具有双组分芯-鞘结构的表面修饰过的玻璃纤维制造技术

本发明专利技术涉及具有双组分芯‑鞘结构的表面修饰过的玻璃纤维，所述表面修饰过的玻璃纤维包含：由第一玻璃纤维材料制成的芯；以鞘样方式将所述芯完全包封的表面层；其中与所述芯相比，所述表面层具有更高的二氧化硅百分比和更高的孔隙率。

Surface modified glass fibers with two component core sheath structures

The present invention relates to a surface-modified glass fiber having a two-component core-sheath structure. The surface-modified glass fiber comprises a core made of a first glass fiber material, a surface layer completely encapsulated by the core in a sheath-like manner, wherein the surface layer has a higher percentage of silica than the core. Ratio and higher porosity.

【技术实现步骤摘要】
具有双组分芯-鞘结构的表面修饰过的玻璃纤维
本专利技术涉及具有双组分芯-鞘结构的表面修饰过的玻璃纤维以及用于生产这种类型的纤维的方法。
技术介绍
在隔音和隔热领域中已知有不同的纤维类型。下面解释一些实例。玻璃纤维玻璃纤维是具有无定形结构并且不具有分子取向的无机纤维。由于其结构，它们具有各向同性特性。由于硅和氧之间的共价键，它们具有高坚固性。根据其组成，玻璃纤维分为不同类型。提及几个，例如E-玻璃、R-玻璃、S-2-玻璃、C-玻璃、D-玻璃和AR-玻璃。这些玻璃类型各自由特殊的特征表征。E-玻璃纤维通常是最便宜的纤维类型并且也是最广泛的玻璃类型，其市场份额为约90％。每年的全球产量共计约5,000,000吨。玻璃纤维的拉伸强度为约3.4GPa，并且弹性模量，即e-模量共计约75GPa。硅酸盐纤维硅酸盐纤维是无定形纤维。它们主要由二氧化硅SiO2构成。它们通过两种不同工艺(溶胶-凝胶干法或浸出)来生产；所述溶胶-凝胶方法是其中纤维以凝胶细丝直接纺丝并干燥的干法纺丝(dry-spinning)工艺。所述凝胶主要通过有机硅烷(如TEOS)的聚合获得。硅酸盐纤维通过浸出方法从玻璃纤维前体获得。由于玻璃的其他氧化物的浸出，在所述工艺结束时，SiO2百分比将会从所述玻璃纤维前体的52％和70％增加至超过93％。它们在市场上以各种不同的特征提供。最实惠的纤维的价格低于10€/kg。硅酸盐纤维具有非常低的坚固性并且在高达最高1000℃的温度范围内使用。硅酸盐纤维具有比玻璃纤维更高的SiO2含量和无定形结构。它们由至少93％的SiO2构成并因此具有更高的高达1,050℃的热稳定性。与其他纤维如陶瓷纤维、玄武岩纤维、石英纤维、玻璃纤维和其他无机纤维相比，硅酸盐纤维具有更低的约0.35GPa的拉伸强度。陶瓷纤维陶瓷纤维是由多晶无机材料制成的纤维。它们的热稳定性高达1600℃。陶瓷纤维分为氧化型和非氧化型。氧化型纤维主要由氧化铝构成。SiO2或ZrO2用作添加剂。碳化硅是非氧化型纤维的基本材料。添加剂为氧、钛、锆和铝。氧化型纤维的e-模量在150GPa和370GPa之间，而非氧化型纤维的e-模量在180GPa和420GPa之间。氧化型纤维的拉伸强度在1.7和3.5GPa之间，而非氧化型纤维的拉伸强度在2.5GPa和4.0GPa之间。虽然陶瓷纤维在高达1600℃时是稳定的，但是它们非常昂贵。另外，当存在低的热和机械应力时，它们不在低于1000℃的温度下使用。此外，这些纤维应被认为对健康有害，并被列入将被纳入欧盟化学品法规REACH(法规：化学品的注册、评估、批准和限制)附件XIV(需要批准的物质)中的候选清单中。玄武岩纤维玄武岩纤维由玄武岩岩石的细纤维构成。玄武岩纤维由在约1400(+/-50)℃下的液体熔融玄武岩物质制成。它们的组分为SiO2、Al2O3、CaO、MgO和其他氧化物。玄武岩纤维具有良好的化学稳定性和在90-110GPa的模量下3.7GPa的拉伸强度。热稳定性为约700℃。这些纤维的价格处于2.5和4€/kg之间。石英纤维石英纤维由99.99％无定形SiO2构成。它们比硅酸盐纤维更耐热和耐酸。