CN113402175B - 一种可溶玻璃纤维毯及其制备方法 - Google Patents

一种可溶玻璃纤维毯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可溶玻璃纤维毯及其制备方法，纤维毯以质量分数计，包括SiO240～63.5％、Al2O312～20％、CaO18～25％、MgO 3～10％；K2O和Na2O的总含量为0.10～0.8％；ZnO≤1％，SO3≤1％，且ZnO/SO3的含量比为0.5～1.0；和碳元素；SiO2和Al2O3的总含量与所述CaO和MgO的总含量比为2.0～3.2；纤维毯包括以下原料：石英砂、白云石、叶腊石、纯碱、钾长石和煤粉；煤粉与ZnO的质量比为3.1～4:1。本发明中碳与S能够与ZnO共同作用增加纤维的挠曲强度以及柔韧性，进而使其适于通过针刺制备成毯。无需加入有机物质，纤维毯的导热系数较低。

Description

一种可溶玻璃纤维毯及其制备方法
技术领域
本发明属于纤维毯技术领域，尤其涉及一种可溶玻璃纤维毯及其制备方法。
背景技术
可溶纤维是具有低生物持久性的纤维，其进入人体后可溶于生理流体，使得纤维在人体内的停留时间短，可以被人体体液逐渐分解，排出体外。可溶纤维可以作为主要成分或次要成分被进一步加工成多种制品，包括板、垫、纸、毯/毡、棉/绒、成型/成形制品、涂层材料以及无定型组合物等。
现有可溶纤维包括可溶陶瓷纤维、可溶玻璃纤维、可溶玄武岩纤维等。其中，可溶玻璃纤维的主要成分包括：SiO2 40～65wt％；Al2O3 10～20wt％；CaO 15～30wt％；MgO 3～10wt％；K2O+Na2O 0～10wt％。现有可溶玻璃纤维因其中K2O、Na2O的含量较高，导致纤维直径大(＞6μm，甚至可达10～20μm)，纤维挠曲强度小，无法进行针刺，因而无法通过针刺制备成纤维毯制品。并且，在制成其他纤维制品(非毯类，如毡、板、棉坯)时，需要外加有机物使其软化，并且增强其强度，但在后续使用过程中有机物质容易挥发产生异味及有害物质，或易燃进而产生安全隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可溶玻璃纤维毯及其制备方法，该可溶玻璃纤维毯具有较高的抗拉强度。
本发明提供了一种可溶玻璃纤维毯，以质量分数计，包括以下组分：
SiO2 40～63.5wt％、Al2O3 12～20wt％、CaO18～25wt％、MgO 3～10wt％；
K2O和Na2O的总含量为0.10～0.8wt％；
ZnO≤1wt％，SO3≤1wt％，且ZnO/SO3的质量比为0.5～1.0；
和碳元素；
所述SiO2和Al2O3的总质量含量与所述CaO和MgO的总质量含量的比值为2.0～3.2；
所述可溶玻璃纤维毯包括以下原料：石英砂、白云石、叶腊石、纯碱、钾长石和煤粉；
所述煤粉与ZnO的质量比为3.1～4:1。
优选地，所述SiO2和Al2O3的总含量为63～75wt％；
所述K2O和Na2O的总含量为0.15～0.5wt％；
所述CaO和MgO的总含量为24～32wt％。
优选地，所述可溶玻璃纤维毯中O和Si的摩尔比值为2.5～3.0。
优选地，所述可溶玻璃纤维毯包括SiO2 55～62wt％、Al2O3 13～16wt％、CaO19～23wt％、MgO 3～6wt％；
K2O和Na2O的总含量为0.15～0.5wt％；
ZnO0.2～0.5wt％、SO3≤0.6wt％。
优选地，所述可溶玻璃纤维毯的容重为20～96kg/m3，抗拉强度为30～60Kpa，导热系数平均70℃为0.039～0.044W/m.k。
本发明提供了一种上述技术方案所述可溶玻璃纤维毯的制备方法，包括以下步骤：
将石英砂、白云石、叶腊石、纯碱、钾长石和煤粉混合，熔融，采用甩丝成纤或喷吹成纤制成纤维集合体，针刺，得到可溶玻璃纤维毯。
优选地，所述煤粉的粒度为20～40μm。
优选地，所述纤维集合体中纤维直径为4～6μm。
优选地，所述熔融的温度为1500～1800℃。
本发明提供了一种可溶玻璃纤维毯，包括以下组分：SiO2 40～63.5wt％、Al2O3 12～20wt％、CaO18～25wt％、MgO 3～10wt％；K2O和Na2O的总含量为0.10～0.8wt％；ZnO≤1wt％，SO3≤1wt％，且ZnO/SO3的含量比为0.5～1.0；碳元素；所述SiO2和Al2O3的总质量含量与所述CaO和MgO的总质量含量的比值为2.0～3.2；所述可溶玻璃纤维毯包括以下原料：石英砂、白云石、叶腊石、纯碱、钾长石和煤粉；所述煤粉与ZnO的质量比为3.1～4:1。本发明中碳与S元素能够与ZnO共同作用增加纤维的挠曲强度以及柔韧性，进而使其适于通过针刺制备成毯。该纤维毯无需加入有机物质，制得的纤维毯的导热系数较低。实验结果表明：可溶玻璃纤维毯的容重为20～96kg/m3，抗拉强度为30～60Kpa，导热系数平均70℃为0.039～0.044W/m.k。
