CN105367038B - 一种纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡及其制备方法，其特征在于所述的玻纤轻质毡由表面均匀粘附二氧化硅气凝胶颗粒的玻璃纤维丝水平排布而成，在毡的厚度方向无垂直贯穿的玻璃纤维，玻璃纤维丝的直径为1微米‑4微米，长度为5毫米‑30毫米，二氧化硅气凝胶颗粒的粒径为10纳米‑100纳米，通过文丘里效应使得二氧化硅气凝胶颗粒均匀吸附在玻璃纤维丝表面，玻璃纤维丝表面二氧化硅气凝胶附着层厚度为50纳米‑500纳米，纤维表面未被覆盖的比例为5％‑10％，二氧化硅气凝胶颗粒在毡中的重量比为0.1％‑1％，毡的容重为每立方5公斤‑20公斤，毡的压缩回弹率为20％‑30％，毡的气孔率为70％‑90％，纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡的导热系数为0.008‑0.015W/m·K。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻纤轻质毡及其制备方法，特别是涉及一种纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡及其制备方法。
技术背景
近年来，节能环保成为人们最关心的问题，传统的有机保温材料易燃易腐蚀的缺陷限制了其在建筑领域的广泛应用，而无机保温材料又存在保温性能差，密度大等缺点，有很大的局限性。玻璃纤维作为另一种性能优异的无机非金属材料，不但导热系数低而且机械强度高，它将无机玻璃熔融喷吹而成，因具有良好的回弹性，保温隔热效果优异，还具有十分优异的减震、吸声特性，有利于减少噪声污染，改善工作环境，被广泛用于建筑室内，消声***、交通工具，制冷设备，家用电器的减震、吸声、降噪处理，效果十分理想。玻璃棉的生产主要分为火焰喷吹和离心喷吹，但火焰喷吹能耗较高，已逐渐被离心喷吹工艺取代。在玻璃棉毡的制备工艺中，主要分为湿法和干法。湿法生产的棉毡容重较高，一般纤维与颗粒的复合多采用湿法工艺干法工艺制毡主要采用粘结剂将纤维固化成毡。
二氧化硅气凝胶具有纳米多孔结构，一般二氧化硅气凝胶密度较低，具有特殊的多孔网络结构，孔隙率在90％以上，大部分气孔分布在50纳米以下，小于空气分子的平均自由程70纳米，空气分子间很难发生碰撞，具有较低的导热系数。气凝胶复合材料的制备方法主要分为两种，分别是凝胶整体成型法和颗粒成型法。对于凝胶整体成型法，在溶胶凝胶过程中引入增强相，最终得到块状气凝胶复合材料；对于颗粒成型法，将制备出来的纳米孔气凝胶颗粒粉料加入增强相和粘结剂中，通过模压或浇注成型制成二次成型的复合体。
申请号为201310309064.5的中国发明专利公开了一种玻璃棉毡与二氧化硅气凝胶混合制毡的方法，该发明是利用离心喷吹工艺制备玻璃棉，喷洒树脂粘结剂，同时将二氧化硅气凝胶浆料喷洒在玻璃棉毡表面，形成棉毡与气凝胶叠加的复合材料，其优点是制备出的复合材料具有优异的机械性能、良好的绝热性能和吸声性能。其缺点是对设备的要求高，无形中增加了成本，另外制备的气凝胶混合毡中气凝胶的含量较大，使得混合毡的刚性大柔性不足，限制了其在某些领域的应用。
申请号为201310309201.5的中国发明专利公开了一种干法玻璃棉与二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法，该发明是是将二氧化硅气凝胶填充于玻璃棉间隙中，通过酚醛树脂粘结剂将二氧化硅气凝胶与玻璃棉进行复合，构成纤维与颗粒复合型复合材料。利用离心喷吹工艺制备玻璃棉，喷洒酚醛树脂粘结剂和二氧化硅气凝胶混合物，其优点是该复合材料具有优异的机械性能、良好的绝热性能和吸声性能。其缺点是采用酚醛树脂粘结剂和二氧化硅气凝胶混合物，混合毡的导热系数略有增大同时降低了混合毡的最高使用温度，限制了其在高温领域的应用。
如上述两个专利，现有技术制备的二氧化硅气凝胶混合毡中气凝胶所占的含量较多，设备要求高，大大增加了成本，另外混合毡的刚度大柔性不足，隔音隔热的效果并不理想，因此急需一种新型的混合制毡工艺来制备性能更加优异的气凝胶玻纤毡。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种刚度小柔性大、隔音隔热性能更优异的纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡及其制备方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡，其特征在于所述的玻纤轻质毡由表面均匀粘附二氧化硅气凝胶颗粒的玻璃纤维丝水平排布而成，在毡的厚度方向无垂直贯穿的玻璃纤维，玻璃纤维丝的直径为1微米-4微米，长度为5毫米-30毫米，纤维丝与纤维丝之间呈点接触形式，大大减少搭接面积，从而增大了热阻，有效地降低了玻纤毡的导热系数。
