CN106149196B - 一种在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统，包括有熔炉、离心机、集棉机及热压定型装置。热压定型装置采用上下链板配合形成压合间隙，玻璃棉于压合间隙中受压，可于传动的过程中进行连续热压。本发明还提供了基于上述生产系统的生产方法。与现有技术相比，本发明实现了在线式连续生产，生产效率高，制得的玻璃棉芯材结构稳定，绝热效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统及方法。
背景技术
真空绝热板是将真空绝热原理和传统保温材料结合起来的一种高效新型绝热保温材料，由膜材料、芯材及吸气剂材料组成，通过内部真空处理将气体清除掉，进而消除气体导致的传热途径而隔绝热传导，从而达到保温、隔热及节能的目的。真空绝热板在冰箱，保温箱，建筑墙体，冷藏集装箱等领域有广泛应用。
芯材是真空绝热板的核心，多采用高空隙率，气孔连通，导热系数低的材料，例如玻璃棉毡。其制造方法是采用湿法生产工艺，即把玻璃纤维或玻璃棉，火焰棉等经制浆、上浆、脱水、施胶、烘干、固化等制作芯材。湿法生产工艺是较为成熟的工艺，目前国内厂家基本使用此技术，但生产过程中需要大量的化学助剂和水，能耗高，对环境污染严重，且工艺过程复杂繁琐，成本高。
有鉴于此，玻璃棉真空绝热板芯材的干法制造技术逐渐得到重视。干法制造技术不使用粘合剂，是用离心法生产玻璃棉纤维，集棉形成一定厚度的玻璃棉，切割成一定大小，送入定型设备进行高温热压定型，制成不含粘合剂的玻璃棉毡。相对于湿法工艺，干法工艺无需化学助剂，工艺过程较为简单。然而，由于当前热压定型设备多是由上下模具加热压合成型，受到模具尺寸的限制，玻璃棉需要切割后离线进行热压，无法实现在线连续作业；此外，在厚度方向上受热不均匀，影响了其绝热性能。这导致了干法工艺作业不连续，人工多，可控性差，效率低，成本高，难以实际生产应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统及生产方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统，包括有用于熔制原材料以形成玻璃液的熔炉、用于使玻璃液成纤的离心机、用于收集玻璃纤维形成玻璃棉的集棉机、用于热压玻璃棉以形成玻璃棉毡的热压定型装置，所述热压定型装置包括有腔室、传送压合系统及供热系统，所述供热系统用于向所述腔室供热，并使所述腔室的最高温度不低于550℃；所述腔室的两端设置有进料口和出料口，传送压合系统包括有至少一组上、下链板及链板传动机构，上、下链板平行设置并形成一压合间隙，由集棉装置形成的玻璃棉层经由进料口进入上、下链板的压合间隙中受压，并在链板传动机构的带动下传送至出料口。
优选的，所述供热系统包括有燃烧炉和循环风机，所述腔室上设置有热风进风口和热风出风口，所述燃烧炉产生的热量在循环风机的带动下，经由进风口和出风口形成腔室内热风的循环。
优选的，所述腔室进料口至出料口的长度是30-36米，沿长度方向设置有5-8个温区。
优选的，还包括一设置于所述集棉机和热压定型装置之间的固化炉，所述固化炉的最高温度不高于250℃；所述腔室进料口至出料口的长度是12到18米，沿长度方向设置有2-4 个温区。
优选的，所述腔室于各个温区分别设置有热风进风口及热风出风口。
优选的，所述上、下链板上设有若干便于热风循环气体通过穿透玻璃棉层的钻孔。
优选的，所述热压定型装置还设置有用于调节所述上、下链板高度的上下调节系统，及用于调节所述上、下链板水平张紧度的链板张紧系统。
优选的，所述生产系统设置有一字排列的多台所述离心机，所述集棉机位于所述离心机下方，其中3-4台离心机对应1台单向运动的集棉机或6-8台离心机对应2台双向运动的集棉机；所述离心机形成的玻璃纤维经由布棉装置均匀分布于所述集棉机上。
一种应用上述生产系统进行在线干法玻璃棉真空绝热板芯材生产的方法，包括以下步骤：
(1)按成分配比称取原料，混合后于1350-1460℃下熔制，形成玻璃液，其中所述成分配比是：SiO2:60-65％、Al2O3:1.5-2.5％、B2O3:4.5-6.5％、Na2O+K2O:16-17％、CaO:6-8％、 MgO:2.5-3.5％；
(2)对玻璃液进行离心操作，制得直径为3-7um、长径比1000-3000的玻璃棉纤维，玻璃棉纤维均匀落入集棉机形成层状玻璃棉；
(3)层状玻璃棉在连续受压状态下依次经过200-600℃的若干个温区的多段加热进行热压定型，热压定型时间是1-10分钟；
(4)冷却、裁切形成玻璃棉芯材。
