新型保温材料—玻璃微纤维保温隔热纸的研制.pdf

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1、颢里保温柚斟一 一 玻璃做纤维 保温热纸昀硼制 宋尚军 朱益梅 摘要：本文介绍以玻璃微纤维为原料，在不添加任何黏 结剂的情况下，生产玻璃微纤维保温隔热纸的研究和生产 过程。通过不懈努力，生产的玻璃微纤维保温隔热纸厚度 为(0 5 1 0)m m，产品性能满足客户要求。关键词：玻璃微纤维；原料配方；生产工艺；保温隔热纸 1前言 玻璃微纤维是矿物棉中的第二大类产品，以硅 砂、石灰石等矿物为主要原料，也可以以碎玻璃或 平板玻璃为原料，经熔化用火焰法、离心法等工艺，将熔融玻璃液吹制成无机纤维。这种产品具有纤维 长、直径小、容重小、渣球少、导热系数低、防火 性能好、耐腐蚀等特点。目前由玻璃微纤维制成的

2、产品已在房屋、石化、建材、电能源、航天等行业 得到广泛应用，在节能领域也 已逐步开始使用。玻璃微纤维保温隔热纸是以玻璃棉为主要原料，不添加任何黏结剂，采用湿法成型工艺制成，它具 有表面平整、结构均匀。导热系数低、容重小、弹性好、不燃、使用寿命长等特性。该产品质地柔 软，手感好，易裁切，便于施工，适用于受空间限 制和外观要求高的应用场合，是一种高级保温隔热 材料。主要应用于电冰箱、电饭煲和电热水瓶等家 电的保温隔热部位。本课题重点开展了原料配方、纤维分散技术、纤维成型工艺、除渣工艺及成 套工 艺技术 的研究。2 0 0 4 年 第5 期 1 我公司在1 9 9 8 年开始了保温隔热纸的研究工作，

3、基于保温隔热纸的社会、经济价值，公司对该课题 的研究非常重视。主题思想是以超细玻璃微纤维棉 为主要原料，从选择原料开始，设计配方，确定完 善的生产工艺，保证产品具有优良稳定的性能，确 保生产的可行性及生产效率。2研究思路和技术路线 以玻璃微纤维棉为原料制成的产品种类较多，纤 维 直径和成型工艺不同导致产品的性能不 同，其生 产成本也各不相同。本项 目的研究思路和技术路线 是首先在小试验室中利用小型疏解机和手抄片机等 设备，找出不 同纤维配 比与隔热保温纸 主要性能之 间的关系，选择配方，确定其湿法生产的可行性。在此基础上进行纤维分散技术、除渣工艺、成型工 艺 的研 究，生产工艺可行、成熟后，投

4、入试生产。该研究项 目的创新点是：在不添加任何黏结剂的条 件下，以无机 非金属微玻璃纤维棉为原料，制造绝 热系数低、容重小、耐高温、易加工、具有要求厚 维普资讯 http:/ 度、满足客户要求的产品。保温材料 与节能技 术 3主要研究过程和技术关键 3 1 原料的选择和配料 的设计 通过市场调查和查询相关资料，玻璃棉的品种 和对应纤维直径如下：-l,o,R l：lI：I l 7 8 f 3 4 f 13 13 保温隔热纸的结构因素，从原料分析，取决于：1)纤维长度和强度。2)纤维间的结合面积，决定 了其结合强度。3)纤维的规格尺寸。利用小型疏解 机和手抄片机，测定各规格玻璃棉的厚度和强度、定量

5、。确定其纤维弹性、纤维间结合力和致密度。表2规格与性能分析 A o S R B O S R C S R D S R E SR J(m m)0 8 0 9 0 6 5 0 9 0 9 强度(k N m)2 0 3 5 4 5 5 3 0 5 5 l l(g (m 2 mm)：1 5 0 1 4 0 1 3 5 1 3 0 1 3 5 由以上数据分析，纤维越粗，抄成制品后弹性 小，强度低，定量大。纤维细的则弹性大，强度高，定量小。根据我们了解到的客户要求，保温隔热纸的性 能要求为厚度 1 0，定量1 4 0 g (m mm)其偏差 在一 5-I-1 0 之间，并且渣球含量低，具有一定 的硬挺度，绝

