一種食品級家電保溫隔熱用玻璃棉及其製造方法與流程
2024-02-19 20:49:15 4
本發明涉及玻璃纖維棉製品領域，具體涉及一種用於食品級家電保溫隔熱用的玻璃棉及其製造方法，尤其是適用於烤箱、冰箱、自動售賣機等小家電等的環保型保溫材料。
背景技術：
市場上食品級家電裝置所用的保溫材料及保溫效果參差不齊，因其採用的保溫層材質的不同，造成高端、低端保溫及保溫效果差距巨大。一般地，低端家電裝置採用的是空氣隔熱、多層鋼化玻璃隔熱，高端保溫及烤箱採用的是擠塑板(聚苯乙烯泡沫塑料)、真空絕熱板、矽酸鋁纖維等。空氣隔熱、多層鋼化玻璃隔熱，保溫效果差；擠塑板(聚苯乙烯泡沫塑料)雖然保溫效果較好，但厚度較厚，增加家電體積，且材質易燃，存在安全隱患；真空絕熱板、矽酸鋁纖維，保溫效果好、不燃、無安全隱患，但成本較高，不利於推廣。食品級裝置尤其是保溫及烘烤等小家電若採用食品級用玻璃棉作為保溫層，其效果佳、成本低、無安全隱患，保溫玻璃棉在家電方面的應用將成為此種新材料今後的一個主要發展方向。
技術實現要素：
本發明的目的是開發出一種食品級家電保溫用的新型玻璃棉，以期克服現有市場保溫材料的諸多缺點如：易燃、保溫效果差、成本較高、厚度較厚等。針對此種情況，本發明提出了一種食品級裝置保溫用的玻璃棉，利用了玻璃棉的良好的特性，輕質、隔音、保溫、隔熱A級不燃、化學穩定性好，性價比合理，以達到擴大玻璃棉使用領域，取代一些傳統有機保溫層，不僅家電的節能型、安全性得到保障，為玻璃棉及其複合材料今後的發展探索出新的應用方向。
具體來說，本發明採用了以下技術方案：
一種食品級家電保溫隔熱用玻璃棉，其特徵在於，所述玻璃棉的構成按質量份數計算為：離心玻璃纖維95.9-97.8份、粘結劑2.0-3.5份、水分0.2-0.6份，纖維的導熱係數及其他質量指標如下：導熱係數≥0.042w/k.m,纖維直徑≤6.0μm，抗拉強度≥16N/cm2，棉分布均勻性≤10％，渣球含量≤0.2％，甲醛釋放率0，壓縮回彈性-壓縮率≥50％，壓縮回彈性-回復率≥78％，纖維外觀平整、顏色均勻，纖維柔軟，回彈好。
其中，所述玻璃棉中的離心玻璃纖維按質量份數包括：硼砂70-90份、白雲石5-8份、純鹼25-30份、平板玻璃600-800份。
另外，所述粘結劑包括丙烯酸樹脂及添加劑，其中按質量份計算，丙烯酸樹脂為100-300份，添加劑的組成及質量份數為矽油0.5-6.0份、矽烷0.2-2.0份、增柔劑及乳化劑0.2-2.0份，水300-900份。進一步，所述丙烯酸樹脂的組成按質量百分比包括：丙烯酸類單體5-20％、聚酯中間體10-40％、分散劑1-5％、引發劑1-10％、鏈轉移劑0.5-5％、緩聚劑0.5-5.0％、偶聯劑0.01-2％、軟化劑0.01-2％、乳化劑0.01-2％、防黴劑0.1-2.0％、水40-80％。
本發明還公開了一種食品級家電保溫隔熱用玻璃棉的製造方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟：
1)玻璃液製備：按質量份將硼砂70-90份、白雲石5-8份、純鹼25-30份、平板玻璃600-800份進行稱重混合，送往窯爐進行熔化，窯爐熔化溫度控制在1370-1420℃，料道溫度控制在1160-1200℃，離心盤溫度控制在940-970℃，製得玻璃液；
