專利名稱：制備含氣凝膠的復(fù)合材料的方法以及由該方法制備的復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備含有氣凝膠的復(fù)合材料的方法以及通過該方法制得的新的含有氣凝膠的復(fù)合材料。本發(fā)明還涉及適于實施本發(fā)明方法的裝置。
背景技術(shù)：
之前已經(jīng)嘗試提供含有氣凝膠的復(fù)合材料用作阻隔(insulating)材料。例如WO 97/10187A1涉及一種復(fù)合氣凝膠材料以及制備含有氣凝膠的復(fù)合材料的方法，該方法包括以下步驟提供量為0. 1體積％至40體積％的纖維，提供平均粒徑小于0. 5mm的、量為5體積％至97體積％的氣凝膠顆粒材料，提供樹脂粘結(jié)劑，混合這些成分，并且通過熱壓來使這些成分固結(jié)(consolidating)。該現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)主要涉及用于電子用途的氣凝膠復(fù)合材料，其利用了氣凝膠的低傳導(dǎo)性和低介電常數(shù)。對于該特殊的應(yīng)用，需要薄的層(如0.01 至2mm)，這意味著氣凝膠顆粒的大小將影響復(fù)合材料的機(jī)械特性，因此該現(xiàn)有技術(shù)的焦點在于采用直徑非常小的氣凝膠顆粒材料。在該說明書中沒有提供關(guān)于混合復(fù)合材料各種組分所用的方法以及這將如何影響最終產(chǎn)品的特性這些信息。特別是，基于所公開的信息，本領(lǐng)域技術(shù)人員不能獲得均質(zhì)的復(fù)合材料。
另一例子可參見US 2003/0077438A1，其也涉及一種復(fù)合氣凝膠材料以及提供復(fù)合氣凝膠材料的方法，該方法包括以下步驟提供量為0. 1體積％至40體積％的纖維，提供平均粒徑為至少0. 5mm、量為5體積％至97體積％的氣凝膠顆粒材料，提供樹脂粘結(jié)劑，將這些成分混合，并且通過熱壓所得材料使這些成分固結(jié)。據(jù)稱，所得復(fù)合材料具有良好的隔熱性能和良好的空氣聲隔聲性能。然而該文獻(xiàn)沒有提供關(guān)于混合復(fù)合材料的各種組分所用的方法以及這將如何影響復(fù)合材料的特性這些信息。該文獻(xiàn)沒有教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何獲得均質(zhì)性高的復(fù)合材料。
現(xiàn)有的含有氣凝膠的復(fù)合材料及其制備方法的主要問題之一在于復(fù)合材料缺乏內(nèi)聚力和機(jī)械強(qiáng)度。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種具有高機(jī)械強(qiáng)度的含有氣凝膠的復(fù)合材料以及制備該復(fù)合材料的方法。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過一種制備含有氣凝膠的復(fù)合材料的方法來實現(xiàn)的，所述方法包括以下步驟
提供礦物纖維，其量為起始物料總重量的M重量％至80重量％，
提供氣凝膠顆粒材料，其量為起始物料總重量的10重量％至75重量％，
提供粘結(jié)劑，其量為起始物料總重量的1重量％至30重量％，
使所述纖維懸浮在主氣流(primary air flow)中，并且使所述氣凝膠顆粒材料懸浮在所述主氣流中，從而使懸浮的氣凝膠顆粒材料與懸浮的纖維混合，
在將所述纖維與所述氣凝膠顆粒材料混合之前、期間或之后，將所述粘結(jié)劑與所述礦物纖維和/或所述氣凝膠顆粒材料混合，
收集所述的礦物纖維、氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑的混合物，以及
壓制和固化所述混合物，從而獲得固結(jié)的復(fù)合材料，其密度為120kg/m3至800kg/ m3，例如是 150kg/m3 至 800kg/m3。
該方法可用于制備新的含有氣凝膠的復(fù)合材料。
一種獨特的新穎性復(fù)合材料包括
纖維，其量為起始物料總重量的M重量％至80重量％，
氣凝膠顆粒材料，其量為起始物料總重量的10重量％至75重量％，
粘結(jié)劑，其量為起始物料總重量的1重量％至30重量％，
其中所述復(fù)合材料基本上是均質(zhì)的并且其被固化和壓制成密度介于120kg/m3和 800kg/m3之間，例如介于150kg/m3和800kg/m3之間。
所提及的百分?jǐn)?shù)是基于起始物料的干重計算的。
通過以上限定的本發(fā)明的方法，獲得了應(yīng)用廣泛并且成本有效的制備含有氣凝膠的復(fù)合材料的方法。就(例如)機(jī)械強(qiáng)度、隔熱能力而言，通過改變各組分的量可獲得范圍廣泛的性能。這意味著采用相同的方法，可以制備為了特定目的而定制的各種不同的復(fù)合材料。
另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將纖維和氣凝膠顆粒材料混合形成懸浮在氣流中的懸浮體，可獲得具有出人意料的均質(zhì)性的復(fù)合材料，尤其是考慮到這些材料的空氣動力學(xué)特性存在相當(dāng)大的差異這一點時更是如此。對于給定的組分的定量組合，復(fù)合材料具有高水平的均質(zhì)性總體上會使機(jī)械強(qiáng)度水平相對于現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)合材料有所提高。提高產(chǎn)品的均質(zhì)性還具有其他優(yōu)點，如整個一件產(chǎn)品具有美感和特性一致性。
我們相信，當(dāng)懸浮在氣流中的氣凝膠顆粒材料和礦物纖維混合時，如本發(fā)明中那樣，氣凝膠顆粒材料就會滲入所存在的纖維束中。相比之下，當(dāng)混合方法涉及物理接觸(例如攪拌器與纖維接觸)時，纖維往往形成致密的球，而氣凝膠顆粒材料不能容易地滲透到這些球中。如果混合方法涉及物理接觸，其結(jié)果可能是，最終的產(chǎn)物含有這樣的區(qū)域在所述區(qū)域中，氣凝膠和纖維明顯地分成不同的區(qū)。
還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于本發(fā)明的復(fù)合材料具有均質(zhì)性，因此該復(fù)合材料能夠以與木材相似的方式進(jìn)行機(jī)械加工?！澳軌驒C(jī)械加工”應(yīng)當(dāng)理解為該復(fù)合材料可以在普通的木材成形機(jī)械(例如鋸和成型機(jī)，如開槽機(jī)、面銑刀等)中進(jìn)行機(jī)械加工。
通過本發(fā)明方法制備的產(chǎn)品具有各種用途，主要是用作建筑部件。特別是，產(chǎn)品可以是板材的形式?？傮w上，所述產(chǎn)品被用于機(jī)械穩(wěn)定性和均勻的表面光潔度以及阻隔性能很重要的應(yīng)用場合中。在一些應(yīng)用中，板材可以用作吸音的頂蓬或壁板。在其他應(yīng)用中，該板材可以用作建筑物的阻隔外覆層。
優(yōu)選的是，該復(fù)合材料是板材形式。優(yōu)選板材的厚度為4mm至25mm。在一些實施方案中，尤其是在板材用作建筑物上的覆層的實施方案中，板材的厚度優(yōu)選為4mm至12mm， 更優(yōu)選為5mm至10mm，最優(yōu)選為6mm至8mm。在可供選擇的其它實施方案中，尤其是在板材用作頂蓬壁的阻隔板的實施方案中，板材的厚度優(yōu)選為12mm至25mm，更優(yōu)選為15mm至 23mm,最優(yōu)選為18mm至21mm。
廣義的“氣凝膠”是指以氣體作為分散介質(zhì)的凝膠。然而，在該廣義描述中，卻存在三種類型的氣凝膠，這三種類型是根據(jù)氣凝膠被干燥的條件來劃分的。
已知這些材料由于具有非常高的表面積和高孔隙率而具有優(yōu)良的阻隔性能。它們是通過將可流動的溶膠-凝膠溶液凝膠化，然后以不損壞凝膠孔隙的方式除去凝膠中的液體來制備的。
