CN108166298B - 一种高硅氧玻璃纤维毡及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高硅氧玻璃纤维毡，包括以下重量份数的组分：纤维长度为2～4mm的高硅氧玻璃纤维：35～45份；纤维长度为10～18mm的高硅氧玻璃纤维：35～45份；纤维长度为2～4mm的超细玻璃纤维：10～30份。本发明通过不同长度的纤维之间的交织获得更好的机械强度，同时细纤维会填充粗纤维之间的孔隙，减小孔径，从而降低对流传热，降低导热系数。实验结果证明，本发明中的高硅氧玻璃纤维毡的导热系数为0.035W/(m·K)，抗拉强度为76KPa，并且对折不开裂。本发明还提供了一种高硅氧玻璃纤维的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于无机保温材料技术领域，尤其涉及一种高硅氧玻璃纤维毡及其制备方法。
背景技术
随着国家对于环境治理力度的加大，无机保温材料以其受热时无烟无味的优点越来越受到市场的青睐。目前，无机结合纤维板的生产制造技术已趋于成熟，但对于蒸汽管道、异型家用电器等行业，硬质无机结合纤维板很难满足其保温需求，需要制备一种可弯曲的无机纤维制品，该制品既具有低导热系数，受热时又不会产生烟气。
专利(CN104529144A)“一种具有低导热系数的高硅氧玻璃纤维毡的制备方法”公开了一种高硅氧玻璃纤维毡的制备方法，将二氧化硅和碳酸钠混合得到配合料，然后投入窑炉，进行高温熔制，制得高硅氧玻璃球，将高硅氧玻璃球加入拉丝炉中进行二次熔化，然后经过漏板喷吹制得高硅氧玻璃纤维原棉；将高硅氧玻璃纤维原棉进行酸处理，然后进行清洗并烘干；再放入打浆机打浆，然后采用抄片机制得高硅氧玻璃纤维棉毡；将高硅氧玻璃纤维棉毡烘干，然后放入气氛炉，抽真空后充入低导热系数的气体至0.1～3MPa，然后进行烧结即得。
专利(CN204058869U)“一种高硅氧玻璃纤维针刺毡”公开了一种高硅氧玻璃纤维针刺毡，由纤维梳理、铺叠成的多层毡网构成，所述多层毡网之间间隔穿刺有针刺形成的垂向短丝纤维，所述垂向短丝纤维与毡网各层纤维相互联结，其特征在于，所述多层毡网中的纤维为短切高硅氧玻璃纤维，所述多层毡网中的纤维呈单纤维，具有三维微孔结构，所述短切高硅氧玻璃纤维中含有无数固定气孔。
专利(CN104529144A)“一种具有低导热系数的高硅氧玻璃纤维毡的制备方法”公开的一种高硅氧玻璃纤维毡的制备方法可以有效降低高硅氧玻璃纤维毡的导热系数，但生产工艺复杂，需要高温烧结获得强度，能耗高，制品煅烧后脆性增大，对折易开裂，施工不方便。专利(CN204058869U)“一种高硅氧玻璃纤维针刺毡”公开的一种高硅氧玻璃纤维针刺毡通过针刺提高强度，但针刺破坏了内部结构，并产生“热桥”，增大了制品的导热系数，保温效果差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硅氧玻璃纤维毡及其制备方法，本发明中的玻璃纤维毡同时具有高的强度和低的导热系数。
本发明提供一种高硅氧玻璃纤维毡，包括以下重量份数的组分：
纤维长度为2～4mm的高硅氧玻璃纤维：35～45份；
纤维长度为10～18mm的高硅氧玻璃纤维：35～45份；
纤维长度为2～4mm的超细玻璃纤维：10～30份。
优选的，所述超细玻璃纤维包括无碱超细玻璃纤维、中碱超细玻璃纤维和高碱超细玻璃纤维中的一种或几种；
所述超细玻璃纤维的直径为1～3μm。
优选的，所述纤维长度为2～4mm的高硅氧玻璃纤维的直径为7～9μm；
所述纤维长度为10～18mm的高硅氧玻璃纤维的直径为7～9μm。
优选的，所述纤维长度为2～4mm的高硅氧玻璃纤维中SiO2的含量≥96％；
所述纤维长度为10～18mm的高硅氧玻璃纤维中SiO2的含量≥96％。
本发明提供一种高硅氧玻璃纤维毡的制备方法，包括以下步骤：
A)将35～45重量份的高硅氧玻璃纤维原料和10～30重量份的超细玻璃纤维原料进行打浆，纤维打短至2～4mm；
B)将35～45重量份的高硅氧玻璃纤维原料加入步骤A)得到的棉浆中，进行打浆，新加入的高硅氧玻璃纤维原料的纤维打短至10～18mm；
C)将步骤B)得到的棉浆依次抄取成型、真空吸滤脱水和烘干，得到高硅氧玻璃纤维毡。
优选的，所述步骤A)中高硅氧玻璃纤维原料的纤维长度为12～20mm；
所述步骤B)中高硅氧玻璃纤维原料的纤维长度为12～20mm。
优选的，所述超细玻璃纤维原料的纤维长度为20～40mm。
优选的，所述步骤A)中打浆的搅拌速度为800～1200rpm；
所述步骤A)中打浆的搅拌时间为20～30min。
优选的，所述步骤B)中打浆的搅拌速度为800～1200rpm；
所述步骤B)中打浆的搅拌时间为5～8min。
优选的，所述步骤C)中烘干的温度为110～130℃。
本发明提供了一种高硅氧玻璃纤维毡，包括以下重量份数的组分：纤维长度为2～4mm的高硅氧玻璃纤维：35～45份；纤维长度为10～18mm的高硅氧玻璃纤维：35～45份；纤维长度为2～4mm的超细玻璃纤维：10～30份。本发明通过不同长度的纤维之间的交织获得更好的机械强度，同时细纤维会填充粗纤维之间的孔隙，减小孔径，从而降低对流传热，降低导热系数。实验结果证明，本发明中的高硅氧玻璃纤维毡的导热系数为0.035W/(m·K)，抗拉强度为76KPa，并且对折不开裂。
具体实施方式
本发明提供了一种高硅氧玻璃纤维毡，包括以下重量份数的组分：
纤维长度为2～4mm的高硅氧玻璃纤维：35～45份；
纤维长度为10～18mm的高硅氧玻璃纤维：35～45份；
纤维长度为2～4mm的超细玻璃纤维：10～30份。
在本发明中，所述高硅氧玻璃纤维毡中，包括70～90重量份的高硅氧玻璃纤维和10～30份的超细玻璃纤维，其中，高硅氧玻璃纤维按照纤维长度不同分为两部分，35～45重量份、优选为40重量份的高硅氧玻璃纤维的长度为2～4mm，优选为3mm；35～45重量份、优选为40重量份的高硅氧玻璃纤维的长度为10～18mm，优选为12～16mm，更优选为14～15mm；10～30重量份、优选20～25重量份的超细玻璃纤维的纤维长度为2～4mm，优选为3mm。
在本发明中，所述高硅氧玻璃纤维中SiO2的质量含量优选≥96％，所述高硅氧玻璃纤维的纤维直径优选为7～9μm，更优选为8μm；
所述超细玻璃纤维优选包括无碱超细玻璃纤维、中碱超细玻璃纤维和高碱超细玻璃纤维中的一种或几种；所述超细玻璃纤维的纤维直径优选为1～3μm，更优选为2μm。
本发明对高硅氧玻璃纤维毡的尺寸没有特殊的限制，在本发明的实施例中，可以是厚度为10mm的玻璃纤维毡，其长和宽可根据实际需要进行剪裁。
本发明还提供了一种高硅氧玻璃纤维毡的制备方法，包括以下步骤：
A)将35～45重量份的高硅氧玻璃纤维原料和10～30重量份的超细玻璃纤维原料进行打浆，纤维打短至2～4mm；
B)将35～45重量份的高硅氧玻璃纤维原料加入步骤A)得到的棉浆中，进行打浆，新加入的高硅氧玻璃纤维原料的纤维打短至10～18mm；
C)将步骤B)得到的棉浆依次抄取成型、真空吸滤脱水和烘干，得到高硅氧玻璃纤维毡。
本发明中的高硅氧玻璃纤维毡是以高硅氧玻璃纤维和超细玻璃纤维为原料，经打浆、抄取成型和烘干制成。
本发明先称取一半高硅氧玻璃纤维和全部的超细玻璃纤维，加入水，进行打浆，将纤维打短至2～4mm，优选为3mm。
所述高硅氧玻璃纤维原料的总量优选为70～90重量份，更优选为75～85重量份，最优选为80重量份；所述一半高硅氧玻璃纤维的重量份数优选为35～45，更优选为40；所述超细玻璃纤维原料的用量优选为10～30重量份，更优选为15～25重量份，最优选为20重量份。
所述高硅氧玻璃纤维原料的纤维长度优选为12～20mm，更优选为12～15mm、15～17mm或17～20mm；所述高硅氧玻璃纤维原料的纤维直径优选为7～9μm，更优选为8μm；所述超细玻璃纤维原料的纤维长度优选为20～40mm，更优选为20～23mm、23～26mm、35～40mm；所述超细玻璃纤维原料的纤维直径优选为1～3μm，更优选为2μm。
