[发明专利]利用高速旋转转筒和低频声波分布的棉块成型工艺

说明书

                    技术领域

本发明涉及矿物纤维棉材料，更进一步地说涉及长玻璃纤维保温产品。本发明还涉及由长棉纤维制得的保温产品的制造。

                  背景技术

小径玻璃纤维可以用于多种应用中，包括隔音或隔热材料。当将这些小径玻璃纤维适当组合成网格或棉毡(通常称为棉块)时，单个缺乏强度或刚度的玻璃纤维可以形成十分强有力的产品。所制得的玻璃纤维保温材料重量轻、耐高压且具有弹性。就本专利说明书来说，术语“玻璃纤维”和“玻璃组合物”中的“玻璃”将包括任何玻璃类矿物材料，如岩石，矿渣和玄武岩，以及传统的玻璃。

用于生产玻璃纤维保温产品的普通现有技术方法包括由旋转法生产玻璃纤维。将单一熔融玻璃组合物强迫通过离心或旋转喷头外壁中的孔，产生主要是直的玻璃纤维。通过吹气机向下拉伸纤维，通常采用常规空气刀和重叠技术来分散帘。当将纤维向下拉伸时，将用来将这些纤维粘结成棉产品的粘结剂喷射到这些纤维上。然后将这些纤维收集起来并形成棉块。然后将该棉块通过在炉中加热而进一步处理成保温产品，并机械成型以及将棉块切割。

理想的保温材料是在这些网格的纤维之间具有均匀的间隙。玻璃纤维保温材料主要是网格，用于将空气限制在纤维之间并由此防止空气循环以阻止热传递。该网格还可以通过发散热辐射而阻止热传递。具有更加均匀间隙的纤维将使发散达到最大，因而具有更大的保温能力。

在生产玻璃纤维棉保温材料过程中，必需采用相对短的纤维以达到合适的网格性能。已知的用于将短纤维分散在帘中的重叠技术已经证明是可行的，尽管是不理想的纤维分布。与其相反，长纤维相互之间会缠绕，形成绳或线。出于本发明的目的，在使用术语“长纤维”和“短纤维”时，术语“短纤维”包括大约2.54厘米(约1英寸)或更短的纤维，而术语“长纤维”包括长于约5.08厘米(约2英寸)的纤维。

除了成纤器产量和几何形状以外，由于不同的空气动力学性能，长纤维比短纤维更容易缠绕。此外，纤维越长，则越易缠绕。常规的重叠技术不能消除、甚至还会增强在长或半连续纤维帘中形成绳和线。即使在未打乱时，长纤维在纤维帘向下缓慢降落在收集表面上时也会形成绳和线。除了收集表面的运动以外，长纤维(就象未混乱的短纤维帘一样)将会堆积成不均匀的纤维块，无序的纤维堆积物。这些不均匀的纤维块其部分特征是绳和线的形成，它们长久以来已经阻止了长纤维的大量商业运用。长纤维的绳产生了商业上不需要的外观，而且更重要的是产生了与理想的均匀网格的偏离并且降低了玻璃棉的保温性能。

但是，即使是短的直纤维也仅形成不好的网格，并且某些纤维结成一团。结果，现有的玻璃棉保温材料产品中的纤维分布具有明显的不均匀性。因此，不能达到理想均匀的网格分布。

采用短直纤维的另一个问题是必需向纤维中加入有机粘结剂材料。该粘结剂通过在纤维与纤维的界面处粘结而使产品保持在一起。但粘结剂昂贵且存在几个环境问题，其原因在于大多数粘结剂均含有有机化合物，必须花费很大的精力来处理由该生产工艺排放的流出物，以减轻对环境的不利影响。另外，该粘结剂必需要用炉子来固化，需要采用额外的能量并且产生其它的环境清除成本。但是长纤维即使不用粘接剂也会发生纤维与纤维之间的缠绕，所得到的棉块的不均匀性使得它们长久在商业上不适用。

最后，除了均匀性和整体性以外，棉块还需具有从加压下恢复的性能。在运输和包装保温材料中，高可压性是优选的。合适的是将棉压制以供运输，然后能很快地将它恢复并且稳定在所需要的尺寸上。当将该产品压制时，粘结剂使纤维在纤维与纤维界面处保持固定，同时玻璃纤维本身屈服。当纤维上的压力由于过分加压而增加时，纤维会断裂。因此，现有的保温产品在保持合适恢复性的同时其可能的加压量是有限的。

不管怎么说，由于长纤维几乎在所有方面均存在问题，商业玻璃纤维棉保温产品长久以来只用短直纤维，尽管短纤维在网格不均匀性、需要粘接剂和有关的环境问题以及有限的压制性上有缺陷。因此，人们需要对棉保温产品进一步改进以改进棉块性能、降低成本和消除环境问题。

               本发明的内容

本发明通过提供形成长玻璃纤维棉块的方法、装置和设备而满足了这个需要，它提供了基本上均匀的网格，消除了对粘结剂的需要并生产出具有工业产品所需要的明显的压缩性和恢复性的玻璃棉块。