具体实施方式
本发明提供了一种溶玻璃纤维毯，以质量分数计，包括以下组分：
SiO2 40～63.5wt％、Al2O3 12～20wt％、CaO18～25wt％、MgO 3～10wt％；
K2O和Na2O的总含量为0.10～0.8wt％；
ZnO≤1wt％，SO3≤1wt％，且ZnO/SO3的质量含量比为0.5～1.0:1；
和碳元素；
所述SiO2和Al2O3的总质量含量与所述CaO和MgO的总质量含量的比值为2.0～3.2；
所述可溶玻璃纤维毯包括以下原料：石英砂、白云石、叶腊石、纯碱、钾长石和煤粉；
所述煤粉与ZnO的质量比为3.1～4:1。
可溶玻璃纤维毯中的C与S元素能够与ZnO共同作用增加纤维的挠曲强度以及柔韧性，进而使其适于通过针刺制备成毯。该纤维毯无需加入有机物质，制得的纤维毯的导热系数较低。
在本发明中,所述可溶玻璃纤维毯中SiO2 40～63.5wt％、Al2O3 12～20wt％，SiO2和Al2O3的总含量优选为63～75wt％；
在本发明中,所述可溶玻璃纤维毯中K2O的质量含量为0～0.6wt％，Na2O的质量含量为0～0.3wt％，所述K2O和Na2O的总含量为0.10～0.8wt％，优选为0.15～0.5wt％；
在本发明中,所述可溶玻璃纤维毯中CaO18～25wt％和MgO 3～10wt％；所述CaO和MgO的总含量优选为24～32wt％，更优选为25～28wt％。本发明通过调控SiO2、Al2O3、CaO、MgO以及K2O+Na2O的成分配比，以提高纤维的使用温度，使其使用温度达到500℃。
在本发明中，所述ZnO≤1wt％，优选为0.1～0.6wt％，更优选为0.2～0.5wt％；
所述SO3≤1wt％，优选为0.2～0.8wt％，更优选为0.4～0.6wt％；
所述ZnO和SO3的质量比为0.5～1.0:1。
所述可溶玻璃纤维毯中包括碳元素，所述碳元素由煤粉代入，所述煤粉与ZnO的质量比为3.1～4:1，优选为3.2～3.6:1。
在本发明中，所述可溶玻璃纤维毯包括以下原料：石英砂、白云石、叶腊石、纯碱、钾长石和煤粉；所述煤粉占其它原料总质量含量的1～2％。
不同O/Si摩尔比值表征硅氧网络的不同构型，是衡量网络断裂程度的标志，是能否成纤的主要参数；所述SiO2和Al2O3的总质量含量与所述CaO和MgO的总质量含量的比值的大小会影响O/Si的摩尔比值；所述SiO2和Al2O3的总质量含量与所述CaO和MgO的总质量含量的比值为2.0～3.2，优选为2.5～3.1；所述O和Si的摩尔比值优选为2.5～3.0，更优选为2.8～2.9。
在本发明中,所述可溶玻璃纤维毯优选包括SiO2 55～62wt％、Al2O3 13～16wt％、CaO19～23wt％、MgO 3～6wt％；K2O和Na2O的总含量为0.15～0.5wt％。
在本发明中,所述可溶玻璃纤维毯的容重为20～96kg/m3，抗拉强度为30～60Kpa，导热系数平均70℃为0.039～0.044W/m.k。
本发明提供了一种上述技术方案所述可溶玻璃纤维毯的制备方法，包括以下步骤：
将石英砂、白云石、叶腊石、纯碱、钾长石和煤粉混合，熔融，采用甩丝成纤或喷吹成纤制成纤维集合体，针刺，得到可溶玻璃纤维毯。
在本发明中，所述煤粉的粒度为20～40μm。所述煤粉占其它原料总体质量的1～2wt％。所述煤粉作为助燃剂能够降低熔融温度，且使得熔融后的熔体具有更好的成纤性能；煤粉燃烧后残留的C和S元素与ZnO共同作用增加纤维的挠曲强度以及柔韧性，使其适于通过针刺制备成毯。
在本发明中，所述熔融的温度优选为1500～1800℃。所述熔融和成纤所用的设备优选为专利ZL201921802736.5和ZL201920795574.0中公开的设备。
本发明通过调整原料成分和工艺参数，使得可溶玻璃纤维的直径变小，挠曲强度增强，且无需加入有机物质，使制得的纤维毯导热系数较低。在本发明中，所述纤维集合体中纤维的直径优选为4～6μm。
在本发明中，所述可溶玻璃纤维毯的容重为20～96kg/m3，抗拉强度为30～60Kpa，导热系数平均70℃为0.039～0.044W/m.k。所述可溶玻璃纤维毯的生物溶解度220～240mg/L。
