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  1.本发明涉及玻璃纤维技术领域，特别涉及一种玻璃纤维针刺毡及其制备方法。

  2.玻璃纤维针刺毡是以玻璃纤维为原料，用刺针对梳理后的短切玻纤毡进行针刺，用机械方法使毡层玻纤之间、毡层玻纤与增强玻纤基布之间纤维相互缠结，纤网得以加固而制成的毡状非织造布过滤材料。常见的玻璃纤维针刺毡有中硅氧玻璃纤维针刺毡和高硅氧玻璃纤维针刺毡。其中，高硅氧玻璃纤维是一种耐高温无机纤维材料，具有耐高温、透波、轻质等优异性能，已大范围的应用于航天飞行器高温隔热防护与透波、保温防护材料等领域。玻璃纤维针刺毡是采用高硅氧玻璃纤维短切纱经过特殊的工艺制备而成，大范围的应用于化工管道保温、节能降碳，汽车工业中的隔热、吸音、阻燃、烟气过滤、冶金建材高温过滤等领域。节能降碳日益要求严苛，作为一种环保节能的保温多功能材料，玻璃纤维针刺毡不含有机物，且高温环境使用不燃烧、不发烟，无污染，导热系数较低，在节能降碳领域发挥重要作用。

  3.中国专利cn03222687.x公开了采取了专用设备梳理、铺网，再针刺得到针刺毡，接着进行酸沥滤处理，得到玻璃纤维针刺毡。但该方法制备的玻璃纤维针刺毡在酸洗过程会出现松散，且氧化硅含量不均匀的现象，严重影响其质量。

  4.中国专利cn9.4公开了一种耐高温过滤毡制备方法，通过对玻璃纤维进行酸处理和热烧结工艺，先制备热烧结的高硅氧纤维，再通过梳理、成网和针刺工艺，将短切玻璃纤维束制备玻璃纤维针刺毡，经浸渍处理、固化定型后形成耐高温过滤毡。但是该制备工艺繁琐，效率低，且成本高。

  5.本发明实施例提供了一种玻璃纤维针刺毡及其制备方法，该制备方法不仅生产效率高，而且制备的玻璃纤维针刺毡的纤维损伤小、强度高且成品率高。

  6.第一方面，本发明提供了一种玻璃纤维针刺毡的制备方法，所述制备方法有如下步骤：

  8.将所述湿态基纤维切成短切纤维，经烘干后得到含水率为1～6wt％的短切纤维；

  9.将所述含水率为1～6wt％的短切纤维依次进行开松、梳理成网、针刺，得到针刺毡；

  10.将所述针刺毡置于托底材料上，并将所述针刺毡连同所述托底材料来烧结处理，得到所述玻璃纤维针刺毡。

  11.优选地，所述玻璃纤维包括无碱玻璃纤维、二元玻璃纤维、三元玻璃纤维中的至少一种。

  14.优选地，所述玻璃纤维为由原丝丝饼经切割、开松后的疏松原丝束；优选地，所述疏松原丝束的宽度为所述原丝丝饼的宽度的2～3倍。

  29.优选地，所述针刺毡与所述托底材料的长度之比为(1～1.2):1。

  30.第二方面，本发明还提供了采用上述第一方面提供的任一制备方法制备得到的玻璃纤维针刺毡。

  32.本发明通过将玻璃纤维进行酸沥滤，制备湿态基纤维，经短切和烘干后控制其水分含量为1～6wt％，再开松、梳理成网、针刺得到针刺毡，然后对该针刺毡进行烧结处理，制备得到玻璃纤维针刺毡。采用这种制备方法不仅梳理效率高、纤维损伤小、针刺毡强度高、成品率高，还避免了现存技术存在的制备繁琐、氧化硅含量波动大、梳理导致纤维损伤大、针刺毡强度低、成品率低等缺点。

  33.在本发明中，在烧结处理时采用将针刺毡置于托底材料上，并连同托底材料一起进行烧结处理，依靠托底材料使针刺毡高温烧结不受力，实现“静态”烧结，减少了因纤维热烧结收缩张力及布卷张力双作用产生的机械损伤，进而减少了针刺毡热烧结过程的强度损失，保留了针刺毡的力学性能。

  34.本发明制备可以按需设计制备中硅氧玻璃纤维针刺毡(氧化硅含量为85～92wt％)、高硅氧玻璃纤维针刺毡(氧化硅含量不低于96wt％)，且其表观质量良好，没有表面裂纹、凹陷的疵点现象。

