CN115233375A - 一种纤维针刺毯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及针刺毯应用技术领域，本发明提供了一种纤维针刺毯及其制备方法，该方法包括以下步骤：将玻璃纤维棉与陶瓷纤维棉混合后进行梳理，然后进行针刺，得到纤维针刺毯；所述陶瓷纤维棉中三氧化二铝含量为40～55wt％，且粒径大于0.5mm的渣球含量为0；所述陶瓷纤维棉和玻璃纤维棉质量比例为(3～8)：(2～7)。本发明开发出了不同使用温度的新型针刺毯，其填补了使用温度350～850℃区间纤维制品的空白；所述的针刺毯兼具陶瓷纤维的高温性和玻璃纤维棉的低导热系数等性能，可用于各类管道和设备保温及作为气凝胶载体等。本发明生产工艺简单，产品制造成本和使用成本较低，利于工业规模化应用。
Description
技术领域
本发明涉及针刺毯应用技术领域，尤其涉及一种纤维针刺毯及其制备方法。
背景技术
对于产业用纤维制品，针刺法是经过机械刺针的上下运动，对经过梳理并按不同纤维取向铺叠而成的纤维网进行针刺，使纤维相互缠结以达到纤维网固结及加固的工艺方法。其中，以玻璃纤维为原料，用刺针对梳理后的短切玻纤基布进行针刺，可形成玻璃纤维针刺毯材料。玻璃纤维针刺毯的体积密度轻，通常为48kg/m3左右；该纤维针刺毯无渣球(未成为纤维状的物质)，纤维长，直径细(在2μm左右)，其导热系数较低，可用于保温材料、绝缘材料和过滤材料等。
一般针刺工艺制得的玻璃纤维针刺毯抗拉强度大；而由于其具有体积密度轻、导热系数低等特点，现有玻璃纤维针刺毯使用温度不高于350℃，这影响了玻璃纤维针刺毯在更高温度下的使用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种纤维针刺毯及其制备方法，本发明制得的纤维针刺毯兼具耐高温、高强度和隔热性能更优的特点，并且成本较低，可用于各类管道和设备保温及作为气凝胶载体等。
本发明提供一种纤维针刺毯的制备方法，其包括以下步骤：
将玻璃纤维棉与陶瓷纤维棉混合后进行梳理，然后进行针刺，得到纤维针刺毯；所述陶瓷纤维棉中三氧化二铝含量为40～55wt％，且粒径大于0.5mm的渣球含量为0；所述陶瓷纤维棉和玻璃纤维棉质量比例为(3～8)：(2～7)。
在本发明的实施例中，所述陶瓷纤维棉采用喷吹工艺或离心工艺，并经过除渣球处理而获得。
在本发明的实施例中，所述陶瓷纤维棉的纤维直径为2～7μm。
在本发明的实施例中，所述玻璃纤维棉通过玻璃纤维短切纱开松梳理制得。
在本发明的实施例中，所述玻璃纤维棉与陶瓷纤维棉在干态下开松混合，无需粘合剂。
本发明提供如前所述的制备方法得到的纤维针刺毯，其使用温度为350～850℃，体积密度从36kg/m3到120kg/m3。
普通的陶瓷纤维针刺毯主要化学成分为三氧化二铝和二氧化硅，因其化学成分中三氧化二铝含量不同，使用温度不同；随着三氧化二铝含量的增加，其使用温度可从850℃到1400℃。但是，陶瓷纤维针刺毯大多含有渣球，纤维较短，纤维平均直径粗，在4μm～7μm之间，相对玻璃纤维针刺毯强度低、导热系数较高。现有陶瓷纤维针刺毯中含有不同数量的渣球，会影响导热，致使其导热系数增大(同等条件下，玻璃纤维针刺毯导热系数低于陶瓷纤维针刺毯)。
为了解决玻璃纤维针刺毯使用温度低的问题，同时降低导热系数和成本，本发明实施例选取含氧化铝40～55％的陶瓷纤维棉，而且其不含渣球，将其按照一定的混合比例加入到玻璃纤维棉，经过梳理混合均匀，并进行针刺，即可得到使用温度在350℃～850℃的新型纤维针刺毯。该纤维针刺毯主要成分为三氧化二铝和二氧化硅，体积密度可从36kg/m3到120kg/m3。本发明开发出了不同使用温度的新型针刺毯，其填补了使用温度350～850℃区间纤维制品的空白；所述的针刺毯兼具陶瓷纤维的高温性和玻璃纤维棉的低导热系数等性能，可用于各类管道和设备保温及作为气凝胶载体等。本发明生产工艺简单，产品制造成本和使用成本较低。
