一种航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料及其制备方法与流程

本发明属于玻璃纤维材料技术领域，具体涉及一种航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料及其制备方法。

背景技术：

玻璃纤维棉属于玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维。采用石英砂、石灰石、白云石等天然矿石为主要原料，配合一些纯碱、硼砂等化工原料熔成玻璃。在融化状态下，借助外力吹制成絮状细纤维，纤维和纤维之间为立体交叉，互相缠绕在一起，呈现出许多细小的间隙，这种间隙可看作孔隙。因此，玻璃棉可视为多孔材料，具有良好的绝热、吸声性能。玻璃棉能够吸声的原因不是由于表面粗糙，而是因为具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞，当声波入射到玻璃棉上时，声波能顺着孔隙进入材料内部，引起孔隙中空气分子的振动。由于空气的粘滞阻力和空气分子与孔隙壁的摩擦，声能转化为热能而损耗。

玻璃纤维棉常作为隔热、隔音材料被广泛运用于航空航天领域，但是随着航空航天领域对隔热、隔音材料要求的增高，常规的用胶料粘结后包覆成型的玻璃纤维棉在强度、安装加工性、隔音性能和隔热效果上仍存在缺陷，且其质量重，已经不能满足使用要求了。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料；目的之二在于提供一种航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料，按质量百分数计，所述复合材料包括如下组分：78-90％玻璃纤维棉，10-22％复合树脂；所述复合树脂由酚醛树脂、有机氟树脂和有机硅树脂组成。

优选的，所述玻璃纤维棉的直径为0.75-2.5μm。

优选的，按质量百分数计，所述玻璃纤维棉由以下组分组成：sio2：57-67.6％，al2o3：3-6.9％，cao：2-7％，mgo：0-4％，k2o：0-3.3％，na2o：9.7-17％，b2o3：4-12％，zno：0-4.5％，bao：0-5.5％。

优选的，所述酚醛树脂、有机氟树脂和有机硅树脂的质量比为3.5-4:0.1-0.15:0.2-0.3。

优选的，所述复合材料的厚度为5-50mm，密度为5-20kg/m³，重量为70-300g/m²。

2、所述的一种航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)原料准备：选取氧化锌、硼砂、石英砂、钾长石粉、纳长石、纯碱、方解石、碳酸钾和碳酸钡，混合均匀后熔化制得玻璃块或玻璃球；

(2)二次熔化：将步骤(1)中制得的玻璃块或玻璃球再次熔化成玻璃液；

(3)初次纤维化：将步骤(2)中的玻璃液通过漏板流出玻璃细流，将所述玻璃细流经快速冷却后拉丝、排丝得初级纤维；

(4)二次纤维化：利用气流牵引步骤(3)中获得的初级纤维，制得玻璃纤维棉；

(5)喷胶：将复合树脂均匀喷涂于步骤(4)中制得的玻璃纤维棉上；

(6)初次成型、干燥、卷取：通过负压风机将经步骤(5)处理后的玻璃纤维棉迁移至成型机上成型后经干燥，卷取后制得航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料。

优选的，步骤(4)中，所述气流的温度为900-1050℃，流速为30-35m/s。

优选的，步骤(5)中，采用上、下施胶的方式将复合树脂雾化后均匀喷涂于步骤(4)中制得的玻璃纤维棉上。

优选的，步骤(6)中，通过负压风机将经步骤(5)处理后的玻璃纤维棉迁移至成型机上成型的过程中采用三段负压抽吸定型，第一段负压抽吸定型时的风压为900-2500pa，第二段负压抽吸定型时的风压为2000-5000pa，第三段负压抽吸定型时的风压为4500-9000pa。

