其内的封闭空腔110。封闭空腔110为真空封闭空腔110。

在使用上述真空玻璃纤维作为保温材料时，由于设置真空封闭空腔110可以基本消除封闭空腔110内的空气对流和传导散热，减小真空玻璃纤维的导热率，使其具有较低的导热率，并具有较好的保温效果。此外，封闭空腔110的设置可以减少真空玻璃纤维的重量。在形成同等保温效果时，采用本申请所述的真空玻璃纤维可以使用更少的体积。

具体的，玻璃纤维本体100包括管壁120与封端部130。

其中，管壁120界定形成封闭空腔110的侧壁。封端部130密封管壁120的两端，以使玻璃纤维本体100形成前述封闭空腔110。

在一些实施例中，管壁120界定形成圆柱形的管壁120，以使得玻璃纤维本体100为圆柱形的玻璃纤维本体100。采用圆柱形的管壁120，可以使得真空玻璃纤维在相同厚度的管壁120下，其可以具有更大的抗压强度与抗冲击强度，且在管壁120的各处的方向性能一致。也就是说，在同样冲击力的作用下，圆柱形的管壁120相对于其他形状比如长方体的管壁120来说，其破碎率较低。

此外，采用真空玻璃纤维制作保温产品成品(比如保温板材等)时，当选用圆柱形的管壁120时，成品中的空隙率最大，可大于21.5％。也就是说，采用圆柱形的管壁120时，相邻的真空玻璃纤维为点线接触，接触面积最小。而空隙处可以填充空气等物质，有效在低成本的同时提高保温产品的保温效果。

同样的，在一些实施方式中，真空玻璃纤维也可以采用其他的形状，比如长方体、圆锥形或多棱柱等。

在一些实施例中，玻璃纤维本体100的长度可以选用3mm-300mm。比如，玻璃纤维本体100的长度可以为5mm、50mm、100mm、200mm、250mm或300mm。此外，也可以根据产品的实际情况，对玻璃纤维本体100的长度进行调整，不仅仅局限于上述长度范围。当选用圆柱形的玻璃纤维本体100时，玻璃纤维本体100的直径可以小于0.1mm。也就是说，其管壁120的外直径可以小于0.1mm。比如，可以为0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.06mm或0.08mm。此外，管壁120的厚度较管壁120的外直径小。比如，在一些实施例中，管壁120的厚度为管壁120的外直径的25％-30％，比如，可以为25％、26％、27％、28％、29％或30％。上述设置，可以使得玻璃纤维本体100的管壁120的厚度适宜，保证了封闭空腔110的占比的同时，有效减少由于封闭空腔110内的真空度所导致的管壁120易碎。

在玻璃纤维本体100的长度方向上，定义封端部130的长度为D，在玻璃纤维本体100的宽度方向上，定义管壁120的壁厚为d。在一些实施例中，D＞d。具体长度可以根据实际情况进行调整。通过D＞d，使得玻璃纤维本体100封端部130的长度较大，有效减少由于封端部130磕碰导致其破碎。在一些其他的实施例中，D≤d。

在一些实施例中，真空玻璃纤维的封闭空腔110内，真空度为10⁴Pa-10^-2Pa。比如，真空度可以为10⁴Pa、10³Pa、10²Pa、10¹Pa、10⁰Pa、10^-1Pa、10^-2Pa等。此外，管壁120的厚度也可以根据真空度进行适当的调整，以确保真空玻璃纤维的强度。

性能测试：

对于导热性能来说，前述实施例所得到的真空玻璃纤维的导热系数在20℃下为0.5W/(m·k)。而对于普通的玻璃纤维(外径与真空玻璃纤维相同，但是未设置封闭空腔110)来说，其导热系数在20℃下为0.75W/(m·k)。相比之下，本申请中所提及的真空玻璃纤维的导热系数可以降低33％，在很大程度上降低了导热率，提高保温效果。

对于强度来说，前述实施例所得到的真空玻璃纤维的压缩强度大于1MPa。而对于发泡类保温材料来说，其压缩强度小于2KPa。因此，真空玻璃纤维的压缩强度与发泡类保温材料相差500倍以上，真空玻璃纤维的强度较发泡类保温材料强度高。

对于耐高温性能来说，前述实施例所得到的真空玻璃纤维的软化温度高于480℃，使用温度高于300℃。而对于泡沫保温材料来说，其使用温度不高于100℃。因此，真空玻璃纤维的耐高温性能较好。

对于阻燃能力来说，前述实施例所得到的真空玻璃纤维的阻燃等级为A级，属于不燃材料。而对于发泡材料来说，其最高可以达到的阻燃等级为B级，属于有阻燃性。因此，真空玻璃纤维的阻燃能力较好。