2)準備粘結劑：將丙烯酸樹脂與添加劑混合攪拌，過濾備用，其中按質量份計算，丙烯酸樹脂為100-300份，矽油0.5-6.0份，矽烷0.2-2.0份，增柔劑及乳化劑0.2-2.0份，水300-900份；
3)製備玻璃棉纖維：將步驟1)製備好的玻璃液通過料道及玻璃液漏板，進入離心盤，在高速旋轉的強大的離心力作用下，拉伸製備成玻璃棉初生纖維，同時將步驟2)製得的粘結劑混合溶液通過噴霧裝置以完全霧化狀態均勻噴射在玻璃棉纖維表面；
4)集棉固化：均勻噴射好粘結劑混合溶液的玻璃棉纖維經過集棉機集棉，輸送到固化爐進行固化，其中集棉機板線速度控制在12-20m/分鐘，固化溫度範圍控制為220-270℃；
5)切割：將固化的玻璃棉纖維塊切割成長度和寬度符合要求的纖維製品。
優選地，在步驟1)之前，還包括對原料進行檢測的步驟，以確認原料符合ROHS六項指令規定的指標值，即鉛、汞、六價鉻、多溴聯苯、多溴聯苯醚五項指令含量分別≤1000ppm，鎘含量≤100ppm，只有當原料符合該六項指令規定的指標值後才進入玻璃液製備程序。
在以上方法中，步驟1)中製備的玻璃液的粘度值為10Pa.S，玻璃液呈透明狀，無氣泡或者含有極少氣泡。
另外，在步驟2)中，所製備的丙烯酸樹脂粘結劑混合溶液中的固含量為10.0-15.0,其中尤以12.0-13.0％為最佳。
其中該方法中所用的丙烯酸樹脂的組成按質量百分比包括：丙烯酸類單體5-20％、聚酯中間體10-40％、分散劑1-5％、引發劑1-10％、鏈轉移劑0.5-5％、緩聚劑0.5-5.0％、偶聯劑0.01-2％、軟化劑0.01-2％、乳化劑0.01-2％、防黴劑0.1-2.0％、水40-80％。
另外在步驟3)中，當玻璃液進入旋轉的離心盤，在離心作用下被拉伸成玻璃棉纖維時，玻璃液單頭流量控制在450-650kg/小時，雙頭離心頭生產時，總流量控制在0.9-1.3噸/小時，將粘結劑混合溶液由噴霧裝置以完全霧化狀態均勻噴射在玻璃棉纖維表面時，預設流量範圍為2.5-4.5kg/分鐘。
本發明公開了一種用於食品級家電保溫隔熱用的玻璃棉及其製造方法，本發明通過調整和優化玻璃液配方、熔化工藝、離心機紡絲工藝、固化工藝，使用環保型丙烯酸樹脂的粘結劑，製得的家電保溫隔熱材料玻璃棉具有以下特性：
(1)產品柔軟富有彈性，纖維本身強度高，使用時不掉纖維；
(2)家電用的的保溫材料一般使用低容重、厚度薄的玻璃棉，棉分布的均勻性、玻璃棉顏色的均勻性、產品水分的均勻性要求更高；
(3)產品微量金屬及有害物質含符合歐盟ROHS六項指令標準；
(4)實驗證明應用本發明所得玻璃棉在300攝氏度的高溫下，導熱性能不會發生改變。
具體實施方式
本發明公開了一種用於食品級家電保溫隔熱用的玻璃棉及其製造方法。
本發明的食品級家電保溫隔熱用的玻璃棉要求符合的ROHS是由歐盟立法制定的一項強制性指令，它的全稱是《關於限制在電子電器設備中使用某些有害成分的指令。具體見下表1。
表1歐洲ROHS標準
本發明的食品級家電保溫隔熱用玻璃棉和普通玻璃棉保溫材料質量指標比較，特點就是容重更低、厚度更薄、彈性更好，不僅粘結劑用量不能偏高，粘接強度反而要求更強，另外棉層的均勻度要求更高，具體質量指標如表2所示。
對於發明的食品級家電保溫隔熱用的玻璃棉，客戶正常使用的時候特別關注和強調不能掉纖維，尤其是食品級烤箱。根據設計，有部分保溫材料裸露在外面，因此對纖維強度和粘結劑的粘結牢度提出更高的要求。