在本发明中，所述搅拌的速度优选为800～1200rpm，更优选为900～1100rpm，最优选为1000rpm；所述搅拌的时间为20～30min，更优选为25min。
完成第一次打浆后，本发明将剩余部分的高硅氧玻璃纤维加入棉浆中，继续打浆，将新加入的高硅氧玻璃纤维打短至10～18mm，优选为10～13mm、13～15mm或15～18mm。
所述搅拌的速度优选为800～1200rpm，更优选为900～1100rpm，最优选为1000rpm；所述搅拌的时间为5～8min，更优选为6～7min。
本发明之所以未在第一次打浆中将高硅氧玻璃纤维全部加入打浆机中，是为了保证最终的棉浆中既有短纤维又有长纤维，使纤维更好的交织，保证产品强度。
将打好的棉浆通过长网抄取工艺成型，并真空吸滤脱水，通过热风烘干，得到高硅氧玻璃纤维毡。
在本发明中，所述抄取工艺、真空吸滤脱水和热风烘干均为本领域技术人员常用的工艺操作，所述烘干的温度优选为110～130℃，更优选为120℃。
与现有技术中通常采用的高温烧结，使有机纤维熔融粘结一体来获得搞得强度不同，本发明仅通过物理搅拌方法，将不同直径及长度的纤维的交织在一起，获得较高的机械强度和较低的导热系数，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明方案操作工艺简单，可连续化生产；
(2)本发明方案制备的高硅氧玻璃纤维毡具有低导热系数，并属于纯无机制品，高温下使用无烟无味。
(3)本发明中的高硅氧玻璃纤维毡机械性能好，抗拉强度高，对折不开裂，施工方便。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种高硅氧玻璃纤维毡及其制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
称取35重量份高硅氧玻璃纤维(平均纤维直径7μm，纤维长度12～15mm，SiO2含量96.5％)、30重量份无碱超细玻璃纤维(平均纤维直径3μm，纤维长度20～23mm)加入预先注入水的打浆池中，开启打浆机，高速搅拌混匀，搅拌速度为800rpm，搅拌30min，纤维打短至2～4mm；称取35重量份高硅氧玻璃纤维(平均纤维直径7μm，纤维长度12～15mm，SiO2含量96.5％)加入棉浆中，继续搅拌8min，搅拌速度保持800rpm，新加入的高硅氧玻璃纤维打短至10～13mm；将混合好的物料通过长网抄取工艺成型，并真空吸滤脱水，通过热风烘干，烘干温度为110℃。
实施例2
称取40重量份高硅氧玻璃纤维(平均纤维直径8μm，纤维长度15～17mm，SiO2含量96％)、20重量份无碱超细玻璃纤维(平均纤维直径2μm，纤维长度23～26mm)加入预先注入水的打浆池中，开启打浆机，高速搅拌混匀，搅拌速度为1000rpm，搅拌25min，纤维打短至2～4mm；称取40重量份高硅氧玻璃纤维(平均纤维直径8μm，纤维长度15～17mm，SiO2含量96％)加入棉浆中，继续搅拌6min，搅拌速度保持1000rpm，新加入的高硅氧玻璃纤维打短至13～15mm；将混合好的物料通过长网抄取工艺成型，并真空吸滤脱水，通过热风烘干，烘干温度为120℃。
实施例3
称取45重量份高硅氧玻璃纤维(平均纤维直径9μm，纤维长度17～20mm，SiO2含量97％)、10重量份无碱超细玻璃纤维(平均纤维直径1μm，纤维长度35～40mm)加入预先注入水的打浆池中，开启打浆机，高速搅拌混匀，搅拌速度为1200rpm，搅拌20min，纤维打短至2～4mm；称取45重量份高硅氧玻璃纤维(平均纤维直径9μm，纤维长度17～20mm，SiO2含量97％)加入棉浆中，继续搅拌5min，搅拌速度保持1200rpm，新加入的高硅氧玻璃纤维打短至15～18mm；将混合好的物料通过长网抄取工艺成型，并真空吸滤脱水，通过热风烘干，烘干温度为130℃。
比较例
