一种高强度岩棉材料及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201710110505.7 | 申请日 | 2017-02-28 | 公开(公告)号 | CN106863955A | 公开(公告)日 | 2017-06-20 |
| 申请人 | 天长市康美达新型绝热材料有限公司; | 发明人 | 谢春竹; 顾炜翔; 李振瑞; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种高强度岩 棉 材料及其制备方法。 岩棉 材料，由多层岩棉 纤维 层堆积后经压制得到的；其中，还包括叠置在多层岩棉纤维中的增强岩棉复合纤维层，增强岩棉复合纤维层包括由具有 碳 纤维 纱线 芯的岩棉纤维纱线构成的增强网，所述岩棉纤维纱线是通过将 碳纤维 纱线浸渍岩棉纤维熔浆后制备得到的。本发明的高强度岩棉材料通过在多层岩棉纤维层中叠置增强岩棉复合纤维层，增加了岩棉材料的机械强度，各性能指标也均达到国家标准。制备方法采用现有压制工艺即可，简单，并优选设计了专用浸渍包覆装置，使得制备过程更简易，工业化程度高，生产效率高。本发明的高强度岩棉材料可直接用于外墙保温，保温效果好。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高强度岩棉材料，由多层岩棉纤维层堆积后经压制得到的；其特征在于：还包括增强岩棉复合纤维层，所述增强岩棉复合纤维层叠置在多层岩棉纤维中；其中，所述增强岩棉复合纤维层包括由具有碳纤维纱线芯的岩棉纤维纱线构成的增强网，所述岩棉纤维纱线是通过将碳纤维纱线浸渍岩棉纤维熔浆后制备得到的。 |
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| 说明书全文 | 一种高强度岩棉材料及其制备方法技术领域背景技术[0002] 岩棉材料是将包括天然岩石的原料制成的岩棉纤维堆积成的岩棉材料经过三维压棉机压制得到的。经三维压棉机压制得到的岩棉材料再经过后续的切割处理得到所需形状的岩棉型材。岩棉制品用途广泛，适用于建筑、石油、电力、冶金、纺织、国防、交通运输等行业。 [0003] 但是该岩棉型材由于抗拉强度太低，易收缩和开裂，用于外墙系统会渗漏甚至脱落。在用于管道贮罐、锅炉、烟道、热交换器、风机、车船等工业设备的隔热隔声应用时，也无法直接包裹于设备外部，仍需要外加防护层。而且，在外加防护层的后续加工过程中，由于现有岩棉材料的强度低、易开裂等问题的存在，导致后续加工过程需小心谨慎，否则会造成岩棉材料的破坏，导致加工效率低，增加生产成本。 发明内容[0005] 为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案： [0006] 本发明的一种高强度岩棉材料，由多层岩棉纤维层堆积后经压制得到的；其中，还包括增强岩棉复合纤维层，所述增强岩棉复合纤维层叠置在多层岩棉纤维中；其中，所述增强岩棉复合纤维层包括由具有碳纤维纱线芯的岩棉纤维纱线构成的增强网，所述岩棉纤维纱线是通过将碳纤维纱线浸渍岩棉纤维熔浆后制备得到的。 [0007] 一种优选的技术方案是，所述高强度岩棉材料是由包括岩棉纤维层和增强岩棉复合纤维层交替叠置的多层纤维预制体经压制得到的；且所述多层纤维预制体的上表面层和下表面层为岩棉纤维层。 [0008] 一种优选的技术方案是，所述增强岩棉复合纤维层还包括至少一层竖向岩棉纤维过渡连接层，所述至少一层竖向岩棉纤维过渡连接层设置在所述增强网的上表面和/或下表面上；其中，所述竖向岩棉纤维过渡连接层是指纤维丝沿竖直放置排布的；与岩棉纤维层的沿水平方向排布的纤维丝相交叉。增加岩棉材料的整体性，在使用中不分层，不开裂。 [0009] 优选地，交叉的角度不限定，优选为90°。 [0010] 一种优选的技术方案是，在将碳纤维纱线浸渍岩棉纤维熔浆前，对碳纤维纱线的表面进行喷砂毛化处理。提高了两者的结合强度，不会出现岩棉纤维壳体剥落的现象。 [0011] 一种优选的技术方案是，所述增强网为由具有碳纤维纱线芯的岩棉纤维纱线编织构成的三维立体网；网眼为六角柱状体。增加岩棉材料的机械强度的同时，增加了耐揉折性。 [0012] 一种优选的技术方案是，所述岩棉纤维层是将岩棉纤维熔浆在离心抛甩及空气冷却作用下凝结成丝状的纤维丝，并鼓风成型得到的；其中，按重量份，所述岩棉纤维熔浆是由包括玄武岩40～50份、粉煤灰20～30份、石灰石5～10份、辉长岩5～10份、矿渣5～8份、铁矿石5～8份、硅灰土5～6份、焦炭5～6份和高岭土5～6份的原料混合物熔融得到的。增加了熔浆的粘性，能够提高压制成型得到的岩棉材料的压合强度，防止开裂。尤其是高岭土的加入，起到主要的增加熔浆粘性的作用。 [0013] 优选地，按重量份，所述岩棉纤维熔浆是由包括玄武岩45份、粉煤灰25份、石灰石8份、辉长岩8份、矿渣6份、铁矿石6份、硅灰土6份、焦炭6份和高岭土5份的原料混合物熔融得到的。 [0014] 本发明的一种高强度岩棉材料的制备方法，包括以下步骤： [0015] 步骤一、制备增强岩棉复合纤维层：在惰性气体氛围下，将碳纤维纱线浸渍穿过岩棉纤维熔浆，在碳纤维纱线表面包覆熔浆，经冷却降温，得到具有碳纤维纱线芯的岩棉纤维纱线；然后将具有碳纤维纱线芯的岩棉纤维纱线编织，得到增强网；进而得到包括该增强网的增强岩棉复合纤维层； [0016] 步骤二、按岩棉纤维层和增强岩棉复合纤维层交替叠置的方式，并控制上表面层和下表面层为岩棉纤维层，得到多层纤维预制体； [0017] 步骤三、采用三维压棉机，将多层纤维预制体压制，即得高强度岩棉材料。 [0018] 一种优选的技术方案是，步骤一中，提供了一种浸渍包覆装置，包括牵引辊、被动辊、导向辊组、冷却隧道和浸渍罐，所述牵引辊与被动辊固定设置在所述浸渍罐的两侧，所述导向辊组排布在牵引辊与被动辊之间，使碳纤维纱线的自由端由被动辊引出并绕设在导向辊组和牵引辊上后，碳纤维纱线经过浸渍罐内；所述冷却隧道设置在碳纤维纱线穿出浸渍罐后至牵引辊之间的运行线路上，对碳纤维纱线外包裹的岩棉纤维熔浆进行冷却成型；在牵引辊的牵引下，碳纤维纱线从浸渍罐中的岩棉纤维熔浆内穿过，经冷却隧道冷却后，成型，然后缠绕至牵引辊上，得到具有碳纤维纱线芯的岩棉纤维纱线。 [0019] 优选地，所述浸渍罐设计为封闭式，在顶面或者侧面上开设小孔以供碳纤维纱线导入和导出；并开设进气口，将惰性气体由该进气口喷入；并将冷却隧道内的冷风采用惰性气体冷风。 [0020] 优选地，所述导向辊组包括至少3个导向辊，在浸渍罐的一侧边沿上固定一个导向辊，记为导入导向辊；在浸渍罐的相对另一侧边沿上固定一个导向辊，记为导出导向辊；在浸渍罐的底壁上固定至少一个导向辊，记为转向导向辊；其余导向辊固定设置在碳纤维纱线的运行线路上，记为矫正导向辊； [0021] 所述冷却隧道设置在所述转向导向辊与所述导出导向辊之间的穿出岩棉纤维熔浆后的碳纤维纱线的运行路径上；且所述冷却隧道内设置多个冷风出口，所述冷风出口的朝向为沿碳纤维纱线运行方向。 [0022] 一种优选的技术方案是，步骤一中，所述浸渍包覆装置还包括喷砂毛化结构单元，所述喷砂毛化结构单元包括喷砂毛化腔和喷砂枪，所述喷砂枪的喷头设置在所述毛化腔内；所述喷砂毛化腔的腔体位于所述浸渍包覆装置的被动辊与浸渍罐之间的碳纤维纱线的运行线路上。 [0023] 一种优选的技术方案是，步骤一中，将碳纤维纱线浸渍穿过岩棉纤维熔浆，保持岩棉纤维熔浆的温度在1000～1200℃。熔融状态下的粘性更佳。 [0024] 本发明的高强度岩棉材料通过在多层岩棉纤维层中叠置增强岩棉复合纤维层，增加了岩棉材料的机械强度，本发明的高强度岩棉材料的抗拉强度大于180kPa，压缩强度大于100kPa，密度为125～140kg/m3，导热系数小于等于0.04W/(m·K)等，其它性能指标也均达到国家标准。 [0025] 本发明的高强度岩棉材料的制备方法简单，并优选设计了专用浸渍包覆装置，使得制备过程更简易，工业化程度高，生产效率高。 [0026] 本发明的高强度岩棉材料可直接用于外墙保温，保温效果好。也可用于管道贮罐、锅炉、烟道、热交换器、风机、车船等工业设备的隔热隔声，而无需外加防护层。在某些需要承重的应用场合下，需要外加防护层时，加工过程中岩棉材料不易破坏，加工效率高。附图说明 [0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0028] 图1是本发明的高强度岩棉材料压制前的一种多层纤维预制体的结构示意图； [0029] 图2是本发明的高强度岩棉材料压制前的一种多层纤维预制体的结构示意图； [0030] 图3是本发明的高强度岩棉材料压制前的一种多层纤维预制体的结构示意图； [0031] 图4是本发明的高强度岩棉材料的制备方法的工艺流程框图； [0032] 图5是本发明的高强度岩棉材料的制备方法中采用的浸渍包覆装置的结构连接示意图； [0033] 图6是图5中A处的局部放大结构示意图。 具体实施方式[0034] 下面将结合本发明的实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0035] 现有的岩棉材料是将多层岩棉纤维10堆积后经过压制得到的，如，采用三维压棉机压制。压制得到的岩棉材料的强度低，不适于直接应用。因此，本发明的高强度岩棉材料中，如图1至图3所示，在多层岩棉纤维10中叠置了增强岩棉复合纤维层20。其中，增强岩棉复合纤维层20包括由具有碳纤维纱线芯31的岩棉纤维纱线30构成的增强网21，所述岩棉纤维纱线30是通过将碳纤维纱线31浸渍岩棉纤维熔浆后制备得到的。增加了增强岩棉复合纤维层后，经压制后得到的岩棉材料，相比现有的岩棉材料的抗拉强度和压缩强度均提高。 [0036] 本发明中，增强岩棉复合纤维层20包括增强网21，该增强网21的由具有碳纤维纱线芯31的岩棉纤维纱线30构成的。利用现有的编织工艺将岩棉纤维纱线30编织成网状即可。一种优选的实施方式中，增强网21为三维立体网，且网眼的结构为六角柱状体。