阅读说明：本技术 一种保温隔热板用玄武岩纤维缝纫线及其制备方法 (Basalt fiber sewing thread for heat-insulation board and preparation method thereof ) 是由 余奕发 傅潇丽 金倩瑶 许加阳 王会忠 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种保温隔热板用玄武岩纤维缝纫线及其制备方法。本发明玄武岩纤维缝纫线的CODc不高于500mg/kg,可燃物含量为0.5～2.0％,单丝直径为12～17μm。本发明的制备方法包括如下步骤：选择CODc值不高于2000mg/kg玄武岩矿石；在熔炉中对玄武岩矿石进行熔融拉丝,通过控制氧化/还原气氛,使得玄武岩纤维组分中Fe<Sup>2+</Sup>/Fe<Sup>3+</Sup>摩尔比为0.28～0.56；将得到的玄武岩纤维通过表面浸润剂涂覆,然后烘干,再经退、并两道捻线工序,得到玄武岩纤维缝纫线。本发明的玄武岩纤维缝纫线具有优异的强度、隔热阻燃性、耐碱性和耐久性,且其耐腐蚀性能满足建筑保温隔热板场合。(The invention discloses a basalt fiber sewing thread for a heat-insulating board and a preparation method thereof. The CODC of the basalt fiber sewing thread is not higher than 500mg/kg, the combustible content is 0.5-2.0%, and the monofilament diameter is 12-17 mu m. The preparation method comprises the following steps: selecting basalt ore with CODc value not higher than 2000 mg/kg; basalt convection in a furnacePerforming melt drawing on the ore, and controlling the oxidation/reduction atmosphere to ensure that Fe is contained in the basalt fiber component 2+ /Fe 3+ The molar ratio is 0.28-0.56; and coating the obtained basalt fiber by using a surface impregnating compound, drying, and performing retreating and two-twisting processes to obtain the basalt fiber sewing thread. The basalt fiber sewing thread has excellent strength, heat insulation and flame retardance, alkali resistance and durability, and the corrosion resistance of the basalt fiber sewing thread meets the requirements of occasions of building heat preservation and insulation boards.)

一种保温隔热板用玄武岩纤维缝纫线及其制备方法

技术领域

本发明属于保温隔热板预制选材技术领域，特别是涉及一种保温隔热板用玄武岩纤维缝纫线及其制备方法。

背景技术

随着绿色建筑业的发展和老旧社区的改造需求，建筑节能技术日新月异。建筑墙体保温主要有外墙外保温、外墙内保温和夹芯保温三种形式。外墙外保温，把保温层放置在主体墙材的外面，可以减轻冷桥的影响，同时保护主体墙材不受多大的温度变形应力，是目前应用最广泛、国家大力倡导的保温做法。外墙外保温系统(external thermalinsulation system)，由保温层、保护层和固定材料(胶粘剂、锚固件等)构成并且适用于安装在外墙外表面的非承重保温构造总称；主要包括薄抹灰系统和幕墙保温系统。

保温隔热用岩棉往往需要与无机纤维网格布结合使用，传统结合工艺为使用胶粘剂或抹面胶浆黏结，胶粘材质无机、有机等，存在的主要问题有工艺流程复杂、工艺时间较长、成本和轻量化下降空间不大，表层结合存在失效隐患、有机胶粘材料不防火、无机胶粘材料热阻不高等问题。

目前玄武岩纤维用作缝纫线，传统工艺主要有两种：一是与有机纤维混纺，如CN203270156U实用新型，包含玄武岩纤维、木纤维、聚乳酸玉米纤维等三种纤维，工艺复杂且不耐火和腐蚀；二是采用7um以下细纱，如CN 102041591A发明专利直径3.5-5.5μm且二次浸渍，CN 201420130Y实用新型原丝直径≤6μm，主要应用与织物或毡等柔软场合，CN201981324U实用新型，单丝直径≤5.5μm，表面除了浸渍层还有烧结层；小单纤维直径导致拉丝产出低成本高不实用，二次处理增加可燃物含量降低了柔软性。传统工艺没有考虑保温隔热用岩棉缝纫场合的特殊性，不能满足实用成本低、建筑隔热和阻燃性、建筑耐碱耐久性等要求。

本发明开发了一种保温隔热板用玄武岩纤维缝纫线及其制造方法，本发明的保温隔热板用玄武岩纤维缝纫线，具有适应岩棉的可缝性和断裂强度，适应建筑节能环境的耐久性和耐蚀性，且成本可控、能够大批量连续生产，属于蓝海市场，具有很好的实用性和市场前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保温隔热板用玄武岩纤维缝纫线及其制备方法。本发明的玄武岩纤维缝纫线具有耐碱性好，断裂强度高，阻燃隔热性能好，耐久性好等优点，且制备方法成本低，可大批量连续生产。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种保温隔热板用玄武岩纤维缝纫线，所述玄武岩纤维缝纫线的CODc不高于500mg/kg，可燃物含量为0.5～2.0％，单丝直径为12～17μm。