优选的，步骤(6)中，所述干燥的温度为150-230℃，干燥时间为4-8min。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料及其制备方法，通过选用直径为0.75-2.5μm的玻璃纤维棉，能够保证纤维棉更易成型，且分布均匀，若所使用的玻璃纤维棉直径太细，则成型较困难，部分棉会在抽负压时损失掉，且制成的材料密度较大，部分微孔会被棉堵住，从而影响隔热性能，每平方重量也会增加，不宜于航空领域方面的使用；若所使用的玻璃纤维棉直径较粗，则每平方重量也会增加，且孔径较大，孔隙率较小，不能现成较多的微孔，从而影响了隔音性能，而选择以直径为0.75-2.5μm的玻璃纤维棉为原料，则可以有效避免上述缺陷，保证最终制备的复合材料具有优异的隔音、隔热性能。另外，由于有机硅用量增加会破坏材料的耐高温性能，且生产成本会大大增加，本发明中将酚醛树脂、有机氟树脂和有机硅树脂按质量比3.5-4:0.1-0.15:0.2-0.3混合后形成复合树脂通过雾化的方式均匀喷涂于玻璃纤维棉上，能够在大大减少有机硅树脂用量的前提下适当加入有机氟树脂，不仅提高了最终制备的复合材料的隔音、隔热性能，同时还提高了该复合材料的耐高温性能。其中，有机氟树脂主要起防水、防油拒污功能，且能在纤维间形成和较薄的膜形微孔，即能提高隔音效果，且确保了较低的导热系数；有机硅树脂主要起防水、防潮功能，酚醛树脂主要赋予材料高强度、耐高温性能。最后，在制备过程中采用三段负压抽吸定型，并进一步限定了每段的的风压，其中第一段限定为900-2500pa，可以将大部份纤维进行收集成型；第二段限定为2000-5000pa，可以对重量较轻的局部进行二次抽吸进行补充成型，从而达到铺撒均匀的效果；第三段限定为4500-9000pa，可以对成型完毕的湿态玻璃纤维棉再次抽负压，使其表面平整，通过三段负压抽吸定型，可以使复合材料中玻璃纤维棉排布整齐均匀，纵、横分布差异较小，层次结构明显，孔隙细小，能有效减少辐射、对流和传导引发的声传导及热传递，拥有较好隔音、隔热效果，且其制备方法简单，成本低，适合扩大化生产。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明中航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料初次成型示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料，按质量百分数计，该复合材料包括如下组分：78％玻璃纤维棉，22％复合树脂，其中，复合树脂由酚醛树脂、有机氟树脂和有机硅树脂按质量比3.5:0.1:0.2组成

(1)原料准备：选取3.2份氧化锌、14.3份硼砂、50.8份石英砂、18.2份钾长石粉、6.6份纯碱、3份方解石、1.1份碳酸钾和2.8份碳酸钡，混合均匀后送入池窑在1350℃下熔化后制得玻璃块；

(2)二次熔化：将步骤(1)中制得的玻璃块在1050℃下再次熔化成玻璃液；

(3)初次纤维化：将步骤(2)中的玻璃液通过漏板流出玻璃细流，将该玻璃细流经快速冷却后拉丝、排丝得初级纤维；

(4)二次纤维化：采用温度为965℃，流速为31.5m/s的气流牵引步骤(3)中获得的初级纤维，制得直径为0.75-2.5μm的玻璃纤维棉，该玻璃纤维棉按质量百分比计，由以下组分组成：sio2：57.5％，al2o3：6.5％，cao：2％，mgo：1.5％，k2o：2.8％，na2o：10％，b2o3：10.7％，zno：4％，bao：5％；

(5)喷胶：采用上、下施胶的方式将复合树脂雾化后均匀喷涂于步骤(4)中制得的玻璃纤维棉上；

(6)初次成型、干燥、卷取：通过负压风机采用三段负压抽吸定型(如图1所示)将经步骤(5)处理后的玻璃纤维棉迁移至成型机上成型，其中，第一段负压抽吸定型时的风压为980pa，第二段负压抽吸定型时的风压为2500pa，第三段负压抽吸定型时的风压为4600pa；将成型后的复合材料输送至干燥机中于185℃下干燥8min，在复合材料进入干燥机的同时通过干燥机控制复合材料的厚度，最后通过卷取制得航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料。经测试，该复合材料厚度为21.3mm，密度为8.6kg/m³，重量为183.1g/m²。。

实施例2

航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料，按质量百分数计，该复合材料包括如下组分：85％玻璃纤维棉，15％复合树脂，其中，复合树脂由酚醛树脂、有机氟树脂和有机硅树脂按质量比3.7:0.12:0.23组成

