RU2087605C1

RU2087605C1 - Method for manufacture of mats from mineral filaments

Info

Publication number: RU2087605C1
Application number: RU94044998A
Authority: RU
Inventors: В.В. Вусык; В.В. Улыбышев; Н.И. Сигаков; В.Д. Токарев; В.А. Шурыгин; Б.А. Савинов
Original assignee: Акционерное общество "Салаватстекло"
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 1997-08-20
Also published as: RU94044998A

Abstract

FIELD: production of superlight heat-insulating and soundproofing materials used in aircraft industry, mechanical engineering, ship building etc. SUBSTANCE: method involves forming primary layer from fibrous mass of mineral filaments on feeding surface of first conveyor belt movable at predetermined speed; forming mat with predetermined surface density on feeding surface of second conveyor belt movable at speed below that of first belt; compressing mat to required thickness. Primary layer with density making 1-20% of surface density of final mat is made from mineral filaments having diameter of 0.5-3.0 micron. Prior to forming mat, filaments of primary layer are divided into small portions, that are transformed into suspension state in air, and binder is applied to filament portions by spraying. Upon formation of mat on this belt, volume of this mat is increased. Mat is compressed by double-staged thermal treatment: at the first stage, thermal treatment is conducted at temperature below binder polymerization temperature, at the second stage, thermal treatment of mat is conducted simultaneously with premolding at temperature equal to binder polymerization temperature. At the first stage thermal treatment of mat is conducted at temperature 30-60 C below binder polymerization temperature. Upon formation of mat with predetermined surface density, mat is expanded till density reaches value not in excess of 6 kg/cub m. EFFECT: increased efficiency and improved quality. 3 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству сверхлегких теплозвукоизоляционных материалов на основе минеральных волокон, в частности стеклянных, и может быть использовано для обшивки фюзеляжей в самолетах, салонов автовобилей и автобусов, а также в качестве теплоизоляции в области машиностроения, судостроения, приборостроения и строительства жилых и производственных зданий. The invention relates to the production of ultralight heat and sound insulating materials based on mineral fibers, in particular glass, and can be used for cladding the fuselages in aircraft, car and bus interiors, as well as thermal insulation in the field of mechanical engineering, shipbuilding, instrument making and construction of residential and industrial buildings.

Известен способ изготовления электропроводного нетканого материала в процессе 3-х технологических операций: формуют волокнистый холст, холст укладывают на сетчатый конвейер с пропиткой связующим, холст проводят между прессующими валиками для горячего прессования с термофиксацией связующего и синтетических волокон (заявка Японии N 3-9224, МКИ D 04 H 1/54, 1990 г.). A known method of manufacturing an electrically conductive non-woven material during 3 technological operations: a fibrous canvas is formed, the canvas is laid on a mesh conveyor impregnated with a binder, the canvas is held between the pressing rollers for hot pressing with heat setting of the binder and synthetic fibers (Japanese application No. 3-9224, MKI D 04 H 1/54, 1990).

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получить структуру материала, обеспечивающего высокую прочность к расслоению и восстановлению формы и первоначального объема (упругость) после деформации и формование изделий с малой объемной плотностью. The disadvantage of this method is that it does not allow to obtain a structure of a material that provides high strength to delamination and restoration of shape and initial volume (elasticity) after deformation and molding of products with low bulk density.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения матов из минеральных волокон, включающий формование первичного слоя из волокнистой массы минеральных волокон на приемной поверхности первой транспортерной ленты, движущейся с определенной скоростью, формование мата с заданной поверхностной плотностью на приемной поверхности второй транспортерной ленты, движущейся со скоростью намного ниже скорости первой транспортерной ленты, и уплотнение мата до заданной толщины (патент Швейцарии N 679161, МКИ D 04 H 3/00, 1991 г. прототип). Closest to the invention in technical essence is a method for producing mats from mineral fibers, comprising forming a primary layer of fibrous mass of mineral fibers on the receiving surface of the first conveyor belt moving at a certain speed, forming a mat with a given surface density on the receiving surface of the second conveyor belt moving at a speed much lower than the speed of the first conveyor belt, and sealing the mat to a predetermined thickness (Swiss patent N 679161, MKI D 04 H 3/00, 1991 . Prototype).