优选的，步骤(3)具体包括:将层状玻璃棉于200-250℃下进行烘干加热；在连续受压状态下依次经过三个温区，其中第一温区是300-375℃，第二温区是400-550℃，第三温区是500-600℃。
优选的，第一温区200-250℃，第二温区280-400℃，第三温区450-550℃，第四温区500-600℃，第五温区400-450℃。
本发明的有益效果是：
1.热压定型装置采用上下链板配合形成压合间隙，玻璃棉于压合间隙中受压，可于传动的过程中进行连续热压，与上下压板瞬时热压相比，本发明可实现在线式连续生产，集棉机形成的层状玻璃棉可直接进行热压，中间过程无需裁切或停顿，生产效率高，成本低，适于实际生产应用；
2.热压定型装置采用热风循环，高温气体上下穿过玻璃棉层，玻璃棉层的厚度方向上温度均匀，棉层中的水分和有机气体能够溢出，制得的真空绝热板芯材的导热系数低，绝热性能更好；
3.热压定型装置设置有多个温区，最高温度至600℃。玻璃棉在低温区干燥、预热后，在400-600℃下，玻璃棉层在上下链板夹带作用下，纤维处于受压力状态，产生高温蠕变，内部的基团自动向平衡结构状态调整，促使结构应力与结构应变消失，再快速冷却使应力松弛在低温下速率低而难以进行，棉层离开热压定型装置后，压制成的玻璃棉毡保持原来形状，不会膨胀和回弹，使用过程中性能稳定；
4.采用一台集棉机对应多台离心机于一生产线同时生产，玻璃棉纤维分布均匀，层数多，层薄，纤维成水平方向相互交织，尽可能的减少了垂直方向的纤维，进而减少垂直棉板反向的热传递及热桥效应，制作的芯材导热系数低，3.5-4.7微米纤维制得的干法玻璃棉芯材，导热系数0.0015-0.002w/(m.k)。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统和方法不局限于实施例。
附图说明
图1为本发明第一实施例的生产系统结构示意图；
图2为本发明第一实施例的热压定型装置结构示意图；
图3为图2中A区域的局部放大示意图，其中箭头指示热风流动路径；
图4为图3的俯视图；
图5为本发明第二实施例的生产系统结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参考图1，本实施例的一种在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统，包括有熔炉1、离心机2、集棉机3、热压定型装置4和传输装置5。熔炉1用于熔制原材料以形成玻璃液；离心机2用于将玻璃液纺成玻璃纤维；集棉机3设置于离心机下方，用于收集玻璃纤维形成玻璃棉；热压定型装置4与集棉机3通过传输装置5衔接，用于热压玻璃棉以形成玻璃棉毡；传输装置5可以是例如传送带、传送链等习知的传输设备。
参考图2，热压定型装置4包括有腔室41、传送压合系统42及供热系统(图未示)。腔室41靠近集棉机3的一端设置有进料口411，另一端设置有出料口412，侧面上设置有热风进风口413和热风出风口414。传送压合系统42包括有上链板421，下链板422及链板传动机构423。链板传动机构423包括有设置于腔室41两端的两组滚轮，上链板421和下链板422分别套接在两端的滚轮上，并在滚轮的带动下转动，从而实现传动。参考图3至图4，上链板421和下链板422平行设置，并形成一压合间隙，玻璃棉层由进料口411进入压合间隙中受压，并在链板传动机构423的带动下传送至出料口412，在此期间处于持续受压的状态。上链板421和下链板422上分别设置有钻孔421a及422a，作为热气流通的通道，同时用于水分及挥发性物质的发散通道。热风经由下方的热风进风口413进入腔室41内，由于热气上升，由下链板422的钻孔422a经由上链板421的钻孔421a穿透玻璃棉层，再由上方的热风出风口414流出，使玻璃棉层内部充分且均匀的受热。热压定型装置4还设置有用于调节上、下链板高度的上下调节系统43，及用于调节上、下链板水平张紧度的链板张紧系统44，上下调节系统43和链板张紧系统44例如可通过调整滚轮的位置，来调整压合间隙的高度，从而调整制得的玻璃棉毡的厚度。
供热系统用于向腔室41供热，可以是热风循环系统，包括有燃烧炉和循环风机，燃烧炉通过燃烧天然气、石油气等燃料产生热量，在循环风机的带动下形成热风，并经由热风进风口413和热风出风口414形成腔室41内的热风循环，每个区的燃烧系统和热风循环风机都是独立运行，以控制腔室41内最高温度不低于600℃，适用于进行玻璃棉纤维的热压。本实施例中，腔室41由进料口411至出料口412的长度是30-36米，沿长度方向设置有5 个温区，每个温区分别设置有热风进风口413和热风出风口414，通过各温区循环热风的控制实现不同的温度。通过控制上下链板的运行速度，可以控制玻璃棉通过腔室内的时间，即控制加热的时间。