具体实施方式
下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本发明提供了一种纤维针刺毯的制备方法，包括以下步骤：
将玻璃纤维棉与陶瓷纤维棉混合后进行梳理，然后进行针刺，得到纤维针刺毯；所述陶瓷纤维棉中三氧化二铝含量为40～55wt％，且粒径大于0.5mm的渣球含量为0；所述陶瓷纤维棉和玻璃纤维棉质量比例为(3～8)：(2～7)。
本发明制得的纤维针刺毯兼具耐高温、高强度和隔热性能更优的特点，并且成本较低，可用于各类管道和设备保温及作为气凝胶载体等。
按照一定的重量配比，本发明实施例在玻璃纤维棉中加入陶瓷纤维棉，优选使用纤维梳理机开松梳理，即在干态下充分梳理、混合均匀。
本发明实施例所述的玻璃纤维棉是棉型长短的玻璃纤维原料，纤维直径在2μm左右；优选由玻璃纤维纱线短切、再进行开松梳理制得。玻璃纤维成分有二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等；根据玻璃中碱含量的多少，可分为无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和高碱玻璃纤维。在本发明的一些实施例中，主要是采用无碱玻璃纤维短切纱开松后得到玻璃纤维棉，此玻璃棉与将二氧化硅熔化后喷吹成的玻璃棉不同。
具体地，本发明实施例所述的玻璃棉是采用铂金漏板将玻璃熔液先拉成纤维纱线，然后将此玻璃纤维纱线进行短切开松后制得。而通常保温用的玻璃棉，是将玻璃熔液采用离心法或喷吹法直接成纤维棉，是两种不同的工艺方法。离心法或喷吹法制造的玻璃棉不经过针刺，直接加入结合剂，经过加热固化后，制造玻璃棉毡或板，并非针刺法生产工艺，主要用于设备的保温保冷或防火。而本申请实施例的玻璃纤维纱短切后，经过开松针刺，制造玻璃纤维针刺毡。
为开发出符合要求的新型纤维针刺毯，本发明在种类较多的陶瓷纤维棉中进行筛选。本发明实施例所用陶瓷纤维棉的三氧化二铝质量含量在40％～53％范围内，只有符合要求的陶瓷纤维棉通过与玻璃纤维棉混合均匀，才制得兼具两者性能的针刺毯。
经申请人研究，普通陶瓷纤维棉(又称硅酸铝纤维棉)中存在渣球，严重影响针刺毯的保温效果，因此需要将硅酸铝纤维棉中的渣球除去。即本发明所述的陶瓷纤维棉中，粒径大于0.5mm的渣球含量为0。
在本发明的实施例中，所述陶瓷纤维棉采用喷吹工艺或离心工艺，并经过除渣球处理而获得。本发明优先采用喷吹法生产的陶瓷纤维棉，因其纤维直径与离心工艺相比，纤维直径细、更柔软，导热系数更低。陶瓷纤维棉的导热系数因平均温度不同而不同，如其常温导热系数在0.033W/m.k。本发明实施例所述的陶瓷纤维棉的纤维直径可为2～7μm，优选为2～5μm。本发明实施例的陶瓷纤维棉类型包括分类温度从850℃至1430℃的各类型棉，需要经过除渣球处理。示例地，为更好的除去渣球，本申请优先采用水洗工艺，将陶瓷纤维先通过水流破碎分散，然后再通过回形槽和锥形除渣器，将其中粒径大于0.5mm的渣球与纤维分离；陶瓷纤维棉原料可以采用市售。
本发明实施例将除渣球加工后的陶瓷纤维棉加入到玻璃纤维棉，经过梳理混合均匀，然后进行针刺，即可制得不同使用温度的新型纤维针刺毯。所述陶瓷纤维棉和玻璃纤维棉质量比例为(3～8)：(2～7)，例如8:2，7:3，6:4，5:5等，进而制得350～850℃区间使用温度不同的针刺毯。陶瓷纤维含量高时，所制得针刺毯加热线变化低，即耐高温；抗拉强度小；同样针刺频率时，其体积密度大。