6、热系数低。考虑到合理利用资源和粗 细纤维搭配使用后，保温 隔热纸 的结构更致密，选 择原料的思路是各规格的棉全部能使用。根据理论计算和试验调整，选出两种配方在小 试验室用手抄片机抄取4 mm厚的保温隔热纸，反复 试验，待试验过程稳定后，抄取的保温隔热纸测定 数据如表3：表3 竺 厚 度(m m)平 均 厚 度 定 量 Tf2-盯 ：平 l均 定-#1 A o SR 6 k g 45 1 3 1 B SR 6 k g 4-7 1 3 0 CO SR 1 4 k g 48 4 5 2 1 3 6 1 3 5 DO SR 1 0 k g 42 1 3 9 E oSR 1 4 k g 44 1 3 0

7、#2 A o SR 1 0 k g 45 1 4 1 B SR 6 k g 42 1 4 1 CO SR 1 4 k g 42 4 2 4 1 3 9 1 4 1 DO SR 6 k g 41 1 4 2 E o SR 1 4 k g 42 1 4 2#2 配方的测试数据更加符合客户要求，经成本 分析符合公司要求后，确定投入生产线进行试生产。3 2 纤维分散技术的研究 玻璃棉纤维直径小，比表面积大，较难分散。虽 然我们在配方中加入了一部分直径稍大的纤维，并 且加入适量的分散 剂增加分散能力，但仍存在纤维 抱团严重现象。为使纤维分散良好，必须选择合理 的打浆设备，使纤维束分散成单根纤维，使纤维横

8、 向切断，纤维表面帚化起毛，容易相互交织，增加 纤维间的结合面积，从而增强纤维互相间的结合力。因此纤维的分散在 生产过程 中是十分 关键 的，纤维 经科学的分散疏解可以使保温纸表面平整、厚度均 匀、结构致密，达到要求的定量值。原有生产A G M隔板生产线上的是荷兰式打浆机，根据它适应性强，能处理不同性质的浆料的特性，我们决定生产保温隔热纸时沿用原打浆设备。3 3除渣工艺的研 究 保温隔热纸现主要用于电冰箱的隔热保 温上，用它生产成V I P 的加工过程中，不能有渣球存在。而 玻璃纤维由玻璃经高温喷吹而制成，不可避免的会 有2 3 (0 2 5 mm)的玻璃渣球存在。涡旋式 除渣器能分离出浆料中

9、的杂质，净化浆料。利用纤维 2 0 0 4 年 第5 期 2 维普资讯 http:/ 和渣球比重的不同而使渣球从浆料中分离出来。根据流体力学的原理，流体在涡旋运动中的离 心力大小，是与流体的重量和运动速度的平方成正 比，而与涡旋运动的半径成反比。如下式表示：F：=GV 2 g R 式中：F 一 离心力；G一 流体重量；V 一 运动体的圆周速度；g 一 重力加速度；R 一 涡旋半径。由公式可以得出，涡旋半径越小，离心力越大。采用锥形结构，虽然摩擦阻力会降低运动速度，但 因涡旋半径逐渐缩小，仍可以保证在除渣器内维持 相对稳定的离心力，起到除渣作用。玻璃纤维中的渣球颗粒较大，根据除渣器性能，我们选择

10、直径较小的除渣器。4成型工艺的研究 保温隔热纸在长网机 的网部成型，网部的主要 作用是将悬浮浆流进行 大量脱水，使之形成具 有一 定湿强度的制品。网部成型决定保温纸厚度、定量 是否均匀一致，是生产过程中的关键。玻璃棉的纤维组织是影响保温纸质量的基本因 素，而网部影响纤维组织的因素最多。首先，浆料 在网部是动态的，难以控制，浆料在重力作用下，以 自由表面进行流动，处于不稳定状态。但我们生 产保温纸网速较低，反而可以促进纤维的分散，因 此排除了这部分影响。第二，网部的脱水也影响纤 维组织的变化，脱水速率毖须缓慢，才能形成良好 的纸层。第三，网速和浆料速度的一致性直接影响 纤维组织，网速和同网接触的