进一步地，所述玄武岩纤维缝纫线组分中Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比为0.28～0.56。

进一步地，所述玄武岩纤维缝纫线的线密度为264～1600TEX。

进一步地，所述玄武岩纤维缝纫线的断裂强度为0.65-0.90N/Tex。

进一步地，所述玄武岩纤维缝纫线在60℃的1mol/L NaOH溶液浸泡2h后，断裂强度保留率达到77％以上。

本发明还提供一种保温隔热板用玄武岩纤维缝纫线的制备方法，包括如下步骤：

步骤A：选择CODc值不高于2000mg/kg玄武岩矿石；

步骤B：在熔炉中对步骤A的玄武岩矿石进行熔融拉丝，通过控制熔炉中的氧化/还原气氛，使得获得的玄武岩纤维组分中Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比为0.28～0.56；

步骤C：将步骤B得到的玄武岩纤维通过表面浸润剂涂覆，然后烘干，再经退、并两道捻线工序，得到玄武岩纤维缝纫线。

进一步地，上述制备方法中，所述玄武岩矿石的铁氧化物总含量不低于8.0％，酸度系数不低于5.5。

进一步地，上述制备方法中，步骤B中的氧化气氛为氧气或空气气氛；还原气氛为氮气或空气供给不充分气氛。

进一步地，上述制备方法中，步骤C的表面浸润剂包括环氧乳液、脂类化合物以及3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的任一种。

与传统缝纫线比较，本发明的玄武岩纤维缝纫线的具有如下优点：

1、兼具耐碱性和断裂强度：控制缝纫线的Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比值不低于0.28，使其断裂强度不低于0.65N/Tex；Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比值不高于0.56，使其在60℃的1mol/L NaOH溶液浸泡2h后，断裂强度保留率达到77％以上。

2、具有实用性和成本低：控制单丝直径在12～17μm时，缝纫线还有良好的耐磨性、柔软性和可缝性，且一次捻线就能实现线密度在264～1600TEX，满足10mm～200mm厚度岩棉与网格布的缝纫连接；而传统玄武岩纤维缝纫线单丝直径往往在7μm以下，成本成倍到数量级别的上升，难以规模化推广应用。

3、阻燃隔热性：本发明外层不需要保护层或二次涂覆等处理，可燃物含量为0.5～2.0％，防火性能达到不燃A级，导热系数在0.029-0.036；而传统玄武岩纤维缝纫线往往需要与有机纤维组合或需要二次有机涂层，可燃物含量大大提高，防火等级低，且增加成本。

4、耐久性：本发明通过控制原料和产品的CODc值，铁氧化物总含量不低于8.0％，酸度系数不低于5.5，使产品的耐水性、耐候性大大高于岩棉本体，满足增强和结合要求。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

除非另作定义，本公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内有一般技能的人士所理解的通常意义。

【CODc】

CODc是指在一定条件下，氧化1kg矿物原料或配合料中的还原性物质所消耗的氧化剂量，折合成C表示。

本发明中选择的玄武岩矿石的铁氧化物总含量不低于8.0％，酸度系数不低于5.5。为了对玄武岩矿石的CODc进行测定，将玄武岩矿石通过研磨磨碎至过120目筛，得到玄武岩矿石细粉进行CODc值测定。

本发明中玄武岩纤维研磨磨碎至过120目筛再进行CODc值测定。

本发明中玄武岩矿石和玄武岩纤维均按照中华人民共和国建材行业标准JC/T2156-2012进行CODc测定。

【铁含量检测】

本发明中的玄武岩矿石或玄武岩纤维中Fe₂O₃含量的测定按照GB/T 14506.5-2010，FeO含量的测定按照GB/T 14506.14-2010。

【玄武岩纤维缝纫线的制备】

一种保温隔热板用玄武岩纤维缝纫线的制备方法，包括如下步骤：

步骤A：选择CODc值不高于2000mg/kg的玄武岩矿石；

步骤B：在熔炉中对步骤A的玄武岩矿石进行熔融拉丝，通过控制熔炉中的氧化/还原气氛，使得获得的玄武岩纤维组分中Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比为0.28～0.56；

步骤C：将步骤B得到的玄武岩纤维通过涂油器进行表面浸润剂涂覆，然后烘干，再经退、并两道捻线工序，得到玄武岩纤维缝纫线。

本发明使用玄武岩矿石作为原料制得玄武岩纤维，玄武岩纤维区别于玻璃纤维的显著特征是组成中含有铁氧化物，外观呈古铜色金属光泽。铁氧化物主要有FeO和Fe₂O₃两种形式存在，一般的，FeO/Fe₂O₃的比值越高则纤维的断裂强度越高。由于大部分玄武岩矿石中FeO的百分含量接近或高于Fe₂O₃，Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比值一般大于0.8；因此传统的玄武岩纤维生产工艺不鼓励Fe²⁺向Fe³⁺转化，传统玄武岩纤维缝纫线的耐碱性较低或需要进行后期护层改进。另一角度，表面的Fe³⁺能形成Fe(OH)₃基抗碱腐蚀保护膜，有助于提升纤维的耐碱性能，而Fe²⁺没有类似功能。