二氧化硅气凝胶颗粒的粒径为10纳米-100纳米，玻璃纤维丝表面二氧化硅气凝胶附着层厚度为50纳米-500纳米，纤维表面未被覆盖的比例为5％-10％，二氧化硅气凝胶颗粒在毡中的重量比为0.1％-1％，通过文丘里效应使得二氧化硅气凝胶颗粒均匀吸附在玻璃纤维丝表面而不是整块的存在于玻璃纤维之间的间隙中，增加了玻纤毡的柔性降低了其刚度，使其具有优良的吸音性能，毡的容重为每立方5公斤-20公斤，毡的压缩回弹率为20％-30％，毡的气孔率为70％-90％，二氧化硅气凝胶轻质隔音隔热玻纤毡的导热系数为0.008-0.015W/m·K，处于国际领先水平。
本发明还提供了一种纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)把玻璃纤维丝从文丘里管顶端喷入，流量为每小时100公斤-300公斤，玻璃纤维丝在文丘里管中飘落，文丘里管长度为3米-5米，上下端孔径比例为1∶3-5；
(2)在文丘里管的收缩段设置一进气口，从进气口中喷入二氧化硅气凝胶颗粒，流量为每小时0.1公斤-0.5公斤，玻璃纤维丝喷入口与二氧化硅气凝胶颗粒喷入口间距为1米-2米；
(3)调整玻璃纤维丝的流量和气凝胶流量之比，避免二氧化硅气凝胶颗粒在纤维丝表面多层推积，使得二氧化硅气凝胶在纤维丝表面均匀分布；
(4)玻璃纤维丝在文丘里管下端减速，由纵向下落趋于平行下落，与气凝胶颗粒产生主动性剧烈碰撞，使吸附不牢固的颗粒掉落，掉落的颗粒与玻璃纤维丝未吸附表面进一步发生吸附；
(5)玻璃纤维丝出文丘里管底端后，缓慢平行沉积在传送带上；
(6)调节底部传送带的转速，控制二氧化硅气凝胶轻质隔音隔热玻纤毡的厚度。
本发明的有益效果是：(1)通过文丘里效应使得二氧化硅气凝胶颗粒均匀吸附在玻璃纤维丝表面而不是整块的存在于玻璃纤维之间的间隙中，增加了玻纤毡的柔性降低了其刚度，使其具有优良的吸音性能；(2)二氧化硅气凝胶颗粒的粒径为10纳米-100纳米，玻璃纤维丝的直径为1微米-4微米，均处于国际领先水平，另外竖直方向无纤维丝排布，这都大大降低了玻纤毡的整体导热系数的同时增加了其使用寿命，延长了其服役时间。
附图说明
图1是制备纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡的装置图。
图中10为文丘里管入口段，20为收缩段，30为扩散段，40为进气口，50为传送带。
图2是二氧化硅气凝胶轻质隔音隔热玻纤毡的截面图。
图3是二氧化硅气凝胶轻质隔音隔热玻纤毡的表面图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
参照图1，是制备纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡的装置图，10为文丘里管入口段，20为收缩段，30为扩散段，40为进气口，50为传送带，图2是二氧化硅气凝胶轻质隔音隔热玻纤毡的截面图，图3是二氧化硅气凝胶轻质隔音隔热玻纤毡的表面图，其制备包括以下几个步骤：
(1)把玻璃纤维丝从文丘里管顶端喷入，流量为每小时100公斤，玻璃纤维丝在文丘里管中飘落，文丘里管长度为3米，上下端孔径比例为1∶3；
(2)在文丘里管的收缩段设置一进气口，从进气口中喷入二氧化硅气凝胶颗粒，流量为每小时0.1公斤，玻璃纤维丝喷入口与二氧化硅气凝胶颗粒喷入口间距为1米；
(3)调整玻璃纤维丝的流量和气凝胶流量之比，避免二氧化硅气凝胶颗粒在纤维丝表面多层推积，使得二氧化硅气凝胶在纤维丝表面均匀分布；
(4)玻璃纤维丝在文丘里管下端减速，由纵向下落趋于平行下落，与气凝胶颗粒产生主动性剧烈碰撞，使吸附不牢固的颗粒掉落，掉落的颗粒与玻璃纤维丝未吸附表面进一步发生吸附；
(5)玻璃纤维丝出文丘里管底端后，缓慢平行沉积在传送带上；
(6)调节底部传送带的转速，控制纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡的厚度。