食品級家電保溫隔熱用的玻璃棉，其按質量份數的構成為：離心玻璃棉纖維：95.9-97.8份、粘結劑：2.0-3.5份、水份：0.2-0.6份。
製造本發明的食品級小家電保溫隔熱用玻璃棉，具體包括以下步驟：
(1)對進廠的原料廠家，首先提供所供原材料專業機構檢測的ROHS報告，ROHS指令中的鉛(Pb)、汞(Hg)、六價鉻(Cr6+)多溴聯苯(PBB、)多溴聯苯醚(PBDE)等五項指令含量分別≤1000ppm，鎘(Cd)含量≤100ppm，ROHS六項指令都合格後，取得供貨資格。
(2)先將硼砂7-9份，白雲石0.5-0.8份，純鹼2-3份，平板玻璃60-80份進行取樣混合，送往專業檢測機構，檢測ROHS六項指令，符合歐盟六項指令規定的指標值後，才能進行下面步驟(3)，否則按照不合格原料進行退回。
(3)將硼砂70-90份，白雲石5-8份，純鹼25-30份，平板玻璃600-800份進行稱重混合，送往窯爐進行熔化，窯爐熔化溫度控制在1370-1420℃，料道溫度控制在1160-1200℃，離心盤溫度控制在940-970℃。
(4)按照上述熔化工藝製得的玻璃液的質量要求玻璃液粘度10Pa.S,玻璃液呈透明狀，無氣泡後者含有極少氣泡。
(5)準備環保型粘結劑即丙烯酸樹脂及相應的添加劑，其中粘結劑中無甲樹脂100-300份，添加劑的組成及各組分質量份數為：矽油0.5-6.0份、矽烷0.2-2.0，其他增柔劑、乳化劑等合計0.2-2.0份,水：300-900份；另環保型粘結劑即丙烯酸樹脂配方及製造工藝按照本公司已經已取得的發明專利(專利號：ZL201210189599.9)進行生產和配置；上述備好的樹脂和添加劑加入混合罐中攪拌1小時，過濾備用，粘結劑含量10.0-15.0％,其中尤以12.0-13.0％的粘結劑含量噴射效果最好。
(6)將步驟(5)所得的粘結劑混合溶液經過螺杆泵，進入管道混合器和管道穩壓器，進入粘結劑計量罐，進而進入噴霧環。
(7)當玻璃液通過玻璃料道、漏板進入旋轉的離心盤，在高速旋轉產生的強大的離心力作用下被拉伸成玻璃棉纖維時，玻璃液單頭流量控制在450-650kg/小時，雙頭離心頭生產時總流量控制在0.9-1.3噸/小時，將步驟(5)中製得的混合溶液由噴霧環按照預設流量以完全霧化狀態均勻的噴射在玻璃棉纖維表面；預設流量範圍為2.5-4.5kg/分鐘。
(8)均勻噴射好混合溶液的玻璃棉纖維經集棉機集棉、輸送後後進入固化爐固化，其中板線速度控制在12-20m/分鐘,固化溫度範圍控制為220-270℃。
(9)調整縱切機和橫切機的工藝參數，產品的長度和寬度符合客戶需求。
其中在步驟(4)中所述的環保型丙烯酸樹脂也可以是市場上購買的產品。
下面進一步結合具體實施例來對本發明作更詳細的說明。
實施例1
一種家電用的保溫隔熱玻璃棉，其按質量份數得構成是：離心玻璃纖維氈：96.7份、環保型樹脂粘結劑：3.1份，水：0.2份。纖維的導熱係數及其其他重點質量指標如下：導熱係數0.039w/k.m,纖維直徑4.6μm,，抗拉強度18.2N/cm2，棉分布均勻性4.6％，渣球含量0，甲醛釋放率0，壓縮回彈性-壓縮率53％，壓縮回彈性-回復率88％，憎水率99％，纖維外觀平整、顏色均勻，纖維柔軟，回彈好。
該玻璃棉氈製品的生產方法包括如下步驟：