當(dāng)在該液體的臨界點以上干燥濕凝膠時，不會產(chǎn)生毛細(xì)張力，因此相對來說，在除去液體時幾乎不會產(chǎn)生收縮。這種方法獲得的產(chǎn)品的孔隙率很高，并且稱為氣凝膠，該術(shù)語是狹義的。另一方面，如果通過在亞臨界條件下蒸發(fā)來干燥凝膠，則得到的產(chǎn)物為干凝膠。 在干凝膠的制備中，該材料通常保留有非常高的孔隙率和大的表面積，并且孔徑非常小。就廣義而言，氣凝膠也包括通過冷凍干燥法干燥的干態(tài)凝膠產(chǎn)品。這些產(chǎn)品統(tǒng)稱為冷凍凝膠 (cryogel)。
廣義上表示“以氣體作為分散介質(zhì)的凝膠”的術(shù)語“氣凝膠”包含狹義的氣凝膠、 干凝膠和冷凍凝膠中的每一種。如本文所用的術(shù)語“氣凝膠”表示廣義的氣凝膠，即以氣體作為分散介質(zhì)的凝膠。
優(yōu)選的是，本發(fā)明所用的氣凝膠在超臨界條件下干燥，即如上所述的“狹義”的氣凝膠。
本發(fā)明使用的氣凝膠是顆粒形式的。在優(yōu)選的實施方案中，氣凝膠顆粒的平均直徑為0. 2mm至5mm。更優(yōu)選的是，氣凝膠顆粒材料中顆粒的平均直徑為0. 3mm至4mm。并且最優(yōu)選的是，氣凝膠顆粒材料中顆粒的平均直徑為0. 7mm至1. 2mm。這些顆粒的大小是以重量平均值來計量的，并且指的是起始物料的顆粒(而不是最終的復(fù)合材料中存在的顆粒) 大小。
在本發(fā)明的方法中，在一些實施方案中，根據(jù)所采用的方法步驟，可降低氣凝膠的平均顆粒大小。
氣凝膠顆粒材料可為任何類型的氣凝膠。具體而言，該氣凝膠可以是有機(jī)的或無機(jī)的。考慮到其耐火特性，通常優(yōu)選使用無機(jī)氣凝膠。有機(jī)氣凝膠包括碳?xì)饽z和聚合物氣凝膠。有機(jī)氣凝膠通常價格較低而阻隔性能較好。優(yōu)選的無機(jī)氣凝膠是基于金屬氧化物的那些。特別優(yōu)選的材料為二氧化硅、碳化物或氧化鋁。最優(yōu)選二氧化硅氣凝膠，例如得自 Cabot International 公司的 “Nanogel 細(xì)粒氣凝膠”。
氣凝膠顆粒材料的密度低，通常為0. 01g/cm3至0. 3g/cm3。氣凝膠顆粒材料的導(dǎo)熱率優(yōu)選為5mW/mK至20mW/mK，更優(yōu)選為7mW/mK至16mW/mK以及最優(yōu)選為9mW/mK至12mW/mKo
由于高含量的纖維可提高復(fù)合材料的強(qiáng)度但會降低其隔熱值，因此要根據(jù)合適的應(yīng)用來選擇本發(fā)明方法中所用的、以及存在于本發(fā)明復(fù)合材料中的礦物纖維的精確的量， 從而保持合適的強(qiáng)度和合適的隔熱值。這意味著下限M重量％導(dǎo)致復(fù)合材料具有非尋常的良好隔熱性，但其強(qiáng)度剛剛夠用，這對某些強(qiáng)度不太重要的復(fù)合材料可為有益的。如果復(fù)合材料的強(qiáng)度特別重要，可以將纖維的量提高至上限80重量％，但這將導(dǎo)致隔熱性剛剛夠用。對于大部分應(yīng)用來說，合適的組合物包含的纖維量為30重量％至70重量％，或40重量％至70重量％。最常見的是，合適的纖維量為50重量％至60重量％。
類似地，由于高含量的氣凝膠顆粒材料會降低復(fù)合材料的強(qiáng)度但會提高其隔熱值，因此選擇氣凝膠顆粒材料的用量使之同時提供合適的強(qiáng)度和隔熱值。這意味著下限10 重量％的氣凝膠顆粒材料導(dǎo)致復(fù)合材料具有良好的強(qiáng)度，但是具有普普通通的隔熱性，這對于強(qiáng)度非常重要的某些復(fù)合材料可為有益的。如果復(fù)合材料的隔熱值是重要的，則氣凝膠顆粒材料的量可提高至上限75重量％，但這將導(dǎo)致其具有普普通通的強(qiáng)度。對于大多數(shù)應(yīng)用來說，合適的組合物包含的氣凝膠顆粒材料的量為30重量％至60重量％、35重量％至 55重量％，或最常見為40重量％至50重量％。
還可以根據(jù)所需的強(qiáng)度和成本、以及諸如對火的反應(yīng)和隔熱值等特性來選擇粘結(jié)劑的量。下限1重量％會使復(fù)合材料具有較低的強(qiáng)度，而這對于某些應(yīng)用來說就足夠了，其優(yōu)點在于成本相對低并且潛在地具有良好的隔熱性。在需要具有高的機(jī)械強(qiáng)度的應(yīng)用中， 根據(jù)粘結(jié)劑的選擇，應(yīng)當(dāng)使用較高用量的粘結(jié)劑，例如最高達(dá)30重量％的上限，但這會增加所得產(chǎn)品的成本，并且通常還會使所得產(chǎn)品對火的反應(yīng)較為遜色。
據(jù)信，粘結(jié)劑不與氣凝膠顆粒相連。而是只有纖維通過粘結(jié)劑相連，據(jù)信，在粘結(jié)劑固化之后，氣凝膠顆粒被截留在復(fù)合材料中的纖維之間。間接地機(jī)械保留氣凝膠顆粒的優(yōu)點包括所得的復(fù)合材料的機(jī)械性能不會受到相對脆性的氣凝膠顆粒的不利影響。另外， 氣凝膠顆粒的阻隔性能也不會受到粘結(jié)劑的不利影響，但如果粘結(jié)劑與氣凝膠顆粒的表面相連，就會產(chǎn)生所述影響。此外，由于小的氣凝膠顆粒具有大的表面積，因此小的氣凝膠顆粒將消耗大量的粘結(jié)劑。在氣凝膠顆粒是疏水性的且非極性很強(qiáng)，并且采用的粘結(jié)劑為極性粘結(jié)劑(如酚醛清漆干態(tài)粘結(jié)劑)的實施方案中，纖維通過粘結(jié)劑與其他纖維相連，而不是纖維與氣凝膠相連，這樣的情況是非常普遍的。特別是，在這些實施方案中，粘結(jié)劑將與纖維的表面結(jié)合，而不是與氣凝膠顆粒材料的表面結(jié)合。
氣凝膠顆粒被截留在復(fù)合材料中的纖維之間的額外優(yōu)點在于可將復(fù)合材料板膠合在一起。由于氣凝膠具有疏水性和很強(qiáng)的非極性，所以純的氣凝膠板材是很難被膠合在一起的。據(jù)信，通過使氣凝膠顆粒截留在纖維結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)?fù)合材料板膠合在一起，這是因為存在著與纖維結(jié)構(gòu)相結(jié)合的膠。
本發(fā)明使用的礦物纖維(也稱為人造玻璃質(zhì)纖維或MMVF)可以是任何礦物纖維， 包括玻璃纖維、陶瓷纖維或石纖維，但優(yōu)選使用石纖維。通常，石棉纖維包含至少3%含量的鐵氧化物和10%至40%的堿土金屬(氧化鈣和氧化鎂)，以及其他常見的礦棉氧化物成分。它們是二氧化硅、氧化鋁、堿金屬氧化物(氧化鈉和氧化鉀)，它們的量通常很低；并且還可包括二氧化鈦和其他次要的氧化物。通常，纖維的直徑一般在3微米至20微米的范圍內(nèi)，特別是在5微米至10微米的范圍內(nèi)。
在一個實施方案中，礦物纖維包括玻璃纖維，其量優(yōu)選為起始物料總重量的至多 20%，更優(yōu)選為至多15%并且最優(yōu)選為至多10%。其余礦物纖維優(yōu)選為石纖維。玻璃纖維的長度優(yōu)選為IOmm至50mm，更優(yōu)選為15mm至40mm并且最優(yōu)選為20mm至30mm。這些玻璃纖維起到加強(qiáng)復(fù)合材料的作用。
優(yōu)選的是，礦物纖維和氣凝膠顆粒材料總共占起始物料總重量的至少60%，更優(yōu)選至少65%并且最優(yōu)選為至少70%。
優(yōu)選的是，礦物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料總共占起始物料總重量的至少 80%，更優(yōu)選為至少90%并且最優(yōu)選基本上是起始物料總重量的全部。
在一個實施方案中，提供聚集網(wǎng)(collected web)形式的纖維，并且所述方法還包括對所述纖維的聚集網(wǎng)進(jìn)行解纏結(jié)處理。隨后將解纏結(jié)的纖維懸浮在主氣流中。
如本文所用，術(shù)語“聚集網(wǎng)”旨在包括任何已被收集聚攏在某一表面上的礦物纖維，即它們不再被氣體攜帶，例如粒狀、成簇或回收網(wǎng)廢料。
聚集網(wǎng)可以是通過收集傳送帶上的纖維而形成的、并作為起始物料提供而未被交叉折疊(cross-lap)或以其它方式固結(jié)的初次網(wǎng)?；蛘撸奂W(wǎng)可以是通過將初次網(wǎng)交叉折疊或以其它方式固結(jié)而形成的二次網(wǎng)。優(yōu)選的是，聚集網(wǎng)為初次網(wǎng)。