(1)原料准备：选取8份硼砂、49.8份石英砂、4.6份钾长石粉、8.7份钠长石、16.3份纯碱、2.2份方解石、10份白云石，混合均匀后送入池窑在1420℃下熔化后制得玻璃球；

(2)二次熔化：将步骤(1)中制得的玻璃球在1100℃下再次熔化成玻璃液；

(3)初次纤维化：将步骤(2)中的玻璃液通过漏板流出玻璃细流，将该玻璃细流经快速冷却后拉丝、排丝得初级纤维；

(4)二次纤维化：采用温度为930℃，流速为32.5m/s的气流牵引步骤(3)中获得的初级纤维，制得直径为0.75-2.5μm的玻璃纤维棉，该玻璃纤维棉按质量百分比计，由以下组分组成：sio2：65％，al2o3：4.5％，cao：5.5％，mgo：2.8％，k2o：0.2％，na2o：16％，b2o3：6％，zno：0％，bao：0％；

(5)喷胶：采用上、下施胶的方式将复合树脂雾化后均匀喷涂于步骤(4)中制得的玻璃纤维棉上；

(6)初次成型、干燥、卷取：通过负压风机采用三段负压抽吸定型(如图1所示)将经步骤(5)处理后的玻璃纤维棉迁移至成型机上成型，其中，第一段负压抽吸定型时的风压为1100pa，第二段负压抽吸定型时的风压为2800pa，第三段负压抽吸定型时的风压为5100pa；将成型后的复合材料输送至干燥机中于200℃下干燥6min，在复合材料进入干燥机的同时通过干燥机控制复合材料的厚度，最后通过卷取制得航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料。经测试，该复合材料厚度为13.1mm，密度为6.48kg/m³，重量为85g/m²。

实施例3

航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料，按质量百分数计，该复合材料包括如下组分：90％玻璃纤维棉，10％复合树脂，其中，复合树脂由酚醛树脂、有机氟树脂和有机硅树脂按质量比4:0.15:0.3组成

(1)原料准备：选取3.2份氧化锌、13.5份硼砂、51.6份石英砂、18.2份钾长石粉、0份钠长石、6.5份纯碱、3份方解石、1.2份碳酸钾和2.8份碳酸钡，混合均匀后送入池窑在1280℃下熔化后制得玻璃块；

(2)二次熔化：将步骤(1)中制得的玻璃块在1050℃下再次熔化成玻璃液；

(3)初次纤维化：将步骤(2)中的玻璃液通过漏板流出玻璃细流，将该玻璃细流经快速冷却后拉丝、排丝得初级纤维；

(4)二次纤维化：采用温度为1020℃，流速为30.5m/s的气流牵引步骤(3)中获得的初级纤维，制得直径为0.75-2.5μm的玻璃纤维棉，该玻璃纤维棉按质量百分比计，由以下组分组成：sio2：67.6％，al2o3：3％，cao：7％，mgo：3.5％，k2o：1.5％，na2o：9.8％，b2o3：4.6％，zno：1％，bao：2％；

(5)喷胶：采用上、下施胶的方式将复合树脂雾化后均匀喷涂于步骤(4)中制得的玻璃纤维棉上；

(6)初次成型、干燥、卷取：通过负压风机采用三段负压抽吸定型(如图1所示)将经步骤(5)处理后的玻璃纤维棉迁移至成型机上成型，其中，第一段负压抽吸定型时的风压为2500pa，第二段负压抽吸定型时的风压为4500pa，第三段负压抽吸定型时的风压为8000pa；将成型后的复合材料输送至干燥机中于220℃下干燥4.5min，在复合材料进入干燥机的同时通过干燥机控制复合材料的厚度，最后通过卷取制得航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料。经测试，该复合材料厚度为11mm，密度为11.3kg/m³，重量为124.5g/m²。

将实施例1至实施例3中制备的航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料与同类及其它保温材料进行比较检测，结果见表1。

表1

由表1可知，本发明制得的航空专用隔音、隔热玻璃纤维复合材料的导热系数低，隔音效果好，耐高温性能优异，密度低且强度高，部份指标已具国外同行或更优化，可广泛用作飞机及其它航空器的隔音、隔热、保温材料，也可用于高档建筑保温材料。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。