它们具有3.2-3.6GPa的拉伸强度和76-78GPa的e-模量。它们的价格(800€/kg)显著高于硅酸盐纤维的价格。永久温度稳定性为约1200℃。通常根据所需的温度稳定性来选择和/或生产纤维类型，其中对于高达600℃的温度通常选择e-玻璃纤维；除此之外，对于高达550℃的温度选择ECR玻璃纤维，且对于高达1000℃的温度选择硅酸盐纤维，超出此范围时，对于高达1600℃的温度选择陶瓷纤维。现有技术中的缺点然而，所提及的纤维类型具有多种缺点。所述缺点可以来自于所述纤维的一般环境特性、来自于加工环境或来自于经济方面。陶瓷纤维是晶体并因此不是可生物降解的，所以即使不完全致癌也可能对健康有害。硅酸盐纤维和/或石英纤维可以通过熔融纺丝(melt-spinning)来生产。在此方法中，每一根细丝都需要一根无瑕疵的超洁净SiO2棒，所述无瑕疵的超洁净SiO2棒没有任何气泡或晶体中心等。单个棒必须直接加热。出于这个原因，这个工艺是非常昂贵和复杂的。这些纤维仅用于天线罩和光学光传输。在硅酸盐纤维/溶胶凝胶的干法纺丝工艺中，使用有害的原硅酸四乙酯TEOS。另外，缩聚必须以受控的方式进行。由于所使用的化学品，该方法是复杂且非常昂贵的。价格明显高于10€/kg。获得的纤维具有普通的机械特性。来自于浸出程序的硅酸盐纤维是从玻璃纤维前体获得的。所述玻璃纤维在工艺开始时具有52％和70％之间的SiO2重量百分比，在工艺结束时其SiO2百分比高于93％。所述纤维丧失了其原始坚固性的大部分(从3.4GPa至约0.35GPa)，并且价格非常高(高于10€/kg)，与其特性成比例。专利技术目的鉴于上面讨论的现有技术中的问题，本专利技术的目的是提供一种纤维产品作为上述纤维的替选物，以及用于生产所述纤维产品的方法，所述纤维产品的热稳定性在700-1000℃之间是可调节的，同时具有比市场上可用的可比较的纤维产品更好的机械特性。在此背景下，应该能够实现更简单的制造工艺，并且应该将所描述的现有技术中的缺点减少至最小。此外，还应该显著降低这样的隔离产品的制造价格。
技术实现思路
本专利技术提供了一种表面修饰过的玻璃纤维，所述表面修饰过的玻璃纤维包含：由第一玻璃纤维材料制成的芯；以鞘样方式将所述芯完全包封的表面层；其中与所述芯相比，所述表面层具有更高的二氧化硅百分比和更高的孔隙率。在此背景下，所述芯的第一玻璃纤维材料包含E-玻璃、水玻璃或A-玻璃。所述芯可以具有约52％的二氧化硅百分比。所述表面层可以具有最高96％的二氧化硅百分比。因此，所述芯可以具有至少0.5μm的芯直径，并且所述表面层也可以具有至少0.5μm的厚度。本专利技术提供了一种用于生产表面修饰过的玻璃纤维结构的方法，其中所述玻璃纤维结构是前体纤维或由针刺的前体纤维制成的无纺纤维层，其中所述玻璃纤维结构由第一玻璃纤维材料制成，所述第一玻璃纤维材料包含E-玻璃、水玻璃或A-玻璃，所述方法包含以下步骤：通过在预定的环境温度和预定的酸浓度下用预定的酸溶液处理预定的时间，特别是浸入所述预定的酸溶液中来浸出所述玻璃纤维结构。清楚的是，所述表面修饰过的玻璃纤维结构是通过所述方法从未处理过的玻璃纤维结构(即，前体纤维或无纺纤维层)获得的。因此，所述前体纤维和/或由针刺的前体纤维制成的无纺纤维层各自是用于所述方法的原料成分(sourceelement)。用于所述方法的原料成分(即，所述前体纤维或由前体纤维制成的无纺纤维层/无纺纤维垫)大多作为所述方法的一部分被同等地处理，所以下面步骤的描述既适用于前体纤维也适用于已经被提前针刺成无纺纤维层的多个前体纤维。可商购的纤维例如广泛且经济有效的E-玻璃纤维可以用作前体纤维和/或多个前体纤维，但是也可以使用更罕见的水玻璃或A-玻璃纤维。作为所述方法的一部分，通过不完全浸出来修饰所述前体纤维的表面，即原料纤维的表面和/或所述无纺纤维层的前体纤维的表面。通过所述方法获得的表面修饰过的纤维的表面层(简单的说即表面)大部分由二氧化硅SiO2构成。然而，所述不完全浸出工艺将所述前体纤维的芯或内部区域保留为未本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.表面修饰过的玻璃纤维，其包含：由第一玻璃纤维材料制成的芯；以鞘样方式将所述芯完全包围的表面层；其中与所述芯相比，所述表面层具有更高的二氧化硅百分比和更高的孔隙率。

【技术特征摘要】
2017.02.16 EP 17156526.01.表面修饰过的玻璃纤维，其包含：由第一玻璃纤维材料制成的芯；以鞘样方式将所述芯完全包围的表面层；其中与所述芯相比，所述表面层具有更高的二氧化硅百分比和更高的孔隙率