  37.图3是本发明实施例1所提供的一种高硅氧玻璃纤维针刺毡产品的实物图。

  38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

  39.本发明实施例提供了一种玻璃纤维针刺毡的制备方法，如图1所示，制备方法有如下步骤：

  41.步骤(2)：将湿态基纤维切成短切纤维，经烘干后得到含水率为1～6wt％的短切纤维；

  42.步骤(3)：将含水率为1～6wt％的短切纤维依次进行开松、梳理成网、针刺，得到针刺毡；

  43.步骤(4)：将针刺毡置于托底材料上，并将针刺毡连同托底材料来烧结处理，得到玻璃纤维针刺毡。

  44.根据一些优选的实施方式，玻璃纤维包括无碱玻璃纤维、二元玻璃纤维、三元玻璃纤维中的至少一种。

  45.需要说明的是，至少一种即为任意一种或任意几种以任意比例混合的混合物。

  46.根据一些优选的实施方式，玻璃纤维的直径为4～11μm(例如，可以为4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、8μm、8.5μm、9μm、9.5μm、10μm、10.5μm或11μm)。

  47.在本发明中，经实验证实，若玻璃纤维的直径过小或过大，均不利于酸沥滤过程，因此本发明选择玻璃纤维的直径为4～11μm。

  48.根据一些更优选的实施方式，玻璃纤维的长度不超过11cm(例如，可以为11cm、10cm、8cm、7cm、6cm或5cm等)。

  49.根据一些优选的实施方式，玻璃纤维为由原丝丝饼经切割、开松后的疏松原丝束。

  50.需要说明的是，玻璃纤维均为原丝，即在拉制成型后经过集束器将纤维集束成的原丝，未经退并等工序的处理。

  51.根据一些更优选的实施方式，疏松原丝束的宽度为所述原丝丝饼的宽度的2～3倍(例如，可以为2倍、2.5倍或3倍)。

  52.具体地，本发明采用拉制成纤维直径为4～11μm的原丝丝饼，然后经切割得到长度不超过11cm的长玻璃纤维束，再按原丝丝饼宽度的2～3倍将长玻璃纤维束开松拉成疏松原丝束，使单丝丝束分散均匀进而有利于充分均匀地进行酸沥滤处理。需要说明的是，当玻璃纤维由无碱玻璃纤维、二元玻璃纤维和三元玻璃纤维组成时，可以将上述三种原丝丝饼开松成疏松原丝束时进行混合，然后共同进行酸沥滤、水洗。

  53.本发明直接采用原丝丝饼，将原丝丝饼切割、开松后网状原丝后用于酸沥滤，无需退并，直接省去这两个工序步骤，缩短制备周期，提高生产效率。

  54.根据一些优选的实施方式，湿态基纤维的氧化硅含量不低于85wt％(例如，可以为85wt％、88wt％、90wt％、92wt％、95wt％、96wt％、97wt％等)。

  55.根据一些优选的实施方式，湿态基纤维的氧化硅含量不低于92wt％(例如，可以为92wt％、93wt％、95wt％、96wt％、97wt％等)。

  56.根据一些更优选的实施方式，湿态基纤维的氧化硅含量不低于96wt％(例如，可以为96wt％、96.5wt％、97wt％、97.5wt％、98wt％等)。

  57.本发明制备可以按需设计制备中硅氧玻璃纤维针刺毡(氧化硅含量为85～92wt％)、高硅氧玻璃纤维针刺毡(氧化硅含量不低于96wt％)

  58.根据一些优选的实施方式，湿态基纤维的含水率为10～15wt％(例如，可以为10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％或15wt％)。

  59.需要说明的是，经酸沥滤、水洗后得到的湿态基纤维的含水率为10～15wt％，但若对该含水率的玻璃纤维进行梳理成网，则会严重影响梳理效率甚至成网质量，因此就需要进一步通过烘干控制其含水率。

  60.根据一些优选的实施方式，短切纤维的长度为50～130mm(例如，可以为50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、90mm、100mm、110mm、115mm、120mm、125mm或130mm)。

  61.根据一些更优选的实施方式，短切纤维的长度为80～110mm(例如，可以为80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、105mm或110mm)

  62.在本发明步骤(2)中，经实验证实，若短切纤维长度过短或过长均不利于梳理成网，会影响梳理效率。其次，若短切纤维长度过短，还会影响所制备的玻璃纤维针刺毡的强度；若短切纤维长度过长，还会破坏玻璃纤维针刺毡的外观和均匀度，甚至影响其过滤性能。

  64.烘干的温度为110～130℃(例如，可以为110℃、115℃、120℃、125℃或130℃)。

  65.本发明在步骤(2)中采用微波干燥烘干和热风循环烘干进行烘干，能进一步缩短烘干时间，实现短切纤维的快速烘干，并控制烘干后短切纤维的含水率为1～6wt％(例如，可以为1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％或6wt％)。