可提供供料機(jī)構(gòu)以供應(yīng)網(wǎng)。該供料機(jī)構(gòu)可包括一組驅(qū)動供料輥。例如，網(wǎng)可以被夾持在供料輥之間，從而由供料輥驅(qū)動使該網(wǎng)受控地向解纏結(jié)處理工藝推進(jìn)。
在一個實施方案中，解纏結(jié)處理包括將礦物纖維網(wǎng)從具有較低的相對氣流的管道供給至具有較高的相對氣流的管道。在這個實施方案中，據(jù)信發(fā)生了解纏結(jié)，這是因為進(jìn)入具有較高的相對氣流的管道中的纖維首先收到拉力作用而與網(wǎng)中后續(xù)的纖維分開。這種類型的解纏結(jié)能夠特別有效地制備開松的纖維簇，所述纖維簇可以被氣凝膠顆粒材料滲透。
優(yōu)選的是，較高的相對氣流的速度是20m/s至150m/s，或者是30m/s至120m/s。更優(yōu)選的是，該速度是40m/s至80m/s，最優(yōu)選的是50m/s至70m/s?？梢詫⑤^高的相對氣流和主氣流分開，但更通常的是，將較高的相對氣流供入主氣流。
優(yōu)選的是，較低的相對氣流與較高的相對氣流之間的速度差為至少20m/s，更優(yōu)選為至少40m/s，最優(yōu)選為至少50m/s。
如本文所用，術(shù)語“氣流”應(yīng)當(dāng)被廣泛地理解為不僅包括空氣(其含有以在地球大氣中的存在比例而存在的氣體)的氣流，還包括以任何合適的比例而存在的任何合適的一種或多種氣體的氣流。
根據(jù)特別優(yōu)選的實施方案，解纏結(jié)處理包括將聚集網(wǎng)供應(yīng)到至少一個輥，所述的輥繞其縱軸旋轉(zhuǎn)并具有從其圓周表面突出的尖狀物。在本實施方案中，該旋轉(zhuǎn)輥通常還至少部分地有助于產(chǎn)生所述較高的相對氣流。通常，該輥的旋轉(zhuǎn)是所述較高的相對氣流的唯一源頭。
在一些實施方案中，至少具有兩個輥。這些輥可以以串聯(lián)或依次的方式進(jìn)行操作。
輥可以具有任何合適的尺寸，但在優(yōu)選的實施方案中，基于尖狀物的最外點，輥的直徑為20cm至80cm或更優(yōu)選為30cm至70cm。甚至更優(yōu)選的是，其直徑為40cm至60cm， 最優(yōu)選為45cm至55cm。
輥可以以任何合適的速度旋轉(zhuǎn)。對于大部分實施方案而言，輥的合適的旋轉(zhuǎn)速率為500rpm至5000rpm，優(yōu)選為IOOOrpm至4000rpm，更優(yōu)選為1500rpm至;3500rpm，最優(yōu)選為 2000rpm 至 3000rpm。
可以選擇輥的尺寸和其旋轉(zhuǎn)速率，從而在輥的圓周上提供給定的速度。雖然該速度取決于所用礦物纖維網(wǎng)的類型以及輥的確切形式，但是，總體上，高的速度會導(dǎo)致更有效的解纏結(jié)處理。在大部分實施方案中，輥的尖狀物的最外點以20m/s至150m/s、優(yōu)選30m/s 至120m/s、更優(yōu)選40m/s至80m/s、最優(yōu)選50m/s至70m/s的速度運動是合適的。
尖狀物可以永久地固定在輥上，從而實現(xiàn)最佳的耐磨性和抗撕裂性。例如，可以通過將尖狀物粘合或焊接到設(shè)置在輥外周的盲孔中來固定該尖狀物?？晒┻x擇的其它方式是，尖狀物可以是可更換的。這可以通過(例如)下述的輥來實現(xiàn)，該輥為中空的圓筒體，并且在該圓筒體的壁上具有通孔。而尖狀物可以(例如)具有頭部，并且尖狀物從內(nèi)部插入而穿過這些孔。這樣的話，如果這些尖狀物破裂或磨損，可以更換這些尖狀物。通過采用可更換的尖狀物，還可以改變尖狀物的樣式。因此，可以針對不同類型的要被解纏結(jié)的材料 (例如松散的礦棉纖維、或浸漬有液態(tài)粘結(jié)劑的礦棉纖維的聚集網(wǎng))來優(yōu)化該樣式。
輥優(yōu)選位于大體上為圓筒形的腔室的內(nèi)部。該腔室具有入口，礦物纖維以及任選的氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑通過該入口被供應(yīng)給輥。該腔室還具有出口，解纏結(jié)的礦物纖維和任選的氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑通過該出口被排出。優(yōu)選的是，它們通過該出口被排放到主氣流中。
在優(yōu)選的實施方案中，從上方將礦物纖維和任選的粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料供應(yīng)給輥。還優(yōu)選的是，解纏結(jié)的礦物纖維和任選的粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料從輥的圓周的較低部分沿橫向被拋出輥外。在最優(yōu)選的實施方案中，在礦物纖維被拋出之前，其被輥攜帶約 180 度。
優(yōu)選輥占據(jù)所述腔室的大部分空間。優(yōu)選尖狀物的頂端與大體上為圓筒形的腔室的曲面壁相距的距離小于10cm，更優(yōu)選小于7cm，最優(yōu)選小于km。這使得輥產(chǎn)生的氣流更大，并且使纖維被氣流和尖狀物自身更徹底地解纏結(jié)。
優(yōu)選的是，從上方將礦物纖維供應(yīng)至輥。
通常，在主氣流中，解纏結(jié)的纖維被拋出輥外。在一些實施方案中，該輥有助于產(chǎn)生主氣流。在其他實施方案中，輥為主氣流的唯一源頭。
可以以任何合適的方式將氣凝膠顆粒材料攜帶到主氣流中。
在一個實施方案中，采用解纏結(jié)處理，并且在纖維解纏結(jié)處理之前將氣凝膠顆粒材料加入礦物纖維聚集網(wǎng)，并將其與解纏結(jié)的纖維共同懸浮在主氣流中。這樣加入氣凝膠顆粒材料的方法通常會促進(jìn)這些組分達(dá)到最有效的混合。在該實施方案中，可以以任何合適的方式將氣凝膠顆粒材料與礦物纖維聚集網(wǎng)以及任選的粘結(jié)劑預(yù)混合。
可供選擇的是，可以將氣凝膠顆粒材料以懸浮在輔助氣流中的方式攜帶到主氣流中。使輔助氣流與主氣流合并，從而將氣凝膠顆粒材料與纖維混合。
在一些實施方案中，不需要采用纖維解纏結(jié)處理。在一個實施方案中，提供的礦物纖維為從纖維形成過程中導(dǎo)出的氣體所攜帶的纖維。應(yīng)當(dāng)理解的是，通過這樣的方式，已經(jīng)被攜帶在所述形成過程中的空氣里(例如從紡絲機(jī)中拋出)的纖維不是被收集在表面上， 而是作為氣體中的懸浮物被輸送到主氣流中。
在該實施方案中，氣凝膠顆粒材料可以被直接供應(yīng)到主氣流中，或者以懸浮在輔助氣流中的方式被攜帶到主氣流中。使輔助氣流與主氣流合并，從而將氣凝膠顆粒材料與纖維混合。
如果輔助氣流將懸浮的氣凝膠顆粒材料攜帶到主氣流中，則輔助氣流的速度總體上低于主氣流的速度。通常，輔助氣流的速度為1至20m/s，優(yōu)選為1至13m/s，更優(yōu)選為2 至9m/s并且最優(yōu)選為3至7m/S。
根據(jù)本發(fā)明，纖維和氣凝膠顆粒材料懸浮在主氣流中。這使得組分可被密切地混合。以懸浮在氣流中的方式混合的優(yōu)點在于不期望的顆?；驁F(tuán)塊可以被篩選出去。所述顆粒是(例如)纖維的珠狀物和諸如大塊棉等團(tuán)塊，這些團(tuán)塊(如所謂的口香糖)還沒有被適當(dāng)?shù)亻_松成纖維。在試驗中，在氣流中混合的效果驚人的好，這是因為預(yù)期的是顆粒與纖維的物理特性和空氣動力學(xué)特性大不相同，這會導(dǎo)致這種混合是不可能發(fā)生的。值得注意的是，雖然顆粒與纖維的密度和形狀不同，但發(fā)生了優(yōu)異的混合。氣凝膠顆粒的密度約為140kg/m3，而例如礦棉纖維的密度約為2，500kg/m3。有可能會預(yù)計，在采用氣流進(jìn)行的混合處理中會產(chǎn)生嚴(yán)重的問題，但令人驚訝的是，所述問題并沒有產(chǎn)生。
通常，主氣流并不是沒有湍流。在優(yōu)選的實施方案中，主氣流中存在明顯的湍流， 因為這會促進(jìn)氣凝膠顆粒材料與礦物纖維混合。根據(jù)本發(fā)明，主氣流在其源頭處的速度優(yōu)選為20m/s至150m/s，更優(yōu)選為30m/s至120m/s，甚至更優(yōu)選為40m/s至80m/s，最優(yōu)選為 50m/s 至 70m/so