(1)先將硼砂7-9份，白雲石0.5-0.8份，純鹼2-3份，平板玻璃60-80份進行取樣混合，送往專業檢測機構，檢測ROHS六項指令，符合歐盟六項指令規定的指標值後，才能進行下面步驟(2)進行，否則按照不合格原料進行退回。
(2)將硼砂80份，白雲石6.6份，純鹼29.3份，平板玻璃705份進行稱重混合，送往窯爐進行熔化，窯爐熔化溫度控制在1410℃，料道溫度控制在1170℃，離心盤溫度控制在950℃。
(3)按照上述熔化工藝製得的玻璃液的質量要求玻璃液10Pa.S,玻璃液呈透明狀，無氣泡或者含有極少氣泡。
(4)準備環保型粘結劑即丙烯酸樹脂及相應的添加劑，其中無甲樹脂240份，添加劑的組成及各組分質量份數為：矽油：2.8份；矽烷：1.1份；其他增柔劑、乳化劑1.1份；水：800份；所用粘結劑即丙烯酸樹脂配方及製造工藝按照公司已經已取得的發明專利(專利號：ZL201210189599.9)進行生產和配置；將以上備好的樹脂及添加劑加入混合罐中攪拌1小時，粘結劑濃度12.9％，過濾備用，配置好的粘結劑溶液放置時間不能超過12小時。
(5)將步驟(4)所得的粘結劑混合溶液經過螺杆泵，進入管道混合器和管道穩壓器，進入粘結劑計量罐，進而進入噴霧環。
(6)當玻璃液通過料道和漏板，進入高速旋轉的離心盤，在強大的離心力作用下被拉伸成玻璃棉初生纖維，玻璃液單頭頭流量控制500kg/小時，總流量控制在1000kg/小時，將步驟(5)中的粘結劑混合溶液由噴霧環按照預設流量以完全霧化狀態均勻的噴射在玻璃棉纖維表面，其中壓縮空氣壓力0.45Mpa，粘結劑流量3.0kg/分鐘。
(7)均勻噴射好混合溶液的玻璃棉纖維經集棉機集棉、輸送後後進入固化爐固化，其中板線速度控制在16m/分鐘,固化溫度範圍控制為245℃。
(8)調整縱切機和橫切機的工藝參數，產品的長度和寬度符合客戶需求。
實施例2
一種家電用的保溫隔熱玻璃棉，其按質量份數得構成是：離心玻璃纖維氈：97.52份、環保型樹脂粘結劑：2.2份，水：0.28份。纖維導熱係數及其他重點質量指標如下：導熱係數0.036w/k.m，纖維直徑4.1μm，纖維抗拉強度17.8N/cm2，密度分布偏差4.8％，渣球含量0.1％，甲醛釋放率0，壓縮回彈性-壓縮率50％，壓縮回彈性-回復率85％，憎水率98％，纖維外觀平整、顏色均勻，纖維柔軟，回彈好。
該玻璃棉氈製品的生產方法包括如下步驟：
(1)先將硼砂7-9份，白雲石0.5-0.8份，純鹼2-3份，平板玻璃60-80份進行取樣混合，送往專業檢測機構，檢測ROHS六項指令，符合歐盟六項指令規定的指標值後，才能進行下面步驟(2)進行，否則按照不合格原料進行退回。
(2)將硼砂85份，白雲石6.3份，純鹼26.6份，平板玻璃703份進行稱重混合，送往窯爐進行熔化，窯爐熔化溫度控制在1410℃，料道溫度控制在1160℃，離心盤溫度控制在960℃。
(3)按照上述熔化工藝製得的玻璃液的質量要求玻璃液10Pa.S,玻璃液呈透明狀，無氣泡或者含有極少氣泡。
(4)準備環保型粘結劑即丙烯酸樹脂及相應的添加劑，其中無甲樹脂180份，添加劑的組成及各組分質量份數為：矽油：1.8份；矽烷：0.7份；其他增溶劑、乳化劑等0.7份；水：550份；所用粘結劑即丙烯酸樹脂配方及製造工藝按照公司已經已取得的發明專利(專利號：ZL201210189599.9)進行生產和配置；樹脂及粘結劑加入混合罐中攪拌1小時，粘結劑濃度12.2％，過濾備用，配好的粘結劑溶液放置時間不能超過12小時。