  66.根据一些更优选的实施方式，经烘干后得到含水率为2～4wt％(例如，2wt％、2.2wt％、2.5wt％、2.8wt％、3wt％、3.2wt％、3.5wt％、3.8wt％或4wt％)的短切纤维。

  67.需要说明的是，梳棉机主要由刺棍、锡林、工作辊和道夫构成，能够将短切纤维通过精分梳、剥离、成网，经过道夫和罗拉将纤维网剥离传输引入下道工序。在本发明中，经实验证实，含水率的控制是梳理成网的关键，当短切纤维的含水率大于6wt％时，短切纤维在刺棍处形成毛球且粘附在刺棍上，无法进一步扯松纤维，锡林也会粘附大量棉纤维，无法成网；而当短切纤维的含水率低于1wt％时，短切纤维表现出脆断现象，也会产生静电，导致纤维在罗拉上缠网，也无法进一步扯松纤维，导致没办法成网。更重要的是，发明人发现，当短切纤维的含水率控制在2～4wt％时，锡林的转速还能大大的提升至700～1000rpm，而现有制备工艺中锡林的转速为500～600rpm，如此不仅明显提高了梳理成网效率，而且梳棉成网的均匀性质量也更高。

  69.需要说明的是，本发明能够使用单梳棉机成网，但为了获得更均匀的成网质量，优选采用双梳棉机进行梳棉成网，然后双层铺网，进一步提升铺网的质量均匀性及可控性。

  71.在本发明中，就能够准确的通过针刺毡的厚度设计刺针的密度和深度，先预刺、再主刺，

  73.托底材料包括耐温温度为700～1000℃(例如，可以为700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃)的片材。

  74.根据一些更优选的实施方式，片材为高硅氧玻璃纤维布、高硅氧玻璃纤维网格布或耐高温陶瓷纤维布等。

  75.根据一些优选的实施方式，针刺毡与托底材料的长度之比为(1～1.2):1(例如，可以为1:1、1.05:1、1.1:1、1.15:1或1.2:1)。

  76.根据一些更优选的实施方式，托底材料的厚度可以为0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.7mm、1mm甚至更厚。

  77.在本发明中，为减少针刺毡烧结过程的强度损失，采用了卧式烧结炉，并在烧结处理时采用将针刺毡置于托底材料上，并连同托底材料一起进行烧结处理，依靠托底材料使针刺毡高温烧结不受力，实现“静态”烧结(相当于针刺毡与托底材料保持相对静止)，减少了因纤维热烧结收缩张力及布卷张力双作用产生的机械损伤，保留了针刺毡的力学性能。

  78.需要说明的是，由于托底材料会受牵引力作用被拉长，因此经实验证实选择针刺毡与托底材料的长度之比为(1～1.2):1，以确保在持续烧结过程中，针刺毡在前进过程中不受牵引张力，仍能位于托底材料上，保持“静态”烧结，避免了高硅氧毡热收缩状态及牵引张力对针刺毡的拉裂破坏作用。

  79.本发明还提供了一种玻璃纤维针刺毡，采用上述任一制备方法制备得到。

  80.本发明制备得到的玻璃纤维针刺毡表观质量良好，没有表面裂纹、凹陷的疵点现象，而且该制备工艺全流程生产效率高、纤维损伤小、针刺毡强度高、成品率高，避免了现存技术存在制备繁琐、氧化硅含量波动大、梳理纤维损伤大、针刺毡强度低、成品率低的缺点。

  81.为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面通过几个实施例对一种玻璃纤维针刺毡及其制备办法来进行详细说明。

  83.(1)制备纤维直径为4～11μm的无碱玻璃纤维的原丝丝饼，然后将原丝丝饼经切割得到长度为8cm的长玻璃纤维束，再按原丝丝饼宽度的2～3倍将长玻璃纤维束开松拉成疏松原丝束；将该疏松原丝束作为玻璃纤维；将该玻璃纤维进行酸沥滤、水洗，得到含水率为10～15wt％、氧化硅含量为98wt％的湿态基纤维；

  84.(2)将步骤(1)中的湿态基纤维切成长度为50～130mm的短切纤维，采用微波干燥烘干和热风循环烘干于110℃下烘干，得到含水率为2wt％的短切纤维；

  85.(3)将步骤(2)中含水率为2wt％的短切纤维依次进行开松，并采用双层铺网进行梳理成网，先预刺再主针刺两道工序针刺，得到针刺毡；其中，锡林的转速为1000rpm；