11、纤维速度差越大，会 使好不容易在浮游状态下平均分散的纤维受到破 坏。因此，在成型段设备调整和操作控制中，都注 意到以上几个因素。排除了该段对纤维组织的破坏。2 0 0 4 年 第5 期 3 在成型脱水段，考虑到成型前对浆料进行扰动 和纤维分散直接影响到纸的成型质量和脱水量，可 以在操作中，通过调整成型网的松紧使成型网抖动。所产生的剪切 力将絮状纤维分散开。又不会产 生大 的涡流，保证保温纸成型完好。根据试验室得出的工艺配方和以上四个技术关 键点的研究，设备不断更新和完善。1 9 9 9 年5 月在 A GM隔板生产线(南京、常州)上进行试生产，经 多次试制调整，于 1 9 9 9 年1 0 月

12、，确定 了隔热保温纸 的生产工艺方案和各质量控制点的工艺参数：原料 配方、浆料浓度、浆料p H 值、分散时间、车速、真空压力和烘干温度。1 9 9 9 年1 1 月，已顺利生产了5 mm厚的玻璃棉 保温隔热纸，经检测，完全符合产品质量要求。产 品送 日本试用，满足各项性能。年底，3 mm 6 mm 保温纸全部能正常生产，正常供应。该产品研究工 作已完成。至2 0 0 2 年，日本客户提 出需生产 1 0 mm厚保温 隔热纸的要求，项 目组随 即对江宁生产线生产该产 品进行了进一步的可行性研究，存在问题是：根据以往生产经验，厚度增加，按原配方倍数放 大的浆料生产的保温纸定量能否达到原定量值。保

13、温 隔 热 纸 厚 度 由原 来 2 mm 6 mm增 加 至 6 mm 1 0 mm，浆料浓度和生产量都大大增加，原 有的打浆疏解能力不能满足生产要求。厚度增加，浆料浓度增加，也增加了除渣难度。浆料浓度和湿纸厚度增加，毖定加重脱水负担，必须降低湿纸水含量，减轻烘干部压力。针对上述难点，于2 0 0 2 年1 0 月在江宁生产线开 始了试验工作。(1)根据原生产A GM隔板和保温隔热纸的经验，产品厚度增加密度降低。产生该现象的原因是：浆料浓度增加，打浆疏解难度增加，玻璃棉的分散 程度变差。由于纤维分散不好，影响其润湿性和 柔软性。浆料浓度增加，导致长网机脱水能力降 低。真空抽吸能力下降，影响纤

14、维结构和产品的致 维普资讯 http:/ 保温材料与节能技 术 密度。因此在试制产品时，必须系统地考虑纤维的 直径和长度配比，考虑粗细纤维的加入量。(2)由于浆料浓度的变化，江宁原有生产线的伏 特式打浆机 已经不能满足要 求，经过调研得知水 力 碎浆机碎解能力强，并且对纤维的离解作用多于切 断作用，用水力碎浆机生产的浆料脱水性能好，制 成的产品具有强度高、厚度一致性好、变形性小等 特点。经过项目组研究决定在江宁生产线增加水力 碎浆机解决纤维的分散问题，利用碎浆机生产出的 浆料滤水性好，保证产品具有预期的质量特性。(3)随浆料浓度增加，现有设备的除渣能力减弱，通过计算和实验，增加了除渣设备。(4

15、)根据原料配方和生产要求，长网机每分钟的 脱水能力须达到1 0 0 0 k g。同时由于浆料浓度增加，长网机滤网的脱水能力减弱，经过调研和实 验，对长网机进行了设备改造。改造的结果 一方面保证了浆料的脱水速度，另一方 隔热纸基础研究，确定了生产原料配方和生产工艺 方案，从理论和生产后两方面都证 明了使用原A GM 隔板生产线生产保温隔热纸的可行性。并将研究结 果顺利转化成产品，作为新型保温隔热材料进入国 内外市场。()2 0 0 2 年_2 0 0 3 年，完成保温隔热纸提高阶段的研 究，调整原生产原料配方，对生产线各工艺段针对 性地进 行了更新和设备配置，扩 大了生产能力，解 决了工艺上的困难，同时增 加了生产线对产品的适 应能力，使得产品品种更齐全，质量更好。至此，保温隔热纸 的研制工作 已经顺利完成，生产工艺和产品后续加工工艺确保产品性能指标符 合客户要求，其生产技术及产品性能指标在国内处 于领先地位。产品大量出口日本，今年已发货2 0 0 t 左右。为国家和企业创造了较大的经济效益和社会 效益，为企业的发展提供了一个新的增长点。2 0 0 4 年 第5 期4 维普资讯 http:/