優(yōu)選主氣流是總體上橫向的氣流。在氣凝膠顆粒材料以懸浮在輔助氣流中的方式被攜帶至主氣流中的實施方案中，優(yōu)選主氣流總體上是橫向的，而輔助氣流通常是向上的。
主氣流優(yōu)選進(jìn)入混合室。在混合室中，主氣流中的湍流使得組分能夠被更密切地混合ο
為了使纖維和顆粒材料徹底混合，優(yōu)選將裝置設(shè)置成使得氣凝膠顆粒材料和纖維在混合室中的平均停留時間為至少0. 5s，更優(yōu)選為至少2s，或者甚至為至少3s。
然而，由于懸浮于氣體中的氣凝膠顆粒材料和纖維混合的有效性，所以通常不必使顆粒材料和纖維在混合室中的平均停留時間超過10s。更常見的是，該平均停留時間小于 7s，并且最常見的是該平均停留時間小于^。
如果使用混合室，則混合室內(nèi)的環(huán)境溫度通常為20°C至100°C，更通常為30°C至 70°C。該溫度可取決于外部空氣溫度，即冬冷夏熱。可通過將溫度升高至最高達(dá)100°C從而使粘結(jié)劑在混合室中預(yù)固化。
在具體實施方案中，粘結(jié)劑是這樣的材料在特定條件下，該粘結(jié)劑干燥、硬化或變得固化。為了方便起見，這些以及類似的這種過程在本文中稱為“固化”。優(yōu)選的是，這些 “固化”過程是不可逆的，并且能夠得到內(nèi)聚性復(fù)合材料。
可以使用無機(jī)粘結(jié)劑和有機(jī)粘結(jié)劑。優(yōu)選有機(jī)粘結(jié)劑。另外，可以使用干態(tài)的粘結(jié)劑和濕態(tài)的粘結(jié)劑。粘結(jié)劑材料的具體例子包括但不限于酚醛粘結(jié)劑、脲甲醛粘結(jié)劑、苯酚脲甲醛粘結(jié)劑、三聚氰胺甲醛粘結(jié)劑、縮合樹脂、丙烯酸酯以及其他膠乳組合物、環(huán)氧聚合物、硅酸鈉、聚氨酯的熱熔物、聚乙烯的熱熔物、聚丙烯的熱熔物以及聚四氟乙烯聚合物的熱熔物等。
在一個實施方案中，使用干態(tài)粘結(jié)劑?？梢允褂萌魏魏线m的干態(tài)粘結(jié)劑，但優(yōu)選使用酚醛粘結(jié)劑，因為這種類型的粘結(jié)劑易于獲得并且已經(jīng)證明是有效的。使用干態(tài)粘結(jié)劑可能是有利的，這是因為在一些情況中，可能易于進(jìn)行混合，并且對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)的需求較低。此外，這種粘結(jié)劑相對穩(wěn)定并且可儲存。
根據(jù)可供選擇的實施方案，可以使用濕態(tài)的粘結(jié)劑。濕態(tài)的粘結(jié)劑的優(yōu)點在于，其成本比干態(tài)粘結(jié)劑低，并且與使用干態(tài)粘結(jié)劑相比，使用濕態(tài)的粘結(jié)劑通?？山档驼辰Y(jié)劑的量。降低粘結(jié)劑的量還會使復(fù)合材料對火的反應(yīng)更為優(yōu)異?？梢允褂萌魏魏线m的濕態(tài)的粘結(jié)劑，但優(yōu)選使用酚醛粘結(jié)劑，因為這種類型的粘結(jié)劑易于獲得并且已經(jīng)證明是有效的。
可以在礦物纖維與氣凝膠顆粒材料混合之前、期間或之后將粘結(jié)劑與礦物纖維和 /或氣凝膠顆粒材料混合。在一些實施方案中，尤其是在使用濕態(tài)的粘結(jié)劑的實施方案中， 優(yōu)選在纖維與氣凝膠顆粒材料混合之前將粘結(jié)劑與纖維混合。特別是，纖維可以是未固化的含有濕態(tài)粘結(jié)劑的聚集網(wǎng)的形式。
可供選擇的是，如果纖維被攜帶到從纖維形成工藝導(dǎo)出的主氣流中，則可以將濕態(tài)粘結(jié)劑噴灑在被攜帶于氣體中的纖維上。
當(dāng)采用干態(tài)粘結(jié)劑時，可以例如將礦物纖維的聚集網(wǎng)與任選的氣凝膠顆粒材料預(yù)混合?？晒┻x擇的是，可將其分別供應(yīng)到主氣流中并在主氣流中混合。
在一些實施方案中，當(dāng)?shù)V物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料懸浮在主氣流中時，使它們經(jīng)受方向與主氣流的方向不同的附加氣流(further air flow)。這有助于在主氣流中產(chǎn)生附加湍流，這有助于進(jìn)一步混合。通常，主氣流是總體上橫向的，而附加氣流是總體上向上的。在一些實施方案中，提供多股附加氣流。
優(yōu)選附加氣流的速度為lm/s至20m/s，更優(yōu)選為lm/s至13m/s，還更優(yōu)選為2m/s 至9m/s，最優(yōu)選為3m/s至7m/So
通過任何合適的方式從主氣流收集礦物纖維、氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑的混合物。在一個實施方案中，將主氣流引入旋風(fēng)室(cyclone chamber)的頂部，該旋風(fēng)室的下端是打開的，并且從該旋風(fēng)室的下端收集混合物。
在可供選擇的實施方案中，引導(dǎo)主氣流通過有孔的表面，當(dāng)該氣流通過時，該有孔的表面捕獲該混合物。
在使纖維懸浮在主氣流中之前進(jìn)行解纏結(jié)處理的實施方案中，優(yōu)選在礦物纖維、 氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑的混合物已經(jīng)懸浮在主氣流中之后，但在壓制和固化該混合物之前，對該混合物進(jìn)行額外的纖維解纏結(jié)處理。
所述額外的解纏結(jié)處理可以具有以上所述的解纏結(jié)處理的任何優(yōu)選的特征。
在特別優(yōu)選的方法中，將礦物纖維與粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料的混合物從主氣流中移出，優(yōu)選在旋風(fēng)室中移出，并供給至旋轉(zhuǎn)輥，其中該旋轉(zhuǎn)輥具有從其圓周表面突出的尖狀物。所述額外的解纏結(jié)機(jī)構(gòu)的輥可以具有以上針對聚集網(wǎng)最初可被供給的那種輥所述的任何特征。
優(yōu)選將礦物纖維、氣凝膠顆粒材料與粘結(jié)劑的混合物從所述額外的解纏結(jié)處理過程投入到成形室中。
進(jìn)行所述額外的解纏結(jié)處理之后，收集礦物纖維、氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑的混合物并進(jìn)行壓制和固化。優(yōu)選的是，將該混合物收集到在其下方設(shè)置有抽吸機(jī)構(gòu)的有孔的傳送帶上。
在本發(fā)明優(yōu)選的方法中，氣凝膠顆粒材料、粘結(jié)劑和礦物纖維的混合物被收集之后，在固化和壓制之前，除去該混合物的表皮層。
可以以分批方式實施所述方法，但是，根據(jù)一個實施方案，該方法是在礦棉生產(chǎn)線上進(jìn)行的，其中將初次礦棉網(wǎng)或二次礦棉網(wǎng)供應(yīng)到纖維分離處理工序中，這提供了特別成本有效且用途廣泛的方法，該方法用以提供在廣泛的密度范圍內(nèi)具有良好的機(jī)械特性和隔熱特性的復(fù)合材料。
根據(jù)特定的實施方案，該方法在礦棉生產(chǎn)線上以在線的方式進(jìn)行。
一旦礦物纖維、氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑的混合物被收集后，則進(jìn)行壓制和固化從而制備具有所需密度的復(fù)合材料。
固化和壓制采用的壓力、溫度和保持時間尤其取決于所用粘結(jié)劑的類型。初步試驗中采用的溫度和保持時間的例子如以下所述。
本發(fā)明一方面涉及可通過本發(fā)明方法獲得的含有氣凝膠的復(fù)合材料。
本發(fā)明的另一個方面涉及含有氣凝膠的復(fù)合材料，其包含
纖維，其量為起始物料總重量的M重量％至80重量％，
氣凝膠顆粒材料，其量為起始物料總重量的10重量％至75重量％，
粘結(jié)劑，其量為起始物料總重量的1重量％至30重量％，
其中所述復(fù)合材料是基本上均質(zhì)的，并且其被固化和壓制成密度介于120kg/m3和 800kg/m3之間，例如介于150kg/m3和800kg/m3之間。