Недостатком известного способа является то, что систематическая укладка первичного слоя волокон с накладкой слоя друг на друга при одновременной пропитке связующим означает, что полученный в итоге материал имеет ярко выраженную слоистую структуру, а расположение слоев наклонно под любым углом приводит к снижению прочности мата и расслоению по этим наклонным направлениям. Кроме того полученный данным способом материал имеет недостаточные эксплуатационные и монтажные свойства. The disadvantage of this method is that the systematic laying of the primary layer of fibers with the layer overlay while impregnating with a binder means that the resulting material has a pronounced layered structure, and the location of the layers obliquely at any angle leads to a decrease in the strength of the mat and delamination to these oblique directions. In addition, the material obtained by this method has insufficient operational and installation properties.

Задача, на разрешение которой направлено заявленное изобретение, заключается в получении сверхлегкого мата с равномерной структурой, обладающего высокими монтажными и эксплуатационными характеристиками. The problem to be solved by the claimed invention is directed, is to obtain an ultralight mat with a uniform structure with high mounting and operating characteristics.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в снижении объемной плотности, повышении упругости, прочности к расслоению. Этот технический результат достигается за счет того, что в известном способе получения матов из минеральных волокон, включающем формование первичного слоя из волокнистой массы минеральных волокон на приемной поверхности первой транспортерной ленты, движущейся с определенной скоростью, формование мата с заданной поверхностной плотностью на приемной поверхности второй транспортерной ленты, движущейся со скоростью намного ниже скорости первой транспортерной ленты, и уплотнение мата до заданной толщины, формование первичного слоя плотностью, составляющей 1 20% от поверхностной плотности конечного мата, осуществляют из минеральных волокон диаметром 0,5 - 3,0 мкм, перед формованием мата волокна первичного слоя разделяют на малые порции, переводят их во взвешенное в воздухе состояние, наносят на них распыленное связующее, а после формования мата на этой ленте производят увеличение объема мата, а уплотнение мата осуществляют путем его двухстадийной термообработки, причем на первой стадии термообработку проводят при температуре ниже температуры полимеризации связующего, а на второй стадии термообработку мата проводят одновременно с подпрессовыванием при температуре, равной температуре полимеризации связующего. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is expressed in a decrease in bulk density, an increase in elasticity, and delamination strength. This technical result is achieved due to the fact that in the known method for producing mats from mineral fibers, comprising forming a primary layer of fibrous mass of mineral fibers on the receiving surface of the first conveyor belt moving at a certain speed, forming the mat with a given surface density on the receiving surface of the second conveyor belt a belt moving at a speed much lower than the speed of the first conveyor belt, and sealing the mat to a predetermined thickness, forming the primary layer of the raft With a component of 1 20% of the surface density of the final mat, they are made of mineral fibers with a diameter of 0.5 - 3.0 μm, before forming the mat, the fibers of the primary layer are divided into small portions, put into suspended state in the air, and sprayed with a binder and after forming the mat on this tape, an increase in the volume of the mat is carried out, and the mat is compacted by two-stage heat treatment, and in the first stage, the heat treatment is carried out at a temperature below the binder polymerization temperature, and the second stage, the heat treatment of the mat is carried out simultaneously with prepressing at a temperature equal to the polymerization temperature of the binder.