  86.(4)采用卧式烧结炉，将步骤(3)中的针刺毡置于托底材料(高硅氧玻璃纤维布)上，并按照针刺毡与托底材料的长度之比为1.1:1进行放卷，以将针刺毡连同托底材料一起于700℃下进行烧结处理，得到高硅氧玻璃纤维针刺毡。

  88.(1)制备纤维直径为4～11μm的镁铝硅系高强高弹玻璃纤维的原丝丝饼、无碱玻璃

  纤维的原丝丝饼，然后将每一个原丝丝饼分别经切割得到长度为8cm的长玻璃纤维束，再按原丝丝饼宽度的2～3倍将长玻璃纤维束开松拉成疏松原丝束；将镁铝硅系高强高弹玻璃纤维的疏松原丝束和无碱玻璃纤维的疏松原丝束按1:1的质量比作为玻璃纤维；将该玻璃纤维进行酸沥滤、水洗，得到含水率为10～15wt％、氧化硅含量为98wt％的湿态基纤维；

  89.(2)将步骤(1)中的湿态基纤维切成长度为50～130mm的短切纤维，采用微波干燥烘干和热风循环烘干于110℃下烘干，得到含水率为2wt％的短切纤维；

  90.(3)将步骤(2)中含水率为2wt％的短切纤维依次进行开松，并采用双层铺网进行梳理成网，先预刺再主针刺两道工序针刺，得到针刺毡；

  91.(4)采用卧式烧结炉，将步骤(3)中的针刺毡置于托底材料(高硅氧玻璃纤维布)上，并按照针刺毡与托底材料的长度之比为1.1:1进行放卷，以将针刺毡连同托底材料一起于700℃下进行烧结处理，得到高硅氧玻璃纤维针刺毡。

  94.步骤(2)中将步骤(1)中的湿态基纤维切成长度为80～110mm的短切纤维玻璃纤维针刺毡。

  97.在步骤(2)中，采用微波干燥烘干和热风循环烘干于130℃下烘干，得到含水率为4wt％的短切纤维。

  100.在步骤(2)中，采用微波干燥烘干和热风循环烘干于110℃下烘干，得到含水率为1wt％的短切纤维。

  103.在步骤(2)中，采用微波干燥烘干和热风循环烘干于110℃下烘干，得到含水率为6wt％的短切纤维。

  106.在步骤(1)中，经酸沥滤、水洗，得到含水率为10～15wt％、氧化硅含量为88wt％的湿态基纤维，最终制备得到中硅氧玻璃纤维针刺毡。

  112.采用卧式烧结炉，直接将步骤(3)中的针刺毡于700℃下进行烧结处理，得到高硅氧玻璃纤维针刺毡。

  115.在步骤(2)中，采用微波干燥烘干和热风循环烘干于110℃下烘干，得到含水率为10wt％的短切纤维。

  118.具体地，制备纤维直径为4～11μm的无碱玻璃纤维的原丝丝饼，然后将原丝丝饼进行退并、酸沥滤、水洗、烧结、短切、梳理成网、针刺，得到氧化硅含量为98wt％的高硅氧玻璃纤维针刺毡；其中，梳理成网过程中锡林的转速为500rpm。

  120.对比例4与对比例3基本相同，其不同之处在于：梳理成网过程中锡林的转速为1000rpm。

  121.将实施例1至8以及对比例1至4所制备的玻璃纤维针刺毡作为试样进行力学性能测试，并测试采用上述实施例及对比例的方法所制备的玻璃纤维针刺毡的成品率，其中抗拉强度即成品率如表1所示。具体地，抗拉强度测试方法：按国标gb/t 7689.5确定的ⅱ型试样进行拉伸断裂强力的测试。

  123.实施例抗拉强度(n)成品率(％)110590.0211089.1310689.54105.590.2510489.6610590.07103.589.889989.3对比例13555.1对比例23135.0对比例37585.2对比例46380.6

  124.需要说明的是，由于对比例2中短切纤维的含水率高于6wt％，当短切纤维在刺棍处形成毛球且粘附在刺棍上，无法进一步扯松纤维，锡林也会粘附大量棉纤维，无法成网；而在对比例4中由于锡林转速过大，会导致锡林粘附大量棉纤维，难以成网，成品率低。

  125.由图2和图3可知，本发明制备得到的玻璃纤维针刺毡表观质量良好，没有表面裂纹、凹陷的疵点现象。由表1可知，采用本发明的制备方法制备玻璃纤维针刺毡，明显提高了玻璃纤维针刺毡的成品率，且制备工序步骤简单，适用于大规模批量化生产。同时，与现有制备工艺相比，所制备的玻璃纤维针刺毡的纤维损伤小、玻璃纤维针刺毡强度更高。

  126.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案做修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；

  而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。