術(shù)語“基本上均質(zhì)”應(yīng)當(dāng)被理解為該復(fù)合材料在毫米級上是均質(zhì)的，即毫米級別的給定面積的顯微圖像與該混合物的其他樣品(基本上)一致。該術(shù)語還意味著在混合后， 這些材料基本上均勻地分布在復(fù)合材料中，即氣凝膠顆粒以基本相同的量存在于整個復(fù)合材料中。
優(yōu)選地，毫米級別的面積為1mm2。然而，如果復(fù)合材料包含IOOym及更大級別的離散顆粒，則“基本上均質(zhì)”可相對于最大的離散成分來定義。因此，應(yīng)當(dāng)理解為在相對于最大離散成分的某一級別(例如最大顆粒大小的10倍)上，該復(fù)合材料看起來是均質(zhì)的。 對于如Imm(最大尺寸)的顆粒大小，進(jìn)行視覺評價時，例如IOOmm2的面積基本上與該混合物的其他樣品一致。這還意味著在混合后，這些材料基本上均勻地分布在復(fù)合材料中，即氣凝膠顆粒以基本相同的量存在于整個復(fù)合材料中，而沒有可見的積聚。
在本發(fā)明方法中所述的最終產(chǎn)品的任何優(yōu)選的特征都同樣適用于本發(fā)明的相關(guān)復(fù)合材料。
本發(fā)明還涉及適合實施本發(fā)明方法的新裝置。
第一新裝置包括
礦物纖維形成設(shè)備，其用于制備由氣體攜帶的纖維供料，
粘結(jié)劑供給設(shè)備，其用于向所述纖維供應(yīng)粘結(jié)劑，
第一收集器，其被布置為接收來自所述纖維形成設(shè)備的纖維，
抽吸設(shè)備，其通過所述收集器進(jìn)行抽吸，由此將所述纖維以網(wǎng)的形式收集在所述收集器上，
解纏結(jié)設(shè)備，其用于對所述網(wǎng)進(jìn)行解纏結(jié)，從而提供解纏結(jié)的纖維，
網(wǎng)供給設(shè)備，其用于向所述解纏結(jié)設(shè)備提供所述網(wǎng)，
氣凝膠顆粒材料供給設(shè)備，其被布置成位于所述解纏結(jié)設(shè)備之前或之后，
氣體供給設(shè)備，其用于供應(yīng)使解纏結(jié)的礦物纖維懸浮于其中的主氣流，
第二收集器，其用于收集所述解纏結(jié)的礦物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料，以及
壓機(jī)，其用于對所收集的礦物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料進(jìn)行壓制。
礦物纖維形成設(shè)備可以是適于此目的的任何設(shè)備，例如，級聯(lián)紡絲機(jī)(cascade spinner)或紡杯。在該設(shè)備的優(yōu)選實施方案中，礦物纖維形成設(shè)備為級聯(lián)紡絲機(jī)。在每種情況中，供應(yīng)礦物熔融物，并通過設(shè)備的離心作用制備纖維。
粘結(jié)劑供給機(jī)構(gòu)將粘結(jié)劑供應(yīng)給礦物纖維。其可以位于第二收集器之前的任何位置，但優(yōu)選位于纖維形成設(shè)備和第一收集器之間。在另一個實施方案中，粘結(jié)劑供給設(shè)備位于第一收集器和第二收集器之間。在另一個優(yōu)選實施方案中，粘結(jié)劑供給機(jī)構(gòu)位于第一收集器和解纏結(jié)機(jī)構(gòu)之間。
可以將粘結(jié)劑供給機(jī)構(gòu)調(diào)整成供給濕態(tài)的粘結(jié)劑或調(diào)整成供給干態(tài)的粘結(jié)劑。
優(yōu)選第一收集器是連續(xù)操作的第一傳送帶的形式。該傳送帶可使氣體穿過。纖維在該傳送帶上形成初次網(wǎng)。抽吸機(jī)構(gòu)位于第一收集器的后面，使氣流可穿過該收集器。
該第一裝置可以任選地包括用于以本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何方式處理初次網(wǎng)的機(jī)構(gòu)。例如，該裝置可以包括擺動帶(pendulum belt)，其用于使初次網(wǎng)交叉折疊到另一連續(xù)操作的傳送帶上，從而形成二次礦物纖維網(wǎng)。
在優(yōu)選的實施方案中，第一收集器是通向輸入管道的傳送帶的形式。該輸入管道可以在其上邊緣具有傳送輥，以有助于礦物纖維移動通過該輸入管道。
在一些實施方案中，在第一收集器和解纏結(jié)設(shè)備之間具有基本垂直的管道。通常， 該基本垂直的管道的下端要比其上端窄。
該第一裝置包括解纏結(jié)設(shè)備，其用于對初次網(wǎng)或二次網(wǎng)進(jìn)行解纏結(jié)，從而形成解纏結(jié)的纖維。在一個實施方案中，解纏結(jié)設(shè)備具有用于傳送初次網(wǎng)或二次網(wǎng)的第一管道以及與第一管道相連的第二管道。在本實施方案中，解纏結(jié)設(shè)備包括用于以比在第一管道中的速度更高的速度將氣流提供到第二管道中的機(jī)構(gòu)。
特別是，如對本發(fā)明方法所描述的那樣，解纏結(jié)機(jī)構(gòu)可以是輥的形式。在本發(fā)明方法中所述的輥的任何優(yōu)選或任選的特征都同樣適用于本發(fā)明的第一新裝置。
此外，第一裝置可以包括容納輥的圓筒形腔室。在本發(fā)明方法中描述的圓筒形腔室的任何特征都同樣適用于本發(fā)明的第一裝置。
本發(fā)明的第一裝置還需要用于供給主氣流的氣體供給機(jī)構(gòu)。該氣體供給機(jī)構(gòu)可以形成為解纏結(jié)設(shè)備的一部分。例如，用于以比第一管道中的速度更高的速度將氣流供給到第二管道中的機(jī)構(gòu)也可以是主氣流的供給源。
輥在產(chǎn)生懸浮在氣流中的解纏結(jié)的礦物纖維流的時候，還可以充當(dāng)自身產(chǎn)生主氣流的機(jī)構(gòu)。
第二新裝置，包括
礦物纖維形成設(shè)備，其用于制備懸浮在主氣流中的纖維供料，
氣體供應(yīng)設(shè)備，其用于供應(yīng)主氣流，
粘結(jié)劑供應(yīng)設(shè)備，其用于向所述纖維供應(yīng)粘結(jié)劑，
氣凝膠顆粒材料供給機(jī)構(gòu)，其用于向所述主氣流供應(yīng)氣凝膠顆粒材料，
收集器，其用于收集所述礦物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料，
壓機(jī)，其用于壓制所收集的礦物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料。
本發(fā)明第二裝置的礦物纖維形成設(shè)備也可以是適于此目的的任何設(shè)備，例如，級聯(lián)紡絲機(jī)或紡杯。在該設(shè)備的優(yōu)選實施方案中，礦物纖維形成設(shè)備為級聯(lián)紡絲機(jī)。
在本發(fā)明的第二裝置中，需要氣體供應(yīng)裝置以提供主氣流。該裝置可以為冷卻氣體供應(yīng)源的形式，該冷卻氣體沿軸向吹向級聯(lián)紡絲機(jī)的轉(zhuǎn)輪，其中，已經(jīng)被轉(zhuǎn)輪拋出的纖維被攜帶離開該紡絲機(jī)。
粘結(jié)劑供應(yīng)裝置被設(shè)置成供應(yīng)粘結(jié)劑，通常是以向懸浮于氣流中的纖維噴灑的形式供應(yīng)粘結(jié)劑。
本發(fā)明的這兩種設(shè)備中都需要氣凝膠顆粒材料供給機(jī)構(gòu)。氣凝膠顆粒材料供給機(jī)構(gòu)可包括含有氣凝膠顆粒材料的儲料器?？赏ㄟ^螺旋加料器、稱重傳感器或用于精確定量顆粒材料的任何合適的機(jī)構(gòu)來定量供應(yīng)氣凝膠顆粒材料。
在第一設(shè)備中，盡管氣凝膠顆粒材料必須最終被供應(yīng)到主氣流中，但是不必由正對著該氣流的供應(yīng)裝置來供應(yīng)氣凝膠顆粒材料。事實上，優(yōu)選將氣凝膠顆粒材料供應(yīng)裝置設(shè)置成向礦物纖維網(wǎng)供應(yīng)氣凝膠顆粒材料，并將它們一起供應(yīng)到解纏結(jié)設(shè)備。如果其位于解纏結(jié)機(jī)構(gòu)的前面，則氣凝膠顆粒材料與解纏結(jié)的纖維一起被供應(yīng)至主氣流。
然而，氣凝膠顆粒材料也可位于解纏結(jié)機(jī)構(gòu)之后。