Технический результат также достигается за счет следующих дополнительных условий:
термообработку мата на первой стадии осуществляют на 30 60^oC ниже температуры полимеризации связующего;
после формования мата с заданной поверхностной плотностью производят операцию по увеличению объема мата до достижения его объемной плотности не более 6 кг/м³.The technical result is also achieved due to the following additional conditions:
heat treatment of the mat in the first stage is carried out at 30-60 ^o C below the polymerization temperature of the binder;
after molding the mat with a given surface density, an operation is performed to increase the mat volume until its bulk density reaches not more than 6 kg / m ³ .

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом заключается в использовании большой скорости первой транспортерной ленты и ультратонких минеральных волокон диаметром 0,5 3,0 мкм, позволяющих формировать первичный слой мата на первой транспортерной ленте с малой поверхностной плотностью, составляющей 1 20% от поверхностной плотности конечного материала, что позволяет из-за малого сопротивления слоя максимально удалить из него газы путем использования камеры отсоса. Полученный первичный слой подвергают трем дополнительным операциям: волока первичного слоя делят на малые порции, переводят их во взвешенное состояние, наносят на них распыленное связующее. После чего они хаотически оседают и равномерно распределяются в мате и, благодаря малой скорости второй транспортерной ленты, позволяют формовать мат с заданной поверхностной плотностью. Однако при падении волокон на вторую транспортерную ленту объем мата недостаточен. Для этого вводят дополнительную операцию по увеличению объема мата при выходе его с транспортерной ленты путем обогащения потоком воздуха межволоконного пространства, не меняя ориентацию волокон, а для придания формоустойчивости при сохранении объема мат уплотняют путем двухстадийной термообработки. A causal relationship between the set of essential features and the technical result achieved is to use the high speed of the first conveyor belt and ultra-thin mineral fibers with a diameter of 0.5 to 3.0 μm, which allow the formation of a primary mat layer on the first conveyor belt with a low surface density of 1 20 % of the surface density of the final material, which allows due to the low resistance of the layer to remove gases from it as much as possible by using a suction chamber. The obtained primary layer is subjected to three additional operations: the primary layer is divided into small portions, put into suspension, and a binder is sprayed onto them. Then they randomly settle and are evenly distributed in the mat and, thanks to the low speed of the second conveyor belt, they allow the mat to be formed with a given surface density. However, when fibers fall onto the second conveyor belt, the mat volume is insufficient. For this, an additional operation is introduced to increase the volume of the mat when it leaves the conveyor belt by enriching the interfiber space with an air stream, without changing the orientation of the fibers, and to give shape stability while maintaining the volume, the mat is compacted by two-stage heat treatment.

ПРИМЕР 1. (см. черт. ) Подготовленный в одном из известных устройств (печь, вагранка) минеральный расплав поступает в узел 1 подачи расплава, имеющий заданный дебит и заданные технологические параметры температуру и вязкость. Узел формования 2 превращают расплав в тонкие штапельные волокна диаметром 0,5 мкм. Взвешенные в потоке энергоносителя волокна поступают на приемную поверхность первой транспортерной ленты 3, движущейся со скоростью 60 м/мин, где и происходит формование мата с поверхностной плотностью 1,7 г/м². Далее волокна первичного слоя разделяют на малые порции с помощью узла 4 и переводят их во взвешенное в воздухе состояние за счет подачи воздуха в верхнюю горловину диффузора в камеру волокноосаждения 5 и затем наносят на волокна связующее через узел 6. Пропитанные связующим волокна падают на приемную поверхность второй транспортерной ленты, движущейся со скоростью 1 м/мин где и происходит формование мата с заданной поверхностной плотностью 100 г/м².EXAMPLE 1. (see diagram) Prepared in one of the known devices (furnace, cupola), the mineral melt enters the melt supply unit 1 having a predetermined flow rate and predetermined process parameters temperature and viscosity. The molding unit 2 transform the melt into thin staple fibers with a diameter of 0.5 μm. The fibers suspended in the energy carrier flow enter the receiving surface of the first conveyor belt 3, moving at a speed of 60 m / min, where the mat is formed with a surface density of 1.7 g / m ² . Next, the fibers of the primary layer are divided into small portions using a node 4 and translate them into air-suspended state by supplying air to the upper neck of the diffuser in the fiber deposition chamber 5 and then the binder is applied to the fibers through the node 6. The fibers impregnated with the binder fall onto the receiving surface of the second conveyor belt moving at a speed of 1 m / min where the mat is formed with a given surface density of 100 g / m ² .