本实施例中，可设置有呈一字排列的6台离心机2，对应2台可双向移动的双向集棉机 3。熔炉1混合熔制形成的玻璃液经由前炉、漏板分别进入6台离心机2，在离心盘高速旋转并在离心机外炉燃烧室高温气流作用下形成玻璃纤维细丝，并经由布棉装置改变纤维的自由下落位置，形成水平均匀的棉层。布棉装置可以是例如摇摆筒或空气刀。双向集棉机3于离心机2下做循环反复的横向移动，各离心机2形成的玻璃纤维叠加在前一离心机2形成的棉层上，从而形成多层状的效果，离心机越多，则棉层越多，分层越明显，棉分布越均匀，可以达到一对一所无法达到的层数及均匀效果。
采用本实施例的生产系统制备玻璃棉真空绝热板芯材的方法，具体包括以下步骤：
(1)按成分配比称取原料，混合后于熔炉1中1350-1460℃下熔制，形成玻璃液，其中成分配比是：SiO2:60-65％、Al2O3:1.5-2.5％、B2O3:4.5-6.5％、Na2O+K2O:16-17％、CaO:6-8％、 MgO:2.5-3.5％。
(2)玻璃液送入离心机2中，控制离心机2的转速在2400-3600r/min，玻璃液的温度在 1053℃，玻璃液在离心机2内高速旋转并在高温气流的作用下形成直径为3-7um、长径比1000-3000的玻璃棉纤维，玻璃棉纤维均匀落入集棉机形成层状玻璃棉。
(3)层状玻璃棉由传输装置5送向热压定型装置4，由进料口411进入上链板421和下链板422的压合间隙中受压，并在连续受压的状态下依次经过5个温区进行多段加热，传送至出料口；其中第一温区200-250℃，第二温区280-400℃，第三温区450-550℃，第四温区500-600℃，第五温区400-450℃。第一二温区下，玻璃棉进行干燥及去除挥发性物质、通过弹性形变初步压合紧密并达到均匀受热；第三四温区下，随着温度的逐步提高，玻璃棉产生高温蠕变，通过内部结构的微调整消除应力；在第五温区下，玻璃棉急冷150℃，在低温下应力松弛难以进行，保持形状。玻璃棉经过五个温区的时间可控制在5-10分钟，以确保一个较好的热压效果且不容易发生回弹变形。
(4)冷却至室温，通过切边、裁切、包装等常规工艺形成玻璃棉真空绝热板芯材。
实施例2
参考图5，本实施例的一种在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统，包括有熔炉(图中省略)、离心机2、集棉机3、热压定型装置4’、传输装置5、固化炉6及冷却传输端7。熔炉、离心机2及集棉机3的设置及功能与实施例1相同，在此不加以赘述。固化炉6设置于集棉机3和热压定型装置4’之间并通过传输装置5衔接，用于烘干加热玻璃棉，热压定型装置4’用于热压经由固化炉6加热的玻璃棉以形成玻璃棉毡，玻璃棉毡由冷却传输端7冷却送出。
热压定型装置4’与热压定型装置4的结构大致相同，其差别在于，热压定型装置4’的长度是12到18米，沿长度方向设置有3个温区。
固化炉6可以是普通的250℃玻璃棉固化炉，在此温度下，玻璃棉的水分及高分子杂质气化挥发，提高了紧密度。其内部亦可设置有上下链板以进行玻璃棉的初步压挤形成毡状结构。由于干法玻璃棉不含有粘合剂，经过固化炉6后会回弹，棉质较为疏松，密度低，需进行进一步的热压。
采用本实施例的生产系统制备玻璃棉真空绝热板芯材的方法，具体包括以下步骤：
步骤(1)、(2)：同实施例1。
(3)层状玻璃棉由传输装置5送向固化炉6，在250℃下进行烘干加热，形成平整的毡状结构。(4)进入热压定型装置4’，在连续受压的状态下依次经过3个温区进行多段加热，传送至冷却传输端7进行空冷。其中第一温区是300-375℃，第二温区是400-550℃，第三温区是500-600℃。玻璃棉经过三个温区的时间可控制在3-6分钟。
(5)冷却至室温，通过切边、裁切、包装等常规工艺形成玻璃棉真空绝热板芯材。
本实施例将热压定型装置4’与常规的玻璃棉固化炉结合，减少了热压定型装置的长度，降低了生产系统的成本投入，提高生产效益。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统及方法,但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (11)
1.一种在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统，包括有用于熔制原材料以形成玻璃液的熔炉、用于使玻璃液成纤的离心机、用于收集玻璃纤维形成玻璃棉的集棉机、用于热压玻璃棉以形成玻璃棉毡的热压定型装置，其特征在于：