对于重量方面来说，前述实施例所得到的真空玻璃纤维相比于普通的玻璃纤维来说，其可以减重30％以上。也就是说，相同体积的真空玻璃纤维的重量约为普通的玻璃纤维的重量的70％及以下。

综上所述，对于真空玻璃纤维来说，其在导热保温性能、耐高温性能、阻燃性能以及重量方面均具有较好的优势，在使用其制备保温产品来说，各项性能均较好。

需要说明的是，本申请的真空玻璃纤维在制作保温产品时报废率更低。

具体地，由于本申请的真空玻璃纤维均为内部具有真空的封闭空腔110。使用其制作保温产品时，可以将其作为填充层填充至保温产品内即可。在上述制备保温产品的过程中，即使部分真空玻璃纤维破裂后，也不会影响其他的真空玻璃纤维的真空封闭空腔110内的真空度。因此，采用本申请的真空玻璃纤维制作保温产品时，其容错率更高，良品率高，返工率低，报废率低，进而有效降低成本。

本发明一实施例提供的一种真空玻璃纤维的制备方法：将中空玻璃纤维300置于真空环境下，对其进行加热软化后进行压合切断，以获得具有真空封闭空腔110的真空玻璃纤维。

通过采用上述方式，将中空玻璃纤维300置于真空环境下，使得其中空部分形成真空。然后将其进行加热软化，使其可以被压合切断，形成对应长度的真空玻璃纤维。

这里需要注意的是，在真空玻璃纤维的制备方法中，中空玻璃可以为市售获得，也可以为加工获得。在加工时，可以通过玻璃液进行拉丝，且在拉丝过程中对玻璃液中部吹气，使得玻璃液在转化为玻璃纤维时产生中空。

在上述制备方法中，在对中空玻璃纤维300进行加热时，可以使其加热至1000℃-1500℃，比如可以为1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃或1500℃，以使中空玻璃纤维300软化，便于切割。

此外，在对中空玻璃纤维300进行加热的过程中，可以将中空玻璃纤维300全部加热，也可以仅对需要压合切断以形成封闭部处进行加热，使其软化便于压合切割。

另外，真空环境中所设置的真空度，即为封闭空腔110内的真空度，可以根据实际情况进行调整。比如，在一些实施例中，真空环境中的真空度可以设置为10⁴Pa-10^-2Pa。

如图2所示，本发明一实施例提供的一种真空玻璃纤维的加工系统200，其包括真空室260与设置在其内部的供料装置210、加热装置220与压合切断装置230。

其中，真空室260可以提供前述真空环境。供料装置210可以输送中空玻璃纤维300。加热装置220可以对中空玻璃纤维300进行加热软化。压合切断装置230可以压合切断中空玻璃，并使得中空玻璃纤维300的端部封闭，以获得具有封闭空腔110的真空玻璃纤维。

在一些实施例中，真空室260中安装有供料装置210、加热装置220与压合切断装置230，以使中空玻璃纤维300在送料、加热、压合切断成型过程中，均保持真空环境。在设置真空室260的参数时，可以设置其真空度为10⁴Pa-10^-2Pa。

在一些实施例中，供料装置210可以包括送料设备211与送料辊212。

其中，送料设备211可以放置中空玻璃纤维300料卷，且中空玻璃纤维300料卷可相对送料设备211转动，以输送中空玻璃纤维300。

送料辊212设置在送料设备211的出料端，送料辊212可以包括两个相对转动的辊筒，两辊筒之间具有容纳中空玻璃纤维300的空隙。当送料辊212转动时，中空玻璃纤维300在辊筒的摩擦力的带动下，朝向送料辊212的输出端移动。

在另一些实施例中，供料装置210可以选用中空玻璃挤出装置(图中未示出)。中空玻璃挤出装置可以将玻璃液挤出，使其形成中空玻璃纤维300。由于从中空玻璃挤出装置所获得的中空玻璃纤维300温度较高，在这个实施例下，可以适当省去加热装置220。即中空玻璃纤维300挤出后，直接输送至压合切断装置230进行压合切断，以获得真空玻璃纤维。

在一些实施例中，加热装置220间隔设置在送料装置210的出料端。中空玻璃纤维300可在送料辊212的带动下，进入加热装置220，并被加热。加热方式可以为局部加热，以使中空玻璃纤维300的压合切割处软化，有效防止中空玻璃纤维300碎裂。加热方式可以从现有技术中任意选取，比如可以选用电加热的方式。加热装置220可以选取加热头。加热温度达到1000℃-1500℃即可。温度过高，可能会存在中空玻璃纤维300软化过度导致其与加热装置220粘结。若温度过低，可能会存在中空玻璃纤维300软化程度不足，导致其在后续压合切断过程中被压碎。