所制备的纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡，其玻璃纤维丝的直径为4微米，长度为30毫米，二氧化硅气凝胶颗粒的粒径为100纳米，玻璃纤维丝表面二氧化硅气凝胶附着层厚度为50纳米，纤维表面未被覆盖的比例为10％，二氧化硅气凝胶颗粒在毡中的重量比为0.1％，毡的容重为每立方5公斤，毡的压缩回弹率为20％，毡的气孔率为70％，二氧化硅气凝胶轻质隔音隔热玻纤毡的导热系数为0.015W/m·K。
实施例2
参照图1，是制备纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡的装置图，10为文丘里管入口段，20为收缩段，30为扩散段，40为进气口，50为传送带，图2是二氧化硅气凝胶轻质隔音隔热玻纤毡的截面图，图3是二氧化硅气凝胶轻质隔音隔热玻纤毡的表面图，其制备包括以下几个步骤：
(1)把玻璃纤维丝从文丘里管顶端喷入，流量为每小时300公斤，玻璃纤维丝在文丘里管中飘落，文丘里管长度为5米，上下端孔径比例为1∶5；
(2)在文丘里管的收缩段设置一进气口，从进气口中喷入二氧化硅气凝胶颗粒，流量为每小时0.5公斤，玻璃纤维丝喷入口与二氧化硅气凝胶颗粒喷入口间距为2米；
(3)调整玻璃纤维丝的流量和气凝胶流量之比，避免二氧化硅气凝胶颗粒在纤维丝表面多层推积，使得二氧化硅气凝胶在纤维丝表面均匀分布；
(4)玻璃纤维丝在文丘里管下端减速，由纵向下落趋于平行下落，与气凝胶颗粒产生主动性剧烈碰撞，使吸附不牢固的颗粒掉落，掉落的颗粒与玻璃纤维丝未吸附表面进一步发生吸附；
(5)玻璃纤维丝出文丘里管底端后，缓慢平行沉积在传送带上；
(6)调节底部传送带的转速，控制纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡的厚度。
所制备的纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡，其玻璃纤维丝的直径为1微米，长度为5毫米，二氧化硅气凝胶颗粒的粒径为10纳米，玻璃纤维丝表面二氧化硅气凝胶附着层厚度为500纳米，纤维表面未被覆盖的比例为5％，二氧化硅气凝胶颗粒在毡中的重量比为1％，毡的容重为每立方20公斤，毡的压缩回弹率为30％，毡的气孔率为90％，二氧化硅气凝胶轻质隔音隔热玻纤毡的导热系数为0.008W/m·K。
上述仅为本发明的二个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (2)
1.一种纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡，其特征在于所述的玻纤轻质毡由表面均匀粘附二氧化硅气凝胶颗粒的玻璃纤维丝水平排布而成，在毡的厚度方向无垂直贯穿的玻璃纤维，玻璃纤维丝的直径为1微米-4微米，长度为5毫米-30毫米，二氧化硅气凝胶颗粒的粒径为10纳米-100纳米，玻璃纤维丝表面二氧化硅气凝胶附着层厚度为50纳米-500纳米，纤维表面未被覆盖的比例为5％-10％，二氧化硅气凝胶颗粒在毡中的重量比为0.1％-1％，毡的容重为每立方5公斤-20公斤，毡的压缩回弹率为20％-30％，毡的气孔率为70％-90％，二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡的导热系数为0.008-0.015W/m·K。
2.权利要求1所述的一种纳米二氧化硅气凝胶玻纤轻质毡的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)把玻璃纤维丝从文丘里管顶端喷入，流量为每小时100公斤-300公斤，玻璃纤维丝在文丘里管中飘落，文丘里管长度为3米-5米，上下端孔径比例为1∶3-5；
(2)在文丘里管的收缩段设置一进气口，从进气口中喷入二氧化硅气凝胶颗粒，流量为每小时0.1公斤-0.5公斤，玻璃纤维丝喷入口与二氧化硅气凝胶颗粒喷入口间距为1米-2米；
(3)调整玻璃纤维丝的流量和气凝胶流量之比，避免二氧化硅气凝胶颗粒在纤维丝表面多层推积，使得二氧化硅气凝胶在纤维丝表面均匀分布；
(4)玻璃纤维丝在文丘里管下端减速，由纵向下落趋于平行下落，与气凝胶颗粒产生主动性剧烈碰撞，使吸附不牢固的颗粒掉落，掉落的颗粒与玻璃纤维丝未吸附表面进一步发生吸附；
(5)玻璃纤维丝出文丘里管底端后，缓慢平行沉积在传送带上；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |