规模化生产玻璃棉的玻璃棉粉料及生产方法和玻璃棉与流程

文档序号:12704439阅读:1478来源:国知局

本发明涉及一种规模化生产玻璃棉的玻璃棉粉料,以及玻璃棉的生产方法和玻璃棉。



背景技术:

受产品特性及成本等因素影响,玻璃棉对玻璃液的要求远不如平板玻璃。在行业内,为了提高窑炉的熔化率,降低成本,粉料配方中一般加入60%以上的废玻璃。玻璃液经过离心机高速旋转拉丝形成直径8μm以下的玻璃纤维,规模化生产的离心玻璃纤维制品,纤维的韧性不足,纤维发脆,玻璃棉回弹不足,粉尘率偏高。

随着社会的发展,玻璃棉的应用范围从传统的建筑领域迅速拓宽到航空、航天、家电、汽车等领域。大部分企业既要依靠大量生产传统的中低端产品维持企业的生存也要生产高精尖产品以提高企业的核心竞争力,因此纤维韧性不足、发脆、回弹不足、粉尘率高等问题急需解决。

具体的主要需要考虑以下几个问题:

1、如图1所示的三相图,当玻璃成分位于相图中的相界线上,特别是在低共熔点处时,因系统要析出两种以上的晶体,在初期形成晶核结构时相互产生干扰,从而降低玻璃的析晶倾向,难以析晶。因此从降低熔制温度和防止析晶的角度出发,玻璃成分应当选择在相界线或共熔点附近。

2、排出气泡,避免玻璃纤维存在气泡的缺陷。在液相形成之前释放的气体可以经松散的配合料层排出,配合料堆的表面积愈大(薄层投料法),该气体在窑炉中的分压愈小,气体愈容易排出。除此之外有以下方法:a、降低玻璃液的黏度;b、使气泡的体积增大加速上升,漂浮于玻璃液表面,而后破裂消失;c、使小气泡的气体组分溶解于玻璃液中,气泡被吸收而消失。

3、降低玻璃液的黏度,除提升熔制温度外,适当加入澄清剂与添加剂。

传统玻璃棉粉料配方中,除了一定剂量的长石、硼砂、白云石、纯碱以外,通常加入大量废玻璃。虽然能够降低粉料单位成本,提升熔化率。但是存在以下缺陷:

1、加入大量废玻璃最直接的影响是废玻璃的化学成分不稳定,其主要化学成分:SiO272.5%、CaO9.53%、MgO4.28%、Al2O30.7%、(Na2O和K2O)11.8%,不同的玻璃有一定的波动,对配料熔制过程中熔化、澄清、均化产生极大影响;

2、碱金属氧化物含量偏低,碱金属氧化物能够提供游离氧使玻璃结构中O/Si比值增加,发生断键,从而降低玻璃的黏度,使玻璃易于熔融,是良好的助溶剂;

3、碱土金属氧化物含量偏高,以氧化钙为例,Ca2+有极化桥氧和减弱硅氧键的作用,这可能是它降低玻璃液高温黏度的原因之一。但玻璃中氧化钙含量过多,一般使玻璃的料性变短,脆性增大,这与Ca2+对结构的积聚作用有关,料性变短直接导致玻璃液经离心机拉丝成形的过程中,无法很好的控制玻璃纤维的直径以及长度,对后续的玻璃棉制品的产品性能产生极大影响。

4、配合料的分解、部分组分的挥发、氧化物的氧化还原反应、玻璃与气体介质及耐火材料的相互作用等原因都会产生大量气体,这些气体会形成无数的气泡。而大多数玻璃棉企业最常用的方法是采取升高温度降低黏度加速澄清企图达到排除气泡的作用,但是效果十分微小。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种规模化生产玻璃棉的玻璃棉粉料;

本发明的另一个目的是提供一种规模化生产玻璃棉的方法;

本发明的又一个目的是提供一种规模化生产的玻璃棉。

为了达到上述的技术效果,本发明采取以下技术方案:

一种规模化生产玻璃棉的玻璃棉粉料,包括下述质量份的组分:废玻璃75~85份;五水硼砂5~10份;纯碱1~3份;白云石1~3份;钾长石1~3份;碳酸钾1~2份;硝酸钠0.5~1.5份;食盐0.3~1份;硫酸钠0.5~1份。

优选的是,所述的玻璃棉粉料包括下述质量份的组分:废玻璃85份;五水硼砂7份;纯碱2份;白云石1份;钾长石3份;碳酸钾1份;硝酸钠1份;食盐0.5份;硫酸钠0.7份。

进一步的技术方案是,所述的废玻璃由下述质量百分比的组分组成SiO2:72.5%、CaO:9.53%、MgO:4.28%、Al2O3:0.7%、(Na2O和K2O):11.8%,其余为不可避免的杂质。

进一步的技术方案是,所述的白云石由下述质量百分比的组分组成:MgO:21.65%、CaO:30.31%、CO2:47.65,其余为不可避免的杂质。

进一步的技术方案是,所述的钾长石由下述质量百分比的组分组成:SiO2:64.85%、Al2O3:19.26%、Na2O:2.36%、K2O:12.69%,其余为不可避免的杂质。

本发明还提供了采用所述的玻璃棉粉料规模化生产玻璃棉的方法,将玻璃棉粉料按照上述组分配制,然后将配制均匀的粉料加入马蹄焰窑炉,于温度1400~1430℃下融化澄清。

本发明还提供了所述的玻璃棉生产方法获得的玻璃棉,所述的玻璃棉的压缩回弹率≥96.1%;玻璃棉的纤维平均直径为3.5μm;含水量≤0.3%;导热系数≤0.032W/(m·K);燃烧性能如下:质量损失率≤4.8%,炉内温升≤3℃,持续火焰时间为0s。

下面对本发明做进一步的解释和说明。

玻璃棉粉料中Na2SO4、NaNO3、NaCl按照一定比例加入配料中,澄清能够达到玻璃棉生产所需要的理想玻璃液效果。Na2SO4的分解温度较高,属高温澄清剂;NaNO3一般作为供氧体与变价氧化物配合使用,玻璃中很少单独以硝酸盐作为澄清剂;NaCl高温时气化挥发能促进玻璃液澄清;Na2SO4、NaNO3、NaCl按照一定比例形成复合澄清剂,主要利用了澄清剂中氧澄清,硫澄清和卤素澄清三大澄清优势,充分发挥三者的协同效应和叠加效果,可达到持续澄清的效果,大大地增强了澄清能力。相较砷锑类复合澄清剂更加绿色,环保,安全,高效。若未加入上述的三种组分或者三种组分的加入量不符合本发明的配比,则无法生产超细玻璃纤维,生产出来的玻璃棉制品回弹严重不足,纤维发脆,粉尘率高。

玻璃棉粉料中加入纯碱和钾长石,提升碱金属氧化物含量,通过游离氧使玻璃结构中O/Si比值增加,发生断键,从而降低玻璃的黏度,促进气泡的排除。通过加入适量硝酸钾调整碱金属氧化物氧化钾和氧化钠的比例,降低玻璃液表面张力,进一步促使玻璃液中的气泡排出。

玻璃棉粉料中加入适量的钾长石,钾长石可以增加Al2O3的含量提高玻璃纤维的机械强度、化学稳定性,降低其析晶倾向,同时可以带来Na2O、K2O、SiO2,由于钾长石能引入碱金属氧化物,可以节约一部分纯碱的用量。

玻璃棉粉料中加入适量的五水硼砂,增加B2O3含量,降低玻璃液黏度,加速澄清的作用。B2O3的含量在2%左右可以使熔炉的生产效率大大提高。在本发明中选用五水硼砂作为B2O3的来源,是由于十水硼砂对配料的利用率影响较大,五水喷砂成本过高。

玻璃棉性能的测试方法如下:

1、压缩回弹性

1.1、测试方法:MTS-F05-06-A1-2014,第5.2.11节

1.2、样品尺寸:150mm×150mm;

1.3、处理条件:测量原始厚度→样品夹于100mm×100mm平板间,加载500g→120℃,1h→室温,2h→(38±2)℃,(95±2)%RH,22h→室温,1h→测量测试后厚度。

2、抗霉菌性

2.1、测试方法:MTS-F05-06-001-A1-2014,第5.2.8节

2.2、样品尺寸:30mm×30mm;

2.3、测试条件:(38±2)℃,(98±2)%RH,168h。

3、耐热老化性能

3.1、测试方法:MTS-F05-06—001-A1-2014,第5.2.8节

3.2、样品尺寸:30mm×30mm;

3.3、测试条件:(150±2)℃,168h→常温2h。

本发明与现有技术相比,具有以下的有益效果:

1)、生产成本低,资源综合利用,利于环保:主要原料为废玻璃,成本低,从而大幅度降低了玻璃棉的价格,提升其产品竞争力,同时处理了大量的废玻璃,有益于环保。

2)、能满足大规模生产,熔炉的生产效率提高:以40㎡的马蹄焰窑炉为例,熔化率能达到3T/㎡·天,即日产120吨离心玻璃棉产品。

3)、玻璃棉的产品性能高:玻璃纤维的粉尘率低、韧性好、纤维直径可达到超细玻璃纤维的标准。

附图说明

图1为Na2O-CaO-SiO2三相图。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例1:

废玻璃85份;五水硼砂7份;纯碱2份;白云石1份;钾长石3份;碳酸钾1份;硝酸钠1份;食盐0.5份;硫酸钠0.7份。

废玻璃的由下述质量百分比的组分组成:SiO2:72.5%、CaO:9.53%、MgO:4.28%、Al2O3:0.7%、(Na2O和K2O):11.8%,其余为不可避免的杂质。

白云石由下述质量百分比的组分组成:MgO:21.65%、CaO:30.31%、CO2:47.65,其余为不可避免的杂质。

钾长石由下述质量百分比的组分组成:SiO2:64.85%、Al2O3:19.26%、Na2O:2.36%、K2O:12.69%,其余为不可避免的杂质。

将上述的物料混合均匀后加入马蹄焰窑炉,于1400℃融化澄清得到玻璃液。

玻璃液经铂金漏板流入离心机,控制流股流量0.2-1.2T/h,温度900-950℃,离心机经过一次成纤和二次成纤,形成玻璃纤维,引风将玻璃纤维吸入集棉系统,再通过固化炉固化成形,得到成形的玻璃棉制品。

获得的玻璃棉进行性能测试,测试结果如下。

第一批次玻璃棉的检测数据:

第二批次玻璃棉的检测数据:

第三批次玻璃棉的检测数据:

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述,上述实施例仅为本发明较佳的实施方式,本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,应该理解,本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式,这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

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