При прососе воздуха через мат за счет разряжения в камере отсоса 7 происходит подпрессовка мата, уменьшается его толщина и увеличивается его объемная плотность. От ликвидации этого негативного эффекта и обеспечения возможности получения из тонких волокон сверхлегких изделий после выхода из камеры волокноосаждения5 и из зоны действия камеры отсоса 7 проводится увеличение объема мата за счет нагнетания в объем мата воздуха через пневматическую головку 8. When air is sucked through the mat due to discharge in the suction chamber 7, the mat is prepressed, its thickness decreases and its bulk density increases. From eliminating this negative effect and making it possible to obtain ultralight products from thin fibers after exiting the fiber deposition chamber 5 and from the zone of operation of the suction chamber 7, the mat volume is increased by injecting air into the mat volume through the pneumatic head 8.

Увеличенный в объеме мат передается на конвейер 9 камеры сушки 9, где из объемного мата, находящегося в свободном состоянии и без подпрессовки за счет конвективного теплообмена с горячим воздухом, температура которого равна 120^o ± 5^oC, удаляется растворитель связующего, при чем влагосодержание мата равно 2% по весу. После камеры сушки 9 мат приобретает прочность и объемная плотность его равна 2 кг/м³, не прилипает к контактирующим с ним поверхностям, но при деформации меняет свои размеры, так как не прошла полностью реакция полимеризации и материал находится в пластичном состоянии.The increased mat is transferred to the conveyor 9 of the drying chamber 9, where the binder solvent is removed from the bulk mat, which is in a free state and without prepressing due to convective heat exchange with hot air, the temperature of which is 120 ^o ± 5 ^o C, with the moisture content of the mat equal to 2% by weight. After the drying chamber 9, the mat acquires strength and its bulk density is 2 kg / m ³ , does not adhere to the surfaces in contact with it, but changes its dimensions upon deformation, since the polymerization reaction has not completely passed and the material is in a plastic state.

Подсушенный мат с объемным весом, равным 4 кг/м³ передается на конвейер камеры 10 термообработки и калибрования до толщины 10 мм за счет подпрессовок и температуры полимеризации фенольного связующего, равной 170^oC. На выходе из камеры термообработки 10 мат может разрезаться продольными и поперечными ножами на необходимые размеры.The dried mat with a bulk density of 4 kg / m ³ is transferred to the conveyor of the heat treatment and calibration chamber 10 to a thickness of 10 mm due to pre-presses and a polymerization temperature of the phenolic binder of 170 ^o C. At the exit from the heat treatment chamber 10, the mat can be cut longitudinal and transverse knives to the required sizes.

ПРИМЕР 2. Осуществляется аналогично примеру 1, но формование первичного слоя с диаметром волокон 1,0 мкм. на первой транспортерной ленте производят с поверхностной плотностью равной 5 г/м², а формование мата на второй транспортерной ленте с заданной поверхностной плотностью равной 300 г/м², причем термообработку мата на I-ой стадии осуществляют при температуре 130±5^oC, а объемная плотность равна 3,5 кг/м³.EXAMPLE 2. Carried out analogously to example 1, but the molding of the primary layer with a fiber diameter of 1.0 μm. on the first conveyor belt is produced with a surface density of 5 g / m ² , and the formation of the mat on the second conveyor belt with a given surface density of 300 g / m ² , and the heat treatment of the mat in stage I is carried out at a temperature of 130 ± 5 ^o C, and bulk density is 3.5 kg / m ³ .

