微纤维玻璃棉浆料分散工艺及其成纸结构和性能的研究

摘要

低温行业技术的革新以及新能源技术的推广对绝热节能提出了更高的要求，但是低温领域的保冷技术却一直是绝热节能的弱项。微纤维玻璃棉作为一种优良的原材料在低温领域的应用才刚刚起步。以微纤维玻璃棉为原料，采用湿法造纸的工艺制备的微纤维玻璃棉纸具有质轻、孔隙率高、容重小、导热系数低、化学稳定性好等优异性能，是保温保冷的优良材料之一。
　　本论文首先以6种打浆度的微纤维玻璃棉为研究对象，通过光学显微镜、扫描电子显微镜、比表面积与孔隙度分析仪、纤维质量分析仪等，就原料本身的形态及性能进行全方位的研究。结果表明:6种打浆度的微纤维玻璃棉均呈纤细的圆柱状形态，表面近似光滑，纤维之间易缠绕交织;29°SR、34°SR、39°SR、44°SR、49°SR、54°SR的微纤维玻璃棉纤维的平均直径依次为1.93μm、1.52μm、0.98μm、0.67μm、0.44μm、0.38μm，重均长度依次为0.616mm、0.608mm、0.602mm、0.583 mm、0.539 mm、0.523mm;随着打浆度的增大，微纤维玻璃棉纤维的比表面积增大，粗度减小、卷曲指数增大，扭结指数减小;打浆度与纤维的平均直径存在良好的负相关，与比表面积存在一定的正相关。
　　其次，对微纤维玻璃棉浆料的分散工艺进行了研究。结果表明:减小浆料浓度，提高机械处理时的剪切速率，调节浆料pH及添加分散剂SHMP、PEO、HEC均能在一定程度上改善微纤维玻璃棉浆料的分散性;与PEO和HEC相比，SHMP改善浆料分散性的作用更显著。以SHMP为分散剂，通过正交优化实验得出:SHMP添加量、剪切速率和浆料浓度是影响微纤维玻璃棉浆料分散性能的主要因素，浆料的pH是次要因素;微纤维玻璃棉浆料达到最佳分散状态的工艺条件为浓度0.30％，剪切速率2500 r·min-1，pH3.0，SHMP添加量0.06％。
　　基于正交优化试验所得到的最佳分散工艺条件，研究了微纤维玻璃棉纸的结构与性能。分析得出:纤维原料的打浆度会影响微纤维玻璃棉纸的结构和性能;随着纤维原料打浆度的增大，微纤维玻璃棉纸页的总孔体积和总孔面积均呈增大的趋势，纸页的中值孔径和平均孔径均呈减小的趋势，纸页的孔隙率增大，容重减小;打浆度增大，纸页的松厚度增大，透气度减小，导热系数减小，且纸页的导热系数与孔隙率之间存在着显著的负相关性。
　　最后，利用压汞仪研究微纤维玻璃棉纸的孔隙结构特性，探讨微纤维玻璃棉纸的分形特征。研究得出:微纤维玻璃棉纸页结构的分形维数在2.0～3.0之间变化，纸页结构具有明显的分形特征;随着纤维原料打浆度的增大，纸页分形维数增大，并且分形维数与纤维原料的打浆度之间存在着高度的正相关性;分形维数越大，微纤维玻璃棉纸页的孔隙率越高，孔隙结构越复杂，透气度越低，导热系数越小;分形维数与微纤维玻璃棉纸的孔隙率、透气度、导热系数之间均有较强的相关性，说明分形维数可以表征微纤维玻璃棉纸孔隙结构的特性，同时在一定程度上可以反映纸页的宏观性能。

目录

摘要

1 绪论

1．1 绝热材料及低温绝热结构

1．1．1 绝热材料

1．1．2 低温绝热结构

1．2 微纤维玻璃棉概述

1．2．1 微纤维玻璃棉的生产方法

1．2．2 微纤维玻璃棉的应用

1．2．3 微纤维玻璃棉纸在低温绝热领域的应用及研究进展

1．3 本论文的研究意义及研究内容

1．3．1 本论文研究的目的和意义

1．3．2 本论文研究的主要内容

2 微纤维玻璃棉纤维形态和性能的研究

2．1 实验原料与主要仪器

2．2 实验方法

2．2．1 微纤维玻璃棉纤维微观形貌的观察

2．2．2 微纤维玻璃棉的比表面积的测定

2．2．3 微纤维玻璃棉纤维质量分析

2．2．4 微纤维玻璃棉直径的测量

2．3 结果与讨论

2．3．1 微纤维玻璃棉的纤维表观形貌

2．3．2 微纤维玻璃棉纤维直径的分布

2．3．3 打浆度与微纤维玻璃棉纤维直径的关系

2．3．4 不同打浆度的微纤维玻璃棉的比表面积

2．3．5 微纤维玻璃棉的质量分析

2．4 小结

3 微纤维玻璃棉浆料分散工艺的研究

3．1 实验原料和仪器

3．2 实验方法

3．2．1 分散效果评价

3．2．2 浓度对微纤维玻璃棉浆料分散性的影响

3．2．3 剪切速率对微纤维玻璃棉浆料分散性的影响

3．2．4 pH对微纤维玻璃棉浆料分散性的影响

3．2．5 添加分散剂对微纤维玻璃棉浆料分散性的影响

3．3 结果与讨论

3．3．1 浓度对微纤维玻璃棉浆料分散性的影响

3．3．2 剪切速率对微纤维玻璃棉浆料分散性的影响

3．3．3 pH对微纤维玻璃棉浆料分散性的影响

3．3．4 分散剂及其添加量对微纤维玻璃棉浆料分散性的影响

3．3．5 微纤维玻璃棉浆料体系分散性能的正交优化

3．4 小结

4 打浆度对微纤维玻璃棉纸结构和性能的影响

4．1 实验原料与主要仪器

4．2 实验方法

4．2．1 微纤维玻璃棉纸的制备

4．2．2 SEM观察纸页微观结构

4．2．3 MIP检测纸页的孔隙结构参数

4．2．4 微纤维玻璃棉纸松厚度和透气度的检测

4．2．5 微纤维玻璃棉纸导热系数的测定

4．3 结果与讨论

4．3．1 打浆度对纸页微观结构的影响

4．3．2 打浆度对纸页孔隙结构参数的影响

4．3．3 打浆度对纸页松厚度的影响

4．3．4 打浆度对纸页透气度的影响

4．3．5 打浆度对纸页导热系数的影响

4．4 小结

5 基于分形理论的微纤维玻璃棉纸结构和性能的研究

5．1 实验原料与主要仪器

5．2 实验方法

5．3 压汞仪测试原理

5．4 结果与讨论

5．4．1 分形维数与微纤维玻璃棉打浆度的影响

5．4．2 分形维数与微纤维玻璃棉纸页孔隙率的关系

5．4．3 分形维数与微纤维玻璃棉纸页透气度的关系

5．4．4 分形维数与微纤维玻璃棉纸页导热系数的关系

5．5 小结

6 结论及建议

6．1 结论

6．2 本文的创新点

6．3 存在的不足和进一步研究的建议

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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