在本发明的实施例中，所述玻璃纤维棉与陶瓷纤维棉在干态下开松混合，无粘合剂等其他材料，也与缝合复合的方式不同。
本发明实施例将混合均匀的纤维送入纤维针刺机，针刺成毯，从而得到针刺毯。在本发明的实施例中，通过控制针刺频率可制得不同体积密度的针刺毯，随着加入硅酸铝纤维棉种类不同和数量的多少，可制得化学成分和使用温度不同的针刺毯。
在本发明的实施例中，针刺频率越高，则制造针刺毯密度越大；针刺深度主要是控制毯的厚度。本发明实施例一般无需多道针刺，也无需高温定型，方法简便易行。
本发明实施例提供了如前所述的制备方法得到的纤维针刺毯，其使用温度为350～850℃，体积密度从36kg/m3到120kg/m3。
本发明实施例主要是研发了陶瓷纤维棉和玻璃纤维棉干法混合成毯技术，所制得的针刺毯兼具陶瓷纤维耐高温性、玻璃纤维直径细和强度大及隔热性能更优的特点，该类针刺毯主要用于各类管道和设备保温及作为气凝胶载体等。本发明实施例做法是干法制毯，生产工艺简单，不会产生新的污染物，生产成本低。
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。以下实施例中，所述的玻璃纤维棉由无碱玻璃纤维纱线进行短切成为短切纱，经过开松得到，纤维直径在2μm左右。陶瓷纤维需要采用水洗工艺，先将陶瓷纤维进行水流破碎分散，然后通过回形槽和锥形除渣器，将其中粒径不小于0.5mm的渣球除去。
制品使用温度以加热温度下的线变化率不大于3％作为标准。
实施例1：
所用陶瓷纤维棉为喷吹工艺生产后除去了渣球，其粒径大于0.500mm的渣球含量为0％，纤维直径2～5μm；三氧化二铝含量为50％～52％。
按照重量配比，将以上陶瓷纤维棉80份和玻璃纤维棉20份经过梳理机开松梳理，在干态下充分梳理、混合均匀，之后通过针刺机制得针刺毯。
所得针刺毯性能指标：体积密度120kg/m3，抗拉强度30kpa，加热线变化(850℃×24h)为-2.6％，常温导热系数0.046W/m.k，分类温度为850℃。
并且，本申请进行了以下工艺对比：对比例中所用玻璃纤维棉是将二氧化硅高温熔融后，采用喷吹法生产制造纤维棉，然后加入固化剂，通过高温固化后，制造玻璃纤维板或者玻璃纤维毡，无须针刺成型。
陶瓷纤维针刺毯是将主要成份氧化铝和二氧化硅的原料，经过电阻炉熔融后，高温熔液通过离心机或高压空气喷吹成纤维，经集棉器收集后通过针刺机针刺成毯。三氧化二铝含量为50％～52％陶瓷纤维针刺毯，体积密度在128kg/m3时，抗拉强度25kpa，其加热线变化(1400℃×24h)为-3.6％，常温导热系数为0.035W/m.k，分类温度1400℃。
实施例2：
所用陶瓷纤维棉为喷吹工艺生产后除去了渣球，其粒径大于0.500mm的渣球含量为0％，纤维直径2～5μm；三氧化二铝含量为47％～50％。
按照重量配比，将以上陶瓷纤维棉60份和玻璃纤维棉40份经过梳理机开松梳理，在干态下充分梳理、混合均匀，之后通过针刺机制得针刺毯。
所得针刺毯性能指标：体积密度96kg/m3，抗拉强度32kpa，加热线变化(750℃×24h)为-3.0％，常温导热系数为0.031W/m.k。
而三氧化二铝含量为47％～50％陶瓷纤维针刺毯，体积密度在96kg/m3时，抗拉强度25kpa，其加热线变化(1260℃×24h)为-3.6％，常温导热系数为0.03W/m.k，分类温度1260℃。
实施例3：
所用陶瓷纤维棉为喷吹工艺生产后除去了渣球，其粒径大于0.500mm的渣球含量为0％，纤维直径2～5μm；三氧化二铝含量为45％～47％。