ПРИМЕР 3. Осуществляют аналогично примеру 1, но формование первичного слоя с диаметром волокон 3 мкм на первой транспортерной ленте производят с поверхностной плотностью равной 10 г/м², а формование мата на второй транспортерной ленте с заданной поверхностной плотностью равной 600 г/м², причем термообработку мата на I-ой стадии осуществляют при температуре 150±5^oC, а объемная плотность равна 6 кг/м³.EXAMPLE 3. Carried out analogously to example 1, but the molding of the primary layer with a fiber diameter of 3 μm on the first conveyor belt is performed with a surface density of 10 g / m ² and the molding of the mat on the second conveyor belt with a given surface density of 600 g / m ² moreover, the heat treatment of the mat at the first stage is carried out at a temperature of 150 ± 5 ^o C, and bulk density is 6 kg / m ³ .

Свойства матов из минеральных волокон по примерам N1 N3 в сравнении с известным приведены в таблице. The properties of mineral fiber mats according to examples N1 N3 in comparison with the known are shown in the table.

Как видно из таблицы 1, заявленный способ позволяет получить отформованные сверхлегкие теплозвукоизоляционные материалы с объемной плотностью от 8 до 15 кг/м³ в сочетании с высокой упругостью и прочностью расслоения. Высокая объемная плотность у мата из минерального волокна того же диаметра даже в сочетании с достаточно высокими эксплуатационными свойствами (прочность расслоения и упругость) у аналога не обеспечивает требований авиационной и автомобильной промышленности в получении сверхлегких изделий.As can be seen from table 1, the claimed method allows to obtain molded ultralight heat and sound insulating materials with a bulk density of 8 to 15 kg / m ³ in combination with high elasticity and strength of delamination. The high bulk density of a mat of mineral fiber of the same diameter, even in combination with sufficiently high operational properties (delamination strength and elasticity) of the analogue does not meet the requirements of the aviation and automotive industries for ultralight products.

Показатель объемной плотности у прототипа находится на уровне показателя объемной плотности у мата по заявляемому способу, однако два других показателя (упругость и прочность расслоения) значительно уступают заявляемому. The volumetric density index of the prototype is at the level of the bulk density index of the mat according to the claimed method, however, two other indicators (elasticity and strength of delamination) are significantly inferior to the claimed one.

Таким образом, требуемый в авиационной промышленности и в автомобилестроении сверхлегкий материал, обладающий высокими монтажными и эксплуатационными свойствами получить до заявляемого способа практически было невозможно. Thus, the ultralight material required in the aviation industry and in the automotive industry with high mounting and operational properties was practically impossible to obtain before the claimed method.

Claims

1. A method of producing mats from mineral fibers, including forming a primary layer of fibrous mass of mineral fibers on the receiving surface of the first conveyor belt moving at a certain speed, forming a mat with a given surface density on the receiving surface of the second conveyor belt moving at a speed much lower than the speed of the first conveyor belt, sealing the mat to a predetermined thickness and gluing, characterized in that the molding of the primary layer with a density of 1 20% of the surface the density of the final mat, is carried out from mineral fibers with a diameter of 0.5 to 3.0 μm, before forming the mat, the fibers of the primary layer are divided into small portions, put into suspension in the air, sprayed with a binder for bonding, and after forming the mat the increase in the volume of the mat, while the mat is compacted by two-stage heat treatment, and in the first stage, the heat treatment is carried out at a temperature below the binder polymerization temperature, and in the second stage, the heat treatment the mat is carried out simultaneously with prepressing at a temperature equal to the binder polymerization temperature.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heat treatment of the mat in the first stage is carried out at a temperature of 30-60 ^o below the polymerization temperature of the binder.

3. The method according to claim 1, characterized in that after molding the mat with a given surface density, an operation is performed to increase the volume of the mat until its bulk density reaches not more than 6 kg / m ³ .