一種高效絕熱纖維棉氈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于無機(jī)材料領(lǐng)域，具體涉及一種高效絕熱纖維棉氈，可廣泛用于1000°C以下各種設(shè)備的防火、隔熱，尤其適用于需要經(jīng)常在高低溫間轉(zhuǎn)換的設(shè)備的隔熱。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和航空航天技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)高溫隔熱材料的要求也日益增高，傳統(tǒng)的高溫隔熱材料如石棉、巖棉等由于導(dǎo)熱系數(shù)較高已經(jīng)不能滿足要求。高硅氧玻璃纖維是一種耐高溫?zé)o機(jī)纖維，具有較高的軟化點(diǎn)，同時(shí)又具有相對(duì)較低的導(dǎo)熱系數(shù)，但對(duì)于一些需要更低導(dǎo)熱系數(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)高硅氧棉氈已經(jīng)很難達(dá)到使用要求。
[0003]目前有很多專利公開了采用無機(jī)纖維增強(qiáng)氣凝膠用于絕熱材料，既具有很高的耐熱性能同時(shí)也具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，但是該復(fù)合材料由于剛度較大，可塑性較差，很難對(duì)異型體或空間進(jìn)行保溫絕熱；同時(shí)，氣凝膠的制備過程非常繁雜，且設(shè)備價(jià)格昂貴，因此不利于該項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和推廣。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)小和體積密度小，且特別適合于異型體或空間的高效絕熱纖維棉氈。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種高效絕熱纖維棉氈，高效絕熱纖維棉氈的孔隙率> 93%，厚度為5-20mm，高效絕熱纖維棉氈的纖維單絲直徑彡3 μ m，纖維單絲上均勻設(shè)有直徑小于20nm的閉合真空球體。
[0007]申請(qǐng)人經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)，由于纖維棉纖維單絲直徑較細(xì)，使得所述高效絕熱纖維棉氈在厚度方向上有無數(shù)個(gè)固-氣、固-固界面，熱輻射的射線穿過每一層界面時(shí)，都會(huì)發(fā)生反射、吸收、透射和再輻射，使熱輻射的傳播能力迅速衰減，最后大部分被吸收在絕熱材料靠近熱面一側(cè)的表層，有效降低了纖維棉氈的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0008]上述閉合真空球體的真空本身使導(dǎo)熱系數(shù)得到了明顯的降低，且閉合真空球體內(nèi)，殘留的空氣分子都失去了宏觀迀移能力，不具備對(duì)流傳熱的條件，因此纖維本體上的閉合球體，進(jìn)一步降低了纖維棉的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0009]上述高效絕熱纖維棉氈柔韌性好，特別適合于對(duì)異型體或空間進(jìn)行保溫絕熱。
[0010]優(yōu)選，上述纖維單絲直徑為0.1-3 μ m，更優(yōu)選為0.5-1.5 μπι。這樣不僅保證了制備的簡(jiǎn)易性，而且保證了產(chǎn)品的隔熱效果。
[0011 ] 高效絕熱纖維棉氈的下表面設(shè)有厚為0.5-1.5mm的金屬蒙皮。這樣可對(duì)高效絕熱纖維棉氈起到很好的防護(hù)作用，大幅度延長(zhǎng)了其使用壽命。
[0012]高效絕熱纖維棉氈的下表面設(shè)有厚為0.8-1.1mm的金屬蒙皮。這樣既保證了產(chǎn)品的使用壽命，又保證了產(chǎn)品的柔韌性。
[0013]高效絕熱纖維棉氈的上表面設(shè)有1-1Omm厚的低溫隔熱材料層。
[0014]高效絕熱纖維棉氈的上表面設(shè)有2-5_厚的低溫隔熱材料層。這樣既能對(duì)被保護(hù)面起到更好的防護(hù)作用，又能同時(shí)滿足體積和隔熱要求。
[0015]高效絕熱纖維棉氈的上表面為與被保護(hù)面相接觸的面，下表面為遠(yuǎn)離被保護(hù)面的面，也即上表面的相對(duì)面。上述低溫隔熱材料層可以為機(jī)保溫棉層或無機(jī)保溫棉層。若高效絕熱纖維棉氈上同時(shí)設(shè)有金屬蒙皮和低溫隔熱材料層，則使用時(shí)，從被保護(hù)面到外依次是被保護(hù)面、低溫隔熱材料層、高效絕熱纖維棉氈和金屬蒙皮。
[0016]高效絕熱纖維棉氈的厚度為8-15mm。這樣保證了產(chǎn)品的制作均勻性從而保證了產(chǎn)品的絕熱性，且制作方便，適于異形材料。
[0017]優(yōu)選，纖維單絲上均勻設(shè)有直徑為5_15nm的閉合真空球體。這樣能進(jìn)一步提高產(chǎn)品的絕熱效果。
[0018]纖維單絲上閉合真空球體的體積和為纖維單絲體積的2-20%。這樣能更進(jìn)一步提高產(chǎn)品的絕熱效果，同時(shí)降低產(chǎn)品的密度。