在第二裝置以及任選在第一裝置中，氣凝膠顆粒材料供給機(jī)構(gòu)被設(shè)置成向主氣流供應(yīng)氣凝膠顆粒材料。任選的是，可設(shè)置輔助氣流供給機(jī)構(gòu)以供應(yīng)輔助氣流，從而將氣凝膠顆粒材料帶到主氣流中。
在這兩種裝置中，可具有附加氣流供給機(jī)構(gòu)，從而向主氣流供應(yīng)附加氣流。
本發(fā)明的裝置各自優(yōu)選包括如在本發(fā)明方法中所描述的混合室。當(dāng)使用輔助和/ 或附加氣流供給機(jī)構(gòu)時，該輔助和/或附加氣流供給機(jī)構(gòu)優(yōu)選位于該混合室的下端，并設(shè)置成向該混合室內(nèi)供給向上的氣流。主氣流供給機(jī)構(gòu)優(yōu)選位于混合室的側(cè)面并設(shè)置成橫向提供氣流使其橫穿該室。
當(dāng)存在附加氣流供給機(jī)構(gòu)時，該附加氣流供給機(jī)構(gòu)可以具有橫跨其開口而設(shè)置的紗網(wǎng)以防止固體材料進(jìn)入。
在混合室的下端，優(yōu)選具有排放口，重球?；驂簩嵉睦w維落入該排放口。
在優(yōu)選的實施方案中，懸浮在主氣流中的礦物纖維、氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑一起進(jìn)入混合室的一側(cè)。然后所得混合物被位于該室的下端的附加氣體供給機(jī)構(gòu)向上吹并進(jìn)一步混合。隨后該混合物經(jīng)由位于混合室上端的排出管道而離開混合室。
該排出管道最終通向收集器。在本發(fā)明的第一裝置中，該收集器是第二收集器。該收集器可以是有孔的帶的形式，抽吸機(jī)構(gòu)位于該收集器的后面。
可供選擇的其它方式是，收集機(jī)構(gòu)可以包括能夠?qū)⒌V物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料的混合物與主氣流分開的旋風(fēng)室。在本實施方案中，該旋風(fēng)室在其下端具有開口，混合物通過該開口排出，同時通過位于其上端的管道排出該氣流。該旋風(fēng)室上端的直徑大于其下端的直徑。
在一個實施方案中，混合物從旋風(fēng)室被排放到傳送帶上。
在本發(fā)明的第一裝置中，優(yōu)選設(shè)置額外的解纏結(jié)設(shè)備來接收礦物纖維、氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑的混合物。所述額外的解纏結(jié)設(shè)備可以具有針對用于對礦物纖維的聚集網(wǎng)進(jìn)行解纏結(jié)的解纏結(jié)設(shè)備所述的任何優(yōu)選的特征。
優(yōu)選的是，設(shè)置有額外的解纏結(jié)設(shè)備以接收來自旋風(fēng)室下端開口的礦物纖維、氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑的混合物。
優(yōu)選設(shè)置有成形室以接收來自所述額外的解纏結(jié)設(shè)備的纖維。優(yōu)選的是，成形室包括有孔的傳送帶，其用于收集礦物纖維與氣凝膠顆粒材料的混合物。
在本發(fā)明的各裝置中，優(yōu)選在壓制之前提供除表皮機(jī)構(gòu)?？梢詫⒃撛O(shè)備構(gòu)造為回收被除去的表皮材料。
本發(fā)明的裝置各自包括用于壓制和固化所收集的礦物纖維、氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑的混合物的壓機(jī)。該壓機(jī)適于將復(fù)合材料壓制成密度為120kg/m3至800kg/m3，尤其是150kg/m3至800kg/m3。通常，該壓機(jī)適于加熱復(fù)合材料從而固化粘結(jié)劑。
在本發(fā)明的方法中所述的任何優(yōu)選的特征同樣適用于裝置。與此類似，上述裝置的任何特征同樣也適用于本發(fā)明的方法。


以下將參照附圖通過實例對本發(fā)明進(jìn)行描述，其中
圖1為用于分離纖維和混合原材料的裝置的示意圖。
圖2為如上所述的額外的解纏結(jié)設(shè)備的示意圖。
圖3為試運行時制備的本發(fā)明的復(fù)合材料板的照片。
圖4為本發(fā)明的含有氣凝膠的復(fù)合材料的樣品的顯微照片。
圖5為本發(fā)明的含有氣凝膠的復(fù)合材料的樣品的顯微照片。
圖6為本發(fā)明的含有氣凝膠的復(fù)合材料的樣品的顯微照片。
圖7為采用不同于本發(fā)明的混合方法而制備的復(fù)合材料的照片。
圖8為采用不同于本發(fā)明的混合方法而制備的另外一些復(fù)合材料的照片。
具體實施方式
適用于本發(fā)明方法的裝置可參見圖1。其中纖維形成設(shè)備和收集器被構(gòu)造成將礦物纖維網(wǎng)傳送至輸入管道1，粘結(jié)劑供給機(jī)構(gòu)被設(shè)置為將粘結(jié)劑供應(yīng)給礦物纖維，氣凝膠顆粒供給機(jī)構(gòu)被設(shè)置成向輸入管道供應(yīng)氣凝膠顆粒材料，所示的設(shè)備還可以形成本發(fā)明第一新裝置的一部分。
該裝置包括輸入管道1，其用于起始物料，例如氣凝膠顆粒、粘結(jié)劑和礦物纖維，并且對于特定的原材料，該裝置可以包括位于輸入管道1處的粉碎機(jī)(圖中未示出)，以至少部分切碎大體積的料塊。在輸入管道的下邊緣處具有傳送裝置2，其攜帶起始物料通過輸入管道1。在輸入管道的上邊緣處，傳送輥3協(xié)助將起始物料供送通過輸入管道1。在輸入管道1的端部，第一套相互隔開的細(xì)長部件4橫跨輸入管道1的端部而延伸。這些細(xì)長部件4用來將較大片的起始物料(例如礦物纖維網(wǎng))破碎。在一些實施方案中，該細(xì)長部件 4是旋轉(zhuǎn)刷的形式，當(dāng)該旋轉(zhuǎn)刷旋轉(zhuǎn)時，位于它們之間的起始物料就會受到拉伸。
通過輸入管道的端部的起始物料隨后向下落入基本垂直的管道5。在所示實施方案中，第二套相互間隔的細(xì)長部件6橫跨該管道的上端而延伸。該第二套細(xì)長部件通常比第一套間隔得更密。在所示實施方案中，該第二套細(xì)長部件旋轉(zhuǎn)以使足夠小片的礦物纖維網(wǎng)可以通過，而將較大片的礦物纖維網(wǎng)經(jīng)由起始物料再循環(huán)管7帶走。
垂直管道5的下端通常會變窄。在所示的實施方案中，該垂直管道的下端形成通向大體上為圓筒形的腔室9的入口 8。如所示的那樣，入口 8在大體上為圓筒形的腔室9的上部。在使用時，起始物料通過垂直的管道5并經(jīng)過入口 8進(jìn)入圓筒形腔室9。
圓筒形腔室9容納輥10，輥10具有從其圓周表面12突出的尖狀物11。圖1所示的輥10沿如圖中所示的逆時針方向旋轉(zhuǎn)，使得起始物料從入口(8)被傳送繞過輥10的左側(cè)(如圖所示)并在主氣流中被橫向拋出而進(jìn)入混合室14。圓筒形腔室9和輥10 —起形成解纏結(jié)機(jī)構(gòu)。解纏結(jié)機(jī)構(gòu)使纖維解纏結(jié)，即，可能以纏結(jié)成網(wǎng)或成簇的棉的形式而提供的纖維會受到該機(jī)構(gòu)的作用，從而提供更開松的棉或者甚至松散的纖維，由此有利于進(jìn)行隨后的纖維與其他成分的混合。
在所示的實施方案中，通過輥10在圓筒形腔室9內(nèi)旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生主氣流，特別是，通過尖狀物11和起始物料穿過介于輥的圓周表面與圓筒形腔室9的曲面壁13之間的空間的運動來產(chǎn)生主氣流。
圖1所示的混合室14包括排放口 16和附加氣流供給機(jī)構(gòu)15。附加氣流供給機(jī)構(gòu) 15包括開口，附加氣流通過該開口而供入。紗網(wǎng)17橫跨附加氣流供給機(jī)構(gòu)15的開口而設(shè)置。這些紗網(wǎng)允許附加氣流通過而進(jìn)入混合室14，但旨在防止物質(zhì)進(jìn)入供給機(jī)構(gòu)。附加氣流供給機(jī)構(gòu)15將附加氣流向上引入混合室14。
在混合室中，附加氣流與含有解纏結(jié)纖維的主氣流相遇。在混合室14的內(nèi)部，附加氣流起到向上攜帶解纏結(jié)的纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料的混合物的作用。在混合室中，一些較致密的纖維和礦物材料珠狀物不會被向上攜帶，而是落到下端并通過排放口 16。