在一些实施例中，压合切断装置间隔设置在加热装置220的出料端。压合切断装置可移动地设置有压合刀231与切刀232，二者相对设置。压合刀231与切刀232在位于静止位置时，二者之间具有供中空玻璃纤维300通过的空隙。当压合刀231与切刀232位于压合切断位置时，二者的端部抵触，以将中空玻璃纤维300切断。

这里需要注意的是，在实际操作中，需要控制送料辊212的送料节拍与压合切断装置的进刀节拍，以及压合刀231与切刀232的刀具间距行程相匹配，以减少真空玻璃纤维的破碎率，同时可以减少刀具的损耗。

在一些实施例中，还包括集料装置240，集料装置240用于收集压合切断后形成的真空玻璃纤维。集料装置240设置在压合切断装置230压合切断装置的出料端的下方，以便于进行收集。集料装置240可以位于真空室260内。

在一些实施例中，还包括中控台250。中控台250可以设置在真空室260的外部，且中控台250可以设置真空玻璃纤维的加工参数，比如调整真空度、成品长度、加热温度、刀具间距行程、进刀节拍以及送料节拍。

在一些实施例中，还可以包括在线监控系统(图中未示出)。在线监控系统可以对真空玻璃纤维的加工系统200的各部分进行实时在线监控，以便于操作者对数据进行采集、处理以及故障及时消除。

在使用上述加工系统200进行真空玻璃纤维的制备时，可以采用下述步骤：

步骤S10，将中空玻璃纤维300从供料装置210输送至加热装置220。

步骤S20，在中控台250设置真空玻璃纤维的加工参数。例如，根据真空玻璃纤维的加工需要，调整成品长度、加热温度、刀具间距行程、进刀节拍与送料节拍。

步骤S30，将真空室260密封，并对真空室260抽真空，使得真空室260内的真空度达到设定值。

步骤S40，运行设备，使得中空玻璃纤维300经送料辊212送入加热装置220并停留第一预设时间，使得封端部130被加热到设定温度。送料辊212动作一个设定长度，使得中空纤维的封端部130到达压合切断装置230，停留第二预设时间，使得压合切刀232对压，压合切割中空玻璃纤维300，并使得中空玻璃纤维300的封端部封闭，以获得具有封闭空腔110的真空玻璃纤维的成品。刀具回退，成品自动落料。

需要说明的是，第一预设时间可以是2-5秒，比如可以为2秒、3秒、4秒或5秒。第二预设时间可以是0.5-1秒，比如可以为0.5秒、0.8秒或1秒。

步骤S50，重复步骤S40，以进入下一个工作循环。

本实施例只展示了一根纤维的制备，实际生产时可以是数百根或更多纤维并行制作，以提高生产效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种真空玻璃纤维，其特征在于，包括：玻璃纤维本体与设置在其内的封闭空腔，所述封闭空腔为真空封闭空腔。

2.根据权利要求1所述的真空玻璃纤维，其特征在于，所述封闭空腔内的真空度为10⁴Pa-10^-2Pa。

3.根据权利要求1所述的真空玻璃纤维，其特征在于，所述玻璃纤维本体包括管壁与封端部，所述管壁界定形成所述封闭空腔的侧壁，所述封端部密封所述管壁的两端，以使所述玻璃纤维本体形成所述封闭空腔。

4.根据权利要求3所述的真空玻璃纤维，其特征在于，在所述玻璃纤维本体的长度方向上，所述封端部的长度为D，在所述玻璃纤维本体的宽度方向上，所述管壁的壁厚为d，D＞d。

5.根据权利要求3所述的真空玻璃纤维，其特征在于，所述管壁的壁厚为所述管壁的外直径的25％-35％。

6.根据权利要求1所述的真空玻璃纤维，其特征在于，所述玻璃纤维本体的长度为3mm-300mm。

7.根据权利要求1所述的真空玻璃纤维，其特征在于，所述玻璃纤维本体的外径小于0.1mm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的真空玻璃纤维，其特征在于，所述玻璃纤维本体呈圆柱形。

9.一种真空玻璃纤维的制备方法，其特征在于，将中空玻璃纤维置于真空环境下，对其进行加热软化后进行压合切断，以获得具有真空封闭空腔的真空玻璃纤维。

10.一种真空玻璃纤维的加工系统，其特征在于，包括真空室与设置在其内部的供料装置、加热装置与压合切断装置；

所述供料装置用于输送中空玻璃纤维；

所述加热装置用于对所述中空玻璃纤维加热软化；

所述压合切断装置用于压合切断中空玻璃，并使得所述中空玻璃的端部封闭，以获得具有封闭空腔的真空玻璃纤维。

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