[0019]高效絕熱纖維棉氈的密度為20?160kg/m3?？梢愿鶕?jù)實(shí)踐選擇所需的密度。
[0020]高效絕熱纖維棉氈的常溫導(dǎo)熱系數(shù)< 0.033ff/m.k，熱荷重溫度彡600°C。
[0021]上述高效絕熱纖維棉氈的制備方法，由采用火焰噴吹法制得的超細(xì)玻璃纖維棉依次進(jìn)行酸處理、燒結(jié)、打漿、濕法成型制備而成，其中，超細(xì)玻璃纖維棉的單絲直徑< 3 μ m ;酸處理所用酸為硫酸或鹽酸，所用酸的質(zhì)量濃度為1_20%，酸處理溫度為60-100°C，酸處理時(shí)間為2-10h，酸處理過程中以20-40轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢琛?br>[0022]本申請(qǐng)選用火焰噴吹法保證了超細(xì)玻璃纖維棉的細(xì)度和質(zhì)量。
[0023]上述酸處理后二氧化硅的質(zhì)量含量大于90%。酸處理所用酸的質(zhì)量濃度優(yōu)選5-15%。超細(xì)纖玻璃維棉的單絲直徑優(yōu)選為0.1?3 μ。
[0024]申請(qǐng)人經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn):通過上述酸處理，不僅去除了纖維棉中的雜質(zhì)，而且增加了纖維表面的孔隙率，再經(jīng)過燒結(jié)使纖維表面的孔隙閉合，閉合后冷卻形成閉合真空球體，使產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)得到了大幅度的降低。
[0025]上述酸處理后燒結(jié)前，先將超細(xì)玻璃纖維棉水洗至中性，然后烘干至水的質(zhì)量含量小于0.5%，再進(jìn)行燒結(jié)。這樣能進(jìn)一步保證孔隙的閉合程度，同時(shí)保證所得產(chǎn)品的使用壽命O
[0026]上述燒結(jié)溫度為500-800°C，燒結(jié)時(shí)間為15_25h。這樣進(jìn)一步降低了產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)，提高了產(chǎn)品的強(qiáng)度。
[0027]優(yōu)選，上述燒結(jié)為，先在1.5-2.5h內(nèi)將溫度升至550-650°C，保溫0.8-1.5h后，繼續(xù)升溫至700-800°C，保溫0.4-lh，然后降溫至500-600°C，保溫0.8-1.5h，最后再在12_18h內(nèi)將溫度降為常溫。
[0028]申請(qǐng)人經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過上述燒結(jié)工藝可使纖維表面在酸洗中形成的空隙達(dá)到最大程度的閉合，不僅使棉氈的強(qiáng)度有了顯著的提升，而且使棉氈導(dǎo)熱系數(shù)有了明顯的下降。
[0029]打漿至叩解度為30-50度；濕法成型至密度為20?160kg/m3，成型時(shí)采用負(fù)壓抽吸。這樣進(jìn)一步保證了所得產(chǎn)品絕熱性和強(qiáng)度。成型時(shí)，加入纖維棉質(zhì)量100倍左右的水。
[0030]上述負(fù)壓抽吸通過改變纖維間的排列方式提高了纖維與纖維之間的抱合力。壓抽吸后烘干即得產(chǎn)品。
[0031 ] 打漿為在攪拌速度為1000-3000轉(zhuǎn)/min條件下，打漿3_5min，其中，漿料中超細(xì)玻璃纖維棉與水的質(zhì)量比為1: (400-500)，打漿時(shí)加入硫酸作為分散劑，硫酸的質(zhì)量用量為漿料總質(zhì)量的0.05-3%。這樣進(jìn)一步保證了所得產(chǎn)品的可塑性和強(qiáng)度。
[0032]超細(xì)玻璃纖維棉為無堿玻璃纖維棉、中堿玻璃纖維棉、高堿玻璃纖維棉、玄武巖纖維棉、三元高娃氧玻璃纖維原棉或二元高娃氧玻璃纖維原棉中的一種或兩種以上任意配比的混合物。上述材料的選擇，實(shí)現(xiàn)了所得產(chǎn)品的密度20?160kg/m3可調(diào)，且進(jìn)一步保證了所得產(chǎn)品的強(qiáng)度。
[0033]超細(xì)玻璃纖維棉中含有10_40?1:%的三元高娃氧玻璃纖維原棉和/或二元高娃氧玻璃纖維原棉。這樣即保證了所得產(chǎn)品的強(qiáng)度，又保證了所得產(chǎn)品的密度，同時(shí)保證了所得產(chǎn)品的可塑性。
[0034]本實(shí)用新型未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。
[0035]本申請(qǐng)高效絕熱纖維棉氈不僅具有由纖維縱橫交錯(cuò)形成的大孔隙，同時(shí)在纖維本體上還具有無數(shù)個(gè)閉合真空球體，這些閉合真空球體的存在大大提高了纖維棉氈的孔隙率，達(dá)到降低纖維棉氈導(dǎo)熱系數(shù)的目的，同時(shí)還減小了纖維間的氣孔尺寸、增加纖維與纖維之間的界面，從而減小氣體對(duì)流和熱量輻射，進(jìn)一步降低了導(dǎo)熱系數(shù)；同時(shí)該制品不添加任何粘結(jié)劑，具有無毒、耐高溫、質(zhì)地柔軟、體積密度小、可在高低溫間反復(fù)使用、隔熱性能不會(huì)由于在高溫下使