将二氧化硅和碳酸钠按3:1的质量比混合后得到配合料，然后将配合料投入窑炉，在1350℃的温度下进行熔制，制得高硅氧玻璃球；将制得的高硅氧玻璃球加入拉丝炉中进行二次熔化，然后经过漏板喷吹制得高硅氧玻璃纤维原棉，漏板温度为1200℃，漏嘴孔径1.0mm；将制得的高硅氧玻璃纤维原棉放入10wt％的盐酸溶液中于60℃下处理2h，然后进行清洗并烘干，烘干温度为120℃，时间为20h；取烘干后的高硅氧玻璃纤维原棉放入打浆机打浆，然后采用抄片机制得高硅氧玻璃纤维棉毡；将棉毡烘干放入气氛炉，抽真空后充入氮气至0.1MPa，然后进行烧结，即得。具体烧结工艺：先升温至600℃，保温1h后，再升温至810℃，保温1.5h后冷却至550℃，保温1h后再冷却至室温。
将本发明实施例1～3制备得到的高硅氧玻璃纤维毡依次编号为A、B、C，将对比实施例制备的样品编号为D。分别测试样品的体积密度、平均25℃导热系数、抗拉强度和对折开裂情况，得到如下表所示数据：
表1本发明实施例1～3和比较例中产品的性能数据
表中数据显示，本发明所述的高硅氧玻璃纤维毡(样品A、B、C)导热系数与对比例样品相差无几，绝热效果优异；抗拉强度高于60KPa、对折不开裂，施工方便。对比例制备的样品D在相同检测条件下，抗拉强度略差，对折开裂，施工不方便，且连续化生产难度较大。
以上所述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 (10)
1.一种高硅氧玻璃纤维毡，包括以下重量份数的组分：
纤维长度为2～4mm的高硅氧玻璃纤维：35～45份；
纤维长度为10～18mm的高硅氧玻璃纤维：35～45份；
纤维长度为2～4mm的超细玻璃纤维：10～30份。
2.根据权利要求1所述的高硅氧玻璃纤维毡，其特征在于，所述超细玻璃纤维包括无碱超细玻璃纤维、中碱超细玻璃纤维和高碱超细玻璃纤维中的一种或几种；
所述超细玻璃纤维的直径为1～3μm。
3.根据权利要求1所述的高硅氧玻璃纤维毡，其特征在于，所述纤维长度为2～4mm的高硅氧玻璃纤维的直径为7～9μm；
所述纤维长度为10～18mm的高硅氧玻璃纤维的直径为7～9μm。
4.根据权利要求1所述的高硅氧玻璃纤维毡，其特征在于，所述纤维长度为2～4mm的高硅氧玻璃纤维中SiO2的含量≥96％；
所述纤维长度为10～18mm的高硅氧玻璃纤维中SiO2的含量≥96％。
5.一种高硅氧玻璃纤维毡的制备方法，包括以下步骤：
A)将35～45重量份的高硅氧玻璃纤维原料和10～30重量份的超细玻璃纤维原料进行打浆，纤维打短至2～4mm；
B)将35～45重量份的高硅氧玻璃纤维原料加入步骤A)得到的棉浆中，进行打浆，新加入的高硅氧玻璃纤维原料的纤维打短至10～18mm；
C)将步骤B)得到的棉浆依次抄取成型、真空吸滤脱水和烘干，得到高硅氧玻璃纤维毡。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)中高硅氧玻璃纤维原料的纤维长度为12～20mm；
所述步骤B)中高硅氧玻璃纤维原料的纤维长度为12～20mm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述超细玻璃纤维原料的纤维长度为20～40mm。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)中打浆的搅拌速度为800～1200rpm；
所述步骤A)中打浆的搅拌时间为20～30min。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)中打浆的搅拌速度为800～1200rpm；
所述步骤B)中打浆的搅拌时间为5～8min。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C)中烘干的温度为110～130℃。
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