(5)將步驟(4)所得的粘結劑混合溶液經過螺杆泵，進入管道混合器和管道穩壓器，進入粘結劑計量罐，進而進入噴霧環。
(6)當玻璃液進入旋轉的離心盤，在強大的離心作用下被拉伸成玻璃棉初生纖維時，玻璃液單頭頭流量控制600kg/小時，總流量控制在1200kg/小時，將步驟(5)中的混合溶液由噴霧環按照預設流量以完全霧化狀態均勻的噴射在玻璃棉纖維表面，其中壓縮空氣壓力0.50Mpa，粘結劑流量3.6kg/分鐘。
(7)均勻噴射好混合溶液的玻璃棉纖維經集棉機集棉、輸送後後進入固化爐固化，其中板線速度控制在13.5m/分鐘,固化溫度範圍控制為255℃。
(8)調整縱切機和橫切機的工藝參數，產品的長度和寬度符合客戶需求。
實施例3
一種家電用的保溫隔熱玻璃棉，其按質量份數得構成是：離心玻璃纖維氈：97.32份、環保型粘結劑：2.5份，水：0.18份；纖維的導熱係數及其他重點質量指標如下：導熱係數0.032w/k.m，纖維直徑3.3μm,纖維抗拉強度17.5N/cm2，密度分布偏差4.4％，渣球含量0，甲醛釋放率0，壓縮回彈性-壓縮率55％，壓縮回彈性-回復率90％，憎水率99％，纖維外觀平整、顏色均勻，纖維柔軟，回彈好。
該玻璃棉的生產方法包括如下步驟：
(1)先將硼砂7-9份，白雲石0.5-0.8份，純鹼2-3份，平板玻璃60-80份進行取樣混合，送往專業檢測機構，檢測ROHS六項指令，符合歐盟六項指令規定的指標值後，才能進行下面步驟(2)進行，否則按照不合格原料進行退回。
(2)將硼砂70份，白雲石5.8份，純鹼29.1份，平板玻璃716份進行稱重混合，送往窯爐進行熔化，窯爐熔化溫度控制在1420℃，料道溫度控制在1180℃，離心盤溫度控制在950℃。
(3)按照上述熔化工藝製得的玻璃液的質量要求玻璃液10Pa.S,玻璃液呈透明狀，無氣泡或者含有極少氣泡。
(4)準備環保型粘結劑即丙烯酸樹脂及相應的添加劑，其中無甲樹脂120份，添加劑的組成及各組分質量份數為：矽油：1,5份；矽烷：0.6份；其他增柔劑、乳化劑等0.6份；水：400份；所用粘結劑即丙烯酸樹脂配方及製造工藝按照公司已經已取得的發明專利(專利號：ZL201210189599.9)進行生產和配置；將上述備好的樹脂及添加劑加入混合罐中攪拌1小時，粘結劑濃度12.8％，過濾備用，配置好的粘結劑使用時間不能超過12小時。
(5)將步驟(5)所得的混合溶液經過螺杆泵，進入管道混合器和管道穩壓器，進入粘結劑計量罐，進而進入噴霧環。
(6)當玻璃液經過玻璃料道、漏板進入高速旋轉旋轉的離心盤，在強大的離心力作用下被拉伸成玻璃棉初生纖維，玻璃液單頭頭流量控制550kg/小時，總流量控制在1100kg/小時，將步驟(5)中的混合溶液由噴霧環按照預設流量以完全霧化狀態均勻的噴射在玻璃棉纖維表面，其中壓縮空氣壓力0.48Mpa，粘結劑流量3.0kg/分鐘。
(7)均勻噴射好混合溶液的玻璃棉纖維經集棉機集棉、輸送後後進入固化爐固化，其中板線速度控制在15.5m/分鐘,固化溫度範圍控制為250℃。
(8)調整縱切機和橫切機的工藝參數，產品的長度和寬度符合客戶需求。
儘管這裡參照本發明的多個解釋性實施例對本發明進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則範圍和精神之內。