所需的解纏結(jié)纖維、氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑的混合物被帶到混合室14的上部， 在此設(shè)置有排出管18以將該混合物從混合室14帶出。第一氣體再循環(huán)管19連接至排出管18并將來自排出管18的一些氣體再循環(huán)至附加氣體供給機(jī)構(gòu)15。
排出管通向旋風(fēng)室20。旋風(fēng)室20具有第二氣體再循環(huán)管22，其從旋風(fēng)室的上端通向附加氣體供給機(jī)構(gòu)15。過濾器21連接至第二氣體再循環(huán)管。在使用時，過濾器21將任何零散的礦物纖維、氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑從第二氣體再循環(huán)管22中除去。當(dāng)氣體從旋風(fēng)室20的上端排出時，解纏結(jié)纖維、氣凝膠顆粒材料與粘結(jié)劑的混合物下落通過位于旋風(fēng)室20下端的旋風(fēng)室出口 23。
收集器M位于旋風(fēng)室出口 23的下面。在所示的實施方案中，收集器M是傳送裝置的形式，其將所收集的纖維傳送到壓制和固化設(shè)備中(圖中未示出)。
圖2示出了額外的解纏結(jié)設(shè)備的實施方案，該設(shè)備可任選地用于本發(fā)明的方法中。該額外的解纏結(jié)設(shè)備可以設(shè)置為代替圖1所示的收集器對。所示的額外的解纏結(jié)設(shè)備包括輥25，該輥的結(jié)構(gòu)與輥10相同。各組分的混合物從上方被供應(yīng)給輥25，并被拋出而進(jìn)入成形室26。成形室沈的下端包括有孔的傳送帶27，在傳送帶27的下面設(shè)有抽吸機(jī)構(gòu)觀。設(shè)置除皮器(scalper) 29，以除去混合物的頂部，從而提供平坦的表面。然后可以將除去的表皮材料再循環(huán)。
有孔的傳送帶27將混合物傳送到壓機(jī)(圖中未示出)。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實物尺寸的裝置在試運行時制備的復(fù)合材料板。添加到該設(shè)備中的復(fù)合材料的原材料為未固化的石棉網(wǎng)以及濕態(tài)粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒。所示的樣品大致為20CmX20Cm。該復(fù)合材料板看上去非常均勻。肉眼看不到氣凝膠顆粒。石棉網(wǎng)在該裝置中被瓦解并開松，在表面上只能看到小的纖維簇，并且這些小的纖維簇的樣式是無規(guī)則的，因此不存在分布積聚或有偏差的跡象。
圖4的顯微照片示出了采用松散的石棉纖維根據(jù)本發(fā)明制備的含有氣凝膠的復(fù)合材料樣品?？梢钥吹綒饽z顆粒材料為小點或小粒。也可以看到纖維。由此可以看出， 在Imm級別上，氣凝膠顆粒材料和纖維基本上是均勻混合的。
圖5的顯微照片示出了本發(fā)明板材中的氣凝膠顆粒與纖維的混合物。測得最大的兩個顆粒為481 μ m和302 μ m。被分析的板材的組成為大約51重量％的氣凝膠顆粒、38重量％的礦棉纖維和11重量％的粘結(jié)劑。
類似地，圖6的顯微照片示出了更高放大倍數(shù)下的本發(fā)明板材中的氣凝膠顆粒與纖維的混合物。不存在粘結(jié)劑附著于氣凝膠顆粒的跡象。如上文提及的那樣，認(rèn)為這樣是極其有益的。
在試驗中采用購自Dynea公司、商品名為“I^refere 948182U7”的干酚醛聚合物粘結(jié)劑(粉末)。試驗中粘結(jié)劑的含量為12重量％，以確保制得的材料板具有足夠的強(qiáng)度。 在初始試驗中，固化時間以7min為起點，隨后將固化時間延長到Hmin，以確保完全固化。
圖7和8為比較例，其示出了不是按照本發(fā)明而制備的復(fù)合材料。
圖7為示出了采用不同于本發(fā)明的方法混合復(fù)合材料的組分時所得的結(jié)果的照片。在這種情況中，用攪拌機(jī)混合組分。從圖7中可清楚地看出，由于用肉眼可以看到致密的纖維球，以及氣凝膠、纖維和粘結(jié)劑的分離區(qū)域，因此，該復(fù)合材料不是均質(zhì)的。這與根據(jù)本發(fā)明制備的復(fù)合材料的平滑均質(zhì)的外觀(特別是如圖3所示)是相反的。
類似地，圖8為示出了數(shù)種包含10% -31%氣凝膠顆粒材料、礦物纖維以及大約 10%干態(tài)粘結(jié)劑的復(fù)合材料的照片。該復(fù)合材料的組分沒有采用本發(fā)明的方法混合，而是在攪拌機(jī)中混合。同樣，可以看到，復(fù)合材料中出現(xiàn)了致密的纖維球和不同組分的分離區(qū)域，這與根據(jù)本發(fā)明制備的復(fù)合材料的均質(zhì)外觀(特別是如圖3所示)是相反的。在試驗中，采用得自Cabot International公司的“Nanogel 細(xì)粒氣凝膠”型氣凝膠顆粒材料，并且顯示出優(yōu)良的結(jié)果。
采用密度為大約2，800kg/m3的石棉纖維進(jìn)行試驗。
在這種情況下，與復(fù)合材料板的主表面共平面的X-Y平面中的最大偏差為5 % (例如密度)被認(rèn)為是滿足基本上均質(zhì)的復(fù)合材料的要求。Z平面(即復(fù)合材料板的厚度)中容許更大的偏差。
權(quán)利要求
1.一種制備含有氣凝膠的復(fù)合材料的方法，所述方法包括以下步驟提供礦物纖維，其量為起始物料總重量的M重量％至80重量％，提供氣凝膠顆粒材料，其量為起始物料總重量的10重量％至75重量％，提供粘結(jié)劑，其量為起始物料總重量的1重量％至30重量％，使所述纖維懸浮在主氣流中，并且使所述氣凝膠顆粒材料懸浮在所述主氣流中，從而使懸浮的氣凝膠顆粒材料與懸浮的纖維混合，在將所述纖維與所述氣凝膠顆粒材料混合之前、期間或之后，將所述粘結(jié)劑與所述礦物纖維和/或所述氣凝膠顆粒材料混合，收集所述的礦物纖維、氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑的混合物，以及壓制和固化所述混合物，從而獲得固結(jié)的復(fù)合材料，其密度為120kg/m3至800kg/m3，例如是 150kg/m3 至 800kg/m3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述礦物纖維是以聚集網(wǎng)的形式提供的，并且所述方法還包括對纖維的所述聚集網(wǎng)進(jìn)行解纏結(jié)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述解纏結(jié)處理包括將所述網(wǎng)從具有較低的相對氣流的管道供應(yīng)至具有較高的相對氣流的管道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述較高的相對氣流的速度為20m/s至150m/s， 優(yōu)選為30m/s至120m/s，更優(yōu)選為40m/s至80m/s，最優(yōu)選為50m/s至70m/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項所述的方法，其中所述解纏結(jié)處理包括將所述聚集網(wǎng)供應(yīng)到至少一個輥，所述輥繞其縱軸旋轉(zhuǎn)并具有從其圓周表面突出的尖狀物。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中基于所述尖狀物的最外點，所述輥的直徑為20cm至80cm，優(yōu)選為30cm至70cm，更優(yōu)選為40cm至60cm，最優(yōu)選為45cm至55cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中所述輥的旋轉(zhuǎn)速率為500rpm至5000rpm，優(yōu)選為 IOOOrpm 至 4000rpm，更優(yōu)選為 1500rpm 至 3500rpm，最優(yōu)選為 2000rpm 至 3000rpm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項所述的方法，其中所述輥的所述尖狀物的所述最外點的運動速度為20m/s至150m/s，優(yōu)選為30m/s至120m/s，更優(yōu)選為40m/s至80m/s，最優(yōu)選為 50m/s 至 70m/so