具有该网眼结构的增强网21结构稳定，强度大，且耐揉折性好，以该三维立体网作为增强网得到的岩棉材料，强度增加的同时，耐揉折性也增加。 [0037] 本发明中，构成增强网21的岩棉纤维纱线30具有碳纤维纱线芯31，该岩棉纤维纱线30是通过将碳纤维纱线31浸渍岩棉纤维熔浆后制备得到的(在惰性气氛中)，因此，岩棉纤维熔浆与碳纤维纱线31的包裹附着性影响岩棉纤维纱线30的质量，因此，在将碳纤维纱线31浸渍岩棉纤维熔浆前，对碳纤维纱线31的表面进行喷砂毛化处理。碳纤维纱线31表面具有毛刺，增加了与岩棉纤维熔浆的接触面积，提高了两者的结合强度，保证制备得到的岩棉纤维纱线30质量好，不会出现岩棉纤维壳体剥落的现象。 [0038] 本发明的一种优选的高强度岩棉材料的实施方式中，对岩棉纤维层10和增强岩棉复合纤维层20的叠置方式进行了优化选择，将岩棉纤维层10和增强岩棉复合纤维层20交替叠置，得到多层纤维预制体，并控制多层纤维预制体的上表面层和下表面层为岩棉纤维层，再将多层纤维预制体，经三维压棉机压制即得。该优选的实施方式中，增强岩棉复合纤维层20的层数不限定，依据实际需要确定即可。如图1和图2所示，增强岩棉复合纤维层20分别采用1层和2层的多层纤维预制体的结构示意图。 [0039] 本发明中，增强岩棉复合纤维层20包括增强网21，增强网21表面的岩棉纤维表层保证了与岩棉纤维层10的压合强度，保证了压制得到的岩棉材料的结合强度，防止开裂。增强岩棉复合纤维层20可以只采用增强网21，也可以增加过渡连接层，以加强该层与岩棉纤维层10的结合强度。 [0040] 本发明一种优选的高强度岩棉材料的实施方式中，如图3所示，所述增强岩棉复合纤维层20还包括至少一层竖向岩棉纤维过渡连接层22，所述至少一层竖向岩棉纤维过渡连接层22设置在所述增强网21的上表面和/或下表面上；其中，所述竖向岩棉纤维过渡连接层22是指纤维丝沿竖直放置排布的；与岩棉纤维层10的沿水平方向排布的纤维丝相交叉。交叉的角度不限定，优选为90°。由该实施方式的增强岩棉复合纤维层20与岩棉纤维层10叠置得到的多层纤维预制体压制得到的高强度岩棉纤维中，岩棉纤维层10与竖向岩棉纤维过渡连接层22的连接处相互缠绕，咬合，连接强度高。而竖向岩棉纤维过渡连接层22嵌入增强网 21的网眼中，与增强网21结合紧密，压合密实，两端面又与岩棉纤维层10相互咬合，增强了增强岩棉复合纤维层20与岩棉纤维层10的连接强度，一体化程度高，不易开裂。 [0041] 本发明的高强度岩棉材料中，岩棉纤维层10是采用现有的工艺制备得到的，即，将岩棉纤维熔浆在离心抛甩及空气冷却作用下凝结成丝状的纤维丝，并鼓风成型得到的；岩棉纤维层10蓬松，其中的纤维丝大体上同向排列。 [0042] 本发明的一种优选的实施方式中，提供了一种岩棉纤维熔浆的组成，具体地，按重量份，由包括玄武岩40～50份、粉煤灰20～30份、石灰石5～10份、辉长岩5～10份、矿渣5～8份、铁矿石5～8份、硅灰土5～6份、焦炭5～6份和高岭土5～6份的原料混合物熔融得到的。 [0043] 优选地，所述岩棉纤维熔浆是由包括玄武岩45份、粉煤灰25份、石灰石8份、辉长岩8份、矿渣6份、铁矿石6份、硅灰土6份、焦炭6份和高岭土5份的原料混合物熔融得到的。其中，增加了熔浆的粘性，能够提高压制成型得到的岩棉材料的压合强度，防止开裂。该岩棉纤维熔浆即是岩棉纤维层10的原料，也是增强岩棉复合纤维层20的外表面壳体的原料。 [0044] 本发明中，还提供了一种高强度岩棉材料的制备方法，如图4所示，包括以下步骤： [0045] 步骤一、制备增强岩棉复合纤维层：在惰性气体氛围下(如氮气惰性气体)，将碳纤维纱线31浸渍穿过岩棉纤维熔浆，保持岩棉纤维熔浆的温度在1000～1200℃。在碳纤维纱线31表面包覆熔浆，经冷却降温，得到具有碳纤维纱线芯的岩棉纤维纱线30；然后将具有碳纤维纱线芯的岩棉纤维纱线30编织，得到增强网21；进而得到包括该增强网21的增强岩棉复合纤维层20；编织工艺采用现有常规技术。 [0046] 步骤二、按岩棉纤维层10和增强岩棉复合纤维层20交替叠置的方式，并控制上表面层和下表面层为岩棉纤维层10，得到多层纤维预制体。叠置过程采用现有工艺。且岩棉纤维层10的铺置采用现有常规方法即可。 [0047] 步骤三、采用三维压棉机，将多层纤维预制体压制，即得高强度岩棉材料。该步骤三的压制工艺采用现有工艺。 [0048] 本发明的高强度岩棉材料的制备方法中，优选提供了一种步骤一中采用的浸渍包覆装置40，如图5所示，包括牵引辊41、被动辊42、导向辊组43、冷却隧道44和浸渍罐45，所述牵引辊41与被动辊42固定设置在所述浸渍罐45的两侧，所述导向辊组43排布在牵引辊41与被动辊42之间，使碳纤维纱线31的自由端由被动辊42引出并绕设在导向辊组43和牵引辊41上后，碳纤维纱线31经过浸渍罐45内；所述冷却隧道44设置在碳纤维纱线31穿出浸渍罐45内的熔浆451后至牵引辊41之间的运行线路上，对碳纤维纱线31外包裹的岩棉纤维熔浆451进行冷却成型；在牵引辊41的牵引下，碳纤维纱线31从浸渍罐45中的岩棉纤维熔浆451内穿过，经冷却隧道44冷却后，成型，然后缠绕至牵引辊41上，得到具有碳纤维纱线芯的岩棉纤维纱线30。所述浸渍罐45采用具有保温功能的耐高温材质的罐体，如陶瓷罐体。使用该浸渍包覆装置40时，保证该装置置于惰性气体氛围内即可。 [0049] 进一步优选的实施方式中，保证浸渍和冷却过程在惰性氛围内完成即可。即将图4中所示的浸渍罐45设计为封闭式，在顶面或者侧面上开设小孔以供碳纤维纱线导入和导出；并开设进气口，将惰性气体由该进气口喷入，保证浸渍罐45内为惰性氛围；并将冷却隧道44内的冷风采用惰性气体冷风，保证高温下不影响碳纤维的性能。 [0050] 在一种优选的实施方式中，提供了导向辊组43的排布方式。所述导向辊组包括至少3个导向辊，在浸渍罐45的一侧边沿上固定一个导向辊，记为导入导向辊431；在浸渍罐45的相对另一侧边沿上固定一个导向辊，记为导出导向辊432；在浸渍罐45的底壁上固定至少一个导向辊(如，2个)，记为转向导向辊433；其余导向辊固定设置在碳纤维纱线31的运行线路上，记为矫正导向辊434；其中，转向导向辊433采用耐高温的陶瓷材料制备得到。 [0051] 如图6所示，所述冷却隧道44设置在所述转向导向辊433与所述导出导向辊432之间的穿出岩棉纤维熔浆451后的碳纤维纱线31的运行路径上；且所述冷却隧道44内设置多个冷风出口441，所述冷风出口441的朝向为沿碳纤维纱线31运行方向。具体地，所述导出导向辊432的浸渍罐45的一侧的内侧壁上。 [0052] 本发明一种优选的实施方式中，在上述步骤一的浸渍包覆装置40中增加了喷砂毛化结构单元50，所述喷砂毛化结构单元50包括喷砂毛化腔51和喷砂枪52，所述喷砂枪52的喷头设置在所述喷砂毛化腔51内；所述喷砂毛化腔51的腔体位于所述浸渍包覆装置40的被动辊42与浸渍罐45之间的碳纤维纱线31的运行线路上。喷砂枪52将砂料喷射至喷砂毛化腔51内，将运行至该腔体内的碳纤维纱线31的表面毛化，形成很多毛刺，增加与岩棉纤维熔浆 451的附着表面积，在表面得到附着结合力好的岩棉纤维表层，从而得到质量好的岩棉纤维纱线，不会出现岩棉纤维壳体剥落的现象。 [0053] 本发明中，对制备得到的多个高强度岩棉材料样品，及多个对比样品的抗拉强度和压缩强度进行了性能测试，测试结果如表1所示。 [0054] 高强度岩棉材料样品1，是由如图1所示的多层纤维预制体经压制得到的。 [0055] 高强度岩棉材料样品2，是由如图2所示的多层纤维预制体经压制得到的。 [0056] 高强度岩棉材料样品3，是由如图3所示的多层纤维预制体经压制得到的。 [0057] 上述高强度岩棉材料样品1至3中，制备岩棉纤维层的熔浆和岩棉纤维纱线中采用的熔浆是由包括玄武岩40～50份、粉煤灰20～30份、石灰石5～10份、辉长岩5～10份、矿渣5～8份、铁矿石5～8份、硅灰土5～6份、焦炭5～6份和高岭土5～6份的原料混合物熔融得到的。增强网21采用三维立体网，且网眼的结构为六角柱状体。 [0058] 高强度岩棉材料样品4，是由如图3所示的多层纤维预制体经压制得到的；其中，制备岩棉纤维层的熔浆和岩棉纤维纱线中采用的熔浆采用现有常规组分的原料岩石熔融得到。 [0059] 高强度岩棉材料样品5，是由如图3所示的多层纤维预制体经压制得到的；其中，制备岩棉纤维层的熔浆和岩棉纤维纱线中采用的熔浆与前述样品1至样品3一样，不同的是，增强网21采用的普通平面网状结构。 [0060] 对比样品1，是由3层岩棉纤维层堆积后经压制得到的；其中制备岩棉纤维层的熔浆采用现有常规组分的原料岩石熔融得到。 [0061] 对比样品2，是由3层岩棉纤维层堆积后经压制得到的；制备岩棉纤维层的熔浆的组分如下：玄武岩40～50份、粉煤灰20～30份、石灰石5～10份、辉长岩5～10份、矿渣5～8份、铁矿石5～8份，硅灰土5～6份和焦炭5～6份。 [0062] 对比样品3，是由3层岩棉纤维层堆积后经压制得到的；制备岩棉纤维层的熔浆的组分如下：玄武岩40～50份、粉煤灰20～30份、石灰石5～10份、辉长岩5～10份、矿渣5～8份、铁矿石5～8份、硅灰土5～6份，焦炭5～6份和高岭土5～6份。 [0063] 表1 [0064] [0065] [0066] 表1中的性能指标采用的测试方法为：《建筑外墙外保温用岩棉制品》GB/T25975-2010和《岩棉薄抹灰外墙外保温系统材料》JG/T 483-2015，其它性能指标均达到指标要求。 [0067] 由表1可见，本发明的高强度岩棉材料的抗拉强度和压缩强度明显增加。可直接应用与外墙保温。而且提高了其后续的可加工性，加工过程中，岩棉材料的破损率降低。而且，该高强度的岩棉材料可以无需后续加工即可应用，如，管道贮罐、烟道等的隔热，以及其它无需承载压力的隔热隔音方面的应用。 [0068] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。 |
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