本发明采用GB/T17911-2018《耐火纤维制品实验方法》对可溶玻璃纤维毯抗拉强度、容重性能测试。GB/T10295-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》对可溶玻璃纤维毯导热系数的性能测试。GB/T3003-2017《耐火纤维及制品》对生物溶解度的性能测试；采用GB/T5480-2017《矿物棉及其制品实验方法》方法，测试本发明可溶纤维产品平均直径。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种可溶玻璃纤维毯及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～10和对比例1～21
将石英砂、白云石、叶腊石、纯碱、钾长石和煤粉混合，熔融，采用甩丝成纤制成纤维集合体，针刺，得到可溶玻璃纤维毯。
表1实施例和对比例制备的纤维毯的成分组成(单位，wt％)
Figure BDA0003150285440000051
Figure BDA0003150285440000061
Figure BDA0003150285440000071
表2实施例和对比例中C和S元素及O/Si比
Figure BDA0003150285440000072
Figure BDA0003150285440000081
表3实施例和对比例制备的可溶玻璃纤维毯的性能测试结果
Figure BDA0003150285440000082
Figure BDA0003150285440000091
由以上实施例可知，本发明提供了一种可溶玻璃纤维毯，包括以下组分：SiO2 40～63.5wt％、Al2O3 12～20wt％、CaO18～25wt％、MgO 3～10wt％；K2O和Na2O的总含量为0.10～0.8wt％；ZnO≤1wt％，SO3≤1wt％，且ZnO/SO3的含量比为0.5～1.0；和碳元素；所述SiO2和Al2O3的总质量含量与所述CaO和MgO的总质量含量的比值为2.0～3.2；所述可溶玻璃纤维毯包括以下原料：石英砂、白云石、叶腊石、纯碱、钾长石和煤粉；所述煤粉与ZnO的质量比为3.1～4:1。本发明中碳元素与S元素能够与ZnO共同作用增加纤维的挠曲强度以及柔韧性，进而使其适于通过针刺制备成毯。该纤维毯无需加入有机物质，制得的纤维毯的导热系数较低。实验结果表明：可溶玻璃纤维毯的容重为20～96kg/m3，抗拉强度为30～60Kpa，导热系数平均70℃为0.039～0.044W/m.k。
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 (6)

1.一种可溶玻璃纤维毯，包括以下组分：
SiO2 40~63.5wt%、Al2O3 12~20wt%、CaO18~25wt%、MgO 3~10wt%；
K2O和Na2O的总含量为0.15~0.5wt%；
ZnO≤1wt%，SO3≤1wt%，且ZnO和SO3的质量比为0.5~1.0:1；
和碳元素；
所述SiO2和Al2O3的总质量含量与所述CaO和MgO的总质量含量的比值为2.0~3.2；所述SiO2和Al2O3的总含量为63~75wt%；所述CaO和MgO的总含量为24~32wt%；
所述可溶玻璃纤维毯包括以下原料：石英砂、白云石、叶腊石、纯碱、钾长石和煤粉；
所述煤粉与ZnO的质量比为3.1~4:1；所述可溶玻璃纤维毯中O和Si的摩尔比值为2.5~3.0；
所述可溶玻璃纤维毯的容重为20~96kg/m3，抗拉强度为30~60kPa，导热系数平均70℃为0.039~0.044W/m.k。
2.根据权利要求1所述的可溶玻璃纤维毯，其特征在于，所述可溶玻璃纤维毯包括SiO255~62wt%、Al2O3 13~16wt%、CaO19~23wt%、MgO 3~6wt%；
ZnO0.2~0.5wt%、SO3≤0.6wt%。
3.一种权利要求1~2任一项所述可溶玻璃纤维毯的制备方法，包括以下步骤：
将石英砂、白云石、叶腊石、纯碱、钾长石和煤粉混合，熔融，采用甩丝成纤或喷吹成纤制成纤维集合体，针刺，得到可溶玻璃纤维毯。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述煤粉的粒度为20~40μm。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述纤维集合体中纤维直径为4~6μm。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述熔融的温度为 1500~1800℃。
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