按照重量配比，将以上陶瓷纤维棉50份和玻璃纤维棉50份经过梳理机开松梳理，在干态下充分梳理、混合均匀，之后通过针刺机制得针刺毯。
所得针刺毯性能指标：体积密度90kg/m3，抗拉强度38kpa，加热线变化(600℃×24h)为-2.9％，常温导热系数为0.029W/m.k。
而三氧化二铝含量为45％～47％陶瓷纤维针刺毯，体积密度在128kg/m3时，抗拉强度25kpa，其加热线变化(1260℃×24h)为-3.0％，常温导热系数为0.033W/m.k，分类温度1260℃。
实施例4：
所用陶瓷纤维棉为喷吹工艺生产后除去了渣球，其粒径大于0.500mm的渣球含量为0％，纤维直径2～5μm；三氧化二铝含量为42％～45％。
按照重量配比，将以上陶瓷纤维棉30份和玻璃纤维棉70份经过梳理机开松梳理，在干态下充分梳理、混合均匀，之后通过针刺机制得针刺毯。
所得针刺毯性能指标：体积密度60kg/m3，抗拉强度43kpa，加热线变化(500℃×24h)为-2.8％，常温导热系数为0.025W/m.k。
而三氧化二铝含量为42％～45％陶瓷纤维针刺毯，体积密度在96kg/m3时，抗拉强度25kpa，其加热线变化(1000℃×24h)为-3.9％，常温导热系数为0.033W/m.k，分类温度1000℃。
由以上实施例可知，本发明创新性研制了使用温度在350℃～850℃的纤维针刺毯。该纤维针刺毯主要成分为三氧化二铝和二氧化硅，体积密度可从36kg/m3到120kg/m3。本发明开发出了不同使用温度的新型针刺毯，其填补了使用温度350～850℃区间纤维制品的空白；所述的针刺毯兼具陶瓷纤维的高温性和玻璃纤维棉的低导热系数等性能，可用于各类管道和设备保温及作为气凝胶载体等。本发明生产工艺简单，产品制造成本和使用成本较低，利于工业规模化应用。
本发明的所述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，还可在上述说明的基础上做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有实施方式予以穷举，而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种纤维针刺毯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将玻璃纤维棉与陶瓷纤维棉混合后进行梳理，然后进行针刺，得到纤维针刺毯；
所述陶瓷纤维棉中三氧化二铝含量为40～55wt％，且粒径大于0.5mm的渣球含量为0；所述陶瓷纤维棉和玻璃纤维棉质量比例为(3～8)：(2～7)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷纤维棉采用喷吹工艺或离心工艺，并经过除渣球处理而获得。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷纤维棉的纤维直径为2～7μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维棉通过玻璃纤维短切纱开松梳理制得。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维棉与陶瓷纤维棉在干态下开松混合，无需粘合剂。
6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法得到的纤维针刺毯，其使用温度为350～850℃，体积密度从36kg/m3到120kg/m3。
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