所述热压定型装置包括有腔室、传送压合系统及供热系统，所述供热系统用于向所述腔室供热，并使所述腔室的最高温度不低于550℃；所述腔室的两端设置有进料口和出料口，传送压合系统包括有至少一组上、下链板及链板传动机构，上、下链板平行设置并形成一压合间隙，由集棉机形成的玻璃棉层经由进料口进入上、下链板的压合间隙中受压，并在链板传动机构的带动下传送至出料口。
2.根据权利要求1所述的在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统，其特征在于：所述供热系统包括有燃烧炉和循环风机，所述腔室上设置有热风进风口和热风出风口，所述燃烧炉产生的热量在循环风机的带动下，经由进风口和出风口形成腔室内热风的循环。
3.根据权利要求1所述的在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统，其特征在于：所述腔室进料口至出料口的长度是30-36米，沿长度方向设置有5-8个温区。
4.根据权利要求1所述的在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统，其特征在于：还包括一设置于所述集棉机和热压定型装置之间的固化炉，所述固化炉的最高温度不高于250℃；所述腔室进料口至出料口的长度是12到18米，沿长度方向设置有2-4个温区。
5.根据权利要求3或4所述的在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统，其特征在于：所述腔室于各个温区分别设置有热风进风口及热风出风口。
6.根据权利要求2所述的在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统，其特征在于：所述上、下链板上设有若干便于循环热风穿透玻璃棉层的钻孔。
7.根据权利要求1所述的在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统，其特征在于：所述热压定型装置还设置有用于调节所述上、下链板高度的上下调节系统，及用于调节所述上、下链板水平张紧度的链板张紧系统。
8.根据权利要求1所述的在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产系统，其特征在于：所述生产系统设置有一字排列的多台所述离心机，所述集棉机位于所述离心机下方，其中3-4台离心机对应1台单向运动的集棉机或6-8台离心机对应2台双向运动的集棉机；所述离心机形成的玻璃纤维经由布棉装置均匀分布于所述集棉机上。
9.一种在线干法玻璃棉真空绝热板芯材的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按成分配比称取原料，混合后于1350-1460℃下熔制，形成玻璃液，其中所述成分配比是：SiO2:60-65%、Al2O3:1.5-2.5%、B2O3:4.5-6.5%、Na2O+K2O:16-17%、CaO: 6-8%、MgO:2.5-3.5%,且各组分含量之和为100%；
（2）对玻璃液进行离心操作，制得直径为3-7um、长径比1000-3000的玻璃棉纤维，玻璃棉纤维均匀落入集棉机形成层状玻璃棉；
（3）层状玻璃棉在连续受压状态下依次经过200-600℃的若干个温区的多段加热进行热压定型，热压定型时间是1-10分钟；所述热压定型在一热压定型装置中进行，所述热压定型装置包括有腔室、传送压合系统及供热系统，所述供热系统用于向所述腔室供热，并使所述腔室的最高温度不低于550℃；所述腔室的两端设置有进料口和出料口，传送压合系统包括有至少一组上、下链板及链板传动机构，上、下链板平行设置并形成一压合间隙，由集棉机形成的玻璃棉层经由进料口进入上、下链板的压合间隙中受压，并在链板传动机构的带动下传送至出料口；
（4）冷却、裁切形成玻璃棉芯材。
10.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于：步骤（3）具体包括:
将层状玻璃棉于200-250℃下进行烘干加热；在连续受压状态下依次经过三个温区，其中第一温区是300-375℃，第二温区是400-550℃，第三温区是500-600℃。
11.根据权利要求10所述的生产方法，其特征在于：所述温区依次为：第一温区200-250℃，第二温区280-400℃，第三温区450-550℃，第四温区500-600℃，第五温区400-450℃。
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