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任一項所述的方法，其中在所述纖維解纏結(jié)處理之前，將所述氣凝膠顆粒材料加入所述礦物纖維的聚集網(wǎng)中，并且使所述氣凝膠顆粒材料與解纏結(jié)的纖維一起懸浮在所述主氣流中。
10.根據(jù)權(quán)利要求2-9中任一項所述的方法，其中所述礦物纖維的形式為含有濕態(tài)粘結(jié)劑的未固化的網(wǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2-10中任一項所述的方法，其中所述方法在礦棉生產(chǎn)線上進(jìn)行，所述礦棉生產(chǎn)線將初次礦棉網(wǎng)或二次礦棉網(wǎng)供應(yīng)到所述纖維解纏結(jié)處理中。
12.根據(jù)權(quán)利要求2-11中任一項所述的方法，其中在所述混合物已經(jīng)懸浮在所述主氣流中之后、但在壓制和固化所述混合物之前，使所述的礦物纖維、氣凝膠顆粒材料和粘結(jié)劑的混合物經(jīng)受額外的纖維解纏結(jié)處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供的所述礦物纖維為從纖維形成過程中導(dǎo)出的氣體所攜帶的纖維。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中至少部分所述氣凝膠顆粒材料作為懸浮在輔助氣流中的氣凝膠顆粒材料而被攜帶至所述主氣流中，并且所述方法包括將所述輔助氣流與所述主氣流合并，由此使所述氣凝膠顆粒材料與所述纖維混合。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中當(dāng)所述的礦物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料懸浮在主氣流中時，使所述礦物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料經(jīng)受方向與所述主氣流的方向不同的附加氣流。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述主氣流總體上是橫向的，并且所述附加氣流總體上是向上的。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述主氣流的初始速度為20m/s至 150m/s，優(yōu)選為30m/s至120m/s，更優(yōu)選為40m/s至80m/s，最優(yōu)選為50m/s至70m/s。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一項所述的方法，其中所述附加氣流的速度為lm/s至 20m/s，優(yōu)選為lm/s至13m/s，更優(yōu)選為2m/s至9m/s，最優(yōu)選為3m/s至7m/So
19.根據(jù)權(quán)利要求1-9或11-18中任一項所述的方法，其中所述粘結(jié)劑以干態(tài)的形式提{共。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一項所述的方法，其中所述粘結(jié)劑以濕態(tài)的形式提供。
21.一種能夠通過前述權(quán)利要求中任一項所述的方法得到的含有氣凝膠的復(fù)合材料。
22.—種含有氣凝膠的復(fù)合材料，包含纖維，其量為起始物料總重量的M重量％至80重量％， 氣凝膠顆粒材料，其量為起始物料總重量的10重量％至75重量％， 粘結(jié)劑，其量為起始物料總重量的1重量％至30重量％，其中所述復(fù)合材料是基本上均質(zhì)的并且其被固化和壓制成密度介于120kg/m3和 800kg/m3之間，例如介于150kg/m3和800kg/m3之間。
23.一種用于制備含有氣凝膠的復(fù)合材料的裝置，包括 礦物纖維形成設(shè)備，其用于制備由氣體攜帶的纖維供料， 粘結(jié)劑供給機(jī)構(gòu)，其用于向所述纖維供應(yīng)粘結(jié)劑，第一收集器，其被布置為接收來自所述纖維形成設(shè)備的纖維，抽吸機(jī)構(gòu)，其通過所述收集器進(jìn)行抽吸，由此將所述纖維以網(wǎng)的形式收集在所述收集器上，解纏結(jié)設(shè)備，其用于對所述網(wǎng)進(jìn)行解纏結(jié)，從而提供解纏結(jié)的纖維，網(wǎng)供給機(jī)構(gòu)，其用于向所述解纏結(jié)設(shè)備提供所述網(wǎng)，氣凝膠顆粒材料供給機(jī)構(gòu)，其被布置在所述解纏結(jié)設(shè)備之前或之后，氣體供給機(jī)構(gòu)，其用于供應(yīng)使解纏結(jié)的礦物纖維懸浮于其中的主氣流，第二收集器，其用于收集所述解纏結(jié)的礦物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料，以及壓機(jī)，其用于對所收集的礦物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料進(jìn)行壓制。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，還包括額外的解纏結(jié)裝置，其被布置成接收所述的礦物纖維、氣凝膠顆粒材料的混合物。
25.一種用于制備含有氣凝膠的復(fù)合材料的裝置，包括 礦物纖維形成設(shè)備，其用于制備懸浮在主氣流中的纖維供料， 氣體供給機(jī)構(gòu)，其用于供應(yīng)主氣流，粘結(jié)劑供給機(jī)構(gòu)，其用于向所述纖維供應(yīng)粘結(jié)劑，氣凝膠顆粒材料供給機(jī)構(gòu)，其用于向所述主氣流供應(yīng)氣凝膠顆粒材料， 收集器，其用于收集所述礦物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料， 壓機(jī)，其用于壓制所收集的礦物纖維、粘結(jié)劑和氣凝膠顆粒材料。
26.根據(jù)權(quán)利要求23-25中任一項所述的裝置，還包括輔助氣流供給機(jī)構(gòu)，其被布置為供應(yīng)用于將所述氣凝膠顆粒材料從所述氣凝膠顆粒材料供給機(jī)構(gòu)攜帶至所述主氣流的輔助氣流。
27.根據(jù)權(quán)利要求23-26中任一項所述的裝置，還包括附加氣流供給機(jī)構(gòu)，其被布置為當(dāng)所述的粘結(jié)劑、纖維和氣凝膠顆粒材料懸浮在所述主氣流中時，將附加氣流導(dǎo)向所述的粘結(jié)劑、纖維和氣凝膠顆粒材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備阻隔復(fù)合材料的方法，所述阻隔復(fù)合材料包含礦物纖維、氣凝膠和粘結(jié)劑。該方法包括以下步驟使纖維網(wǎng)和氣溶膠懸浮在氣流中，從而使所述纖維網(wǎng)解纏結(jié)，以及將纖維、氣溶膠混合，并最終與粘結(jié)劑混合均勻。所描述的設(shè)備將以下操作相聯(lián)合紡制纖維，將它們收集成網(wǎng)，在懸浮氣體中對纖維網(wǎng)進(jìn)行解纏結(jié)，將纖維與氣凝膠和接合劑混合，以及壓制和固化所得混合物，從而形成固結(jié)的產(chǎn)品，其密度為150kg/m3至800kg/m3。
文檔編號C04B26/02GK102498079SQ201080041639
公開日2012年6月13日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者烏爾里?！U爾, 克里斯蒂安·斯科夫高·約爾根森, 戈姆·羅森貝赫, 肯·克里斯坦森 申請人:羅克伍爾國際公司