本发明通过控制原料组成、CODc值、熔化气氛，实现纤维的CODc值和Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比值在特定范围，使玄武岩纤维同时获得了较优异的强度、隔热阻燃性、耐碱性和耐久性，同时酸度系数的控制使得其耐腐蚀性能满足与建筑保温隔热板场合，可用于岩棉与无机纤维网格布的缝纫联结。

在本发明的优选实施例中，所述玄武岩矿石的铁氧化物总含量不低于8.0％，酸度系数不低于5.5。

在本发明的优选实施例中，步骤B中的氧化气氛为氧气或空气气氛；还原气氛为氮气或空气供给不充分气氛。

在本发明的优选实施例中，步骤C的表面浸润剂选自但不限于环氧乳液、脂类化合物以及3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的任一种。

【玄武岩纤维缝纫线】

一种保温隔热板用玄武岩纤维缝纫线，所述玄武岩纤维缝纫线的CODc不高于500mg/kg，可燃物含量为0.5～2.0％，单丝直径为12～17μm，因此，本发明的玄武岩纤维缝纫线具有良好的防火性能，经检测，防火性能达到不燃A级，防火等级高，且适应10mm～200mm厚度岩棉的缝纫，降低了缝纫成本。

在本发明的优选实施例中，所述玄武岩纤维缝纫线组分中Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比为0.28～0.56

在本发明的优选实施例中，所述玄武岩纤维缝纫线的线密度为264～1600TEX。

在本发明的优选实施例中，所述玄武岩纤维缝纫线的断裂强度为0.65-0.90N/Tex；在60℃的1mol/L NaOH溶液浸泡2h后，断裂强度保留率达到77％以上，具有优异的强度和耐碱性，满足建筑保温隔板场合，可用于岩棉与无机纤维网格布的缝纫联结。

实施例1

选择天然玄武岩矿石作为原料，天然玄武岩矿石的铁氧化物总含量为8.8％，酸度系数为5.8，磨碎程度到120目筛过细粉的CODc值为1818mg/kg。

将玄武岩矿石细粉熔融，注意控制熔炉气氛，熔融拉丝，拉丝丝束通过表面浸润剂涂覆，使拉制玄武岩纤维单丝直径为14μm，CODc值为407mg/kg；纤维中Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比值为0.33；纤维在60℃的1mol/L NaOH溶液浸泡2h后，其断裂强度保留率为79％。

将玄武岩纤维湿纱烘干成干纱，再经退、并两道捻线工序，得到玄武岩纤维缝纫线。经检测，玄武岩纤维缝纫线的TEX为1000tex，其断裂伸长率为3.1％，断裂强度为0.69N/Tex，断裂强力为690N。

实施例2

选择天然玄武岩矿石作为原料，天然玄武岩矿石的铁氧化物总含量为8.0％，酸度系数为5.5，磨碎程度到120目筛过细粉的CODc值为2000mg/kg。

将玄武岩矿石熔融，注意控制熔炉气氛，熔融拉丝，拉丝丝束通过表面浸润剂涂覆，使拉制玄武岩纤维单丝直径为12μm，CODc值为500mg/kg；纤维中Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比值为0.557；纤维在60℃的1mol/L NaOH溶液浸泡2h后，其断裂强度保留率为77.3％。

将玄武岩纤维湿纱烘干成干纱，再经退、并两道捻线工序，得到玄武岩纤维缝纫线。经检测，玄武岩纤维缝纫线的TEX为528tex，其断裂伸长率为2.9％，断裂强度为0.77N/Tex，断裂强力为407N。

对比例1

其他条件与实施例1相同，不同之处在于，天然玄武岩矿石的CODc值为3000mg/kg。经检测，所得玄武岩纤维缝纫线的断裂强度为0.53N/Tex，且拉丝作业困难，不能满足保温隔热板用缝纫线可缝性要求。

对比例2

其他条件与实施例1相同，不同之处在于，纤维中Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比值为0.65。经检测，所得玄武岩纤维缝纫线的耐碱断裂强度保留率69％，不能满足建筑保温用岩棉长期使用和耐腐蚀要求。

对比例3

其他条件与实施例1相同，不同之处在于，纤维中Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比值为0.22，经检测，所得玄武岩纤维缝纫线的断裂强度为0.39N/Tex，不能满足建筑保温岩棉用缝纫线的可缝性要求和加强作用。

本发明在探索玄武岩纤维中Fe²⁺/Fe³⁺比的控制方法以及Fe²⁺/Fe³⁺比对玄武岩纤维性能影响的基础上，开发出一种保温隔热板用玄武岩纤维缝纫线及其制造方法的同时，促进了玄武岩纤维在力学性能、耐碱性、耐久性的技术进步，本发明成果不仅适用于单丝直径大于等于12μm场合，也适用于细纱，可用于缝纫其它材料，还可用于织物、针织等其它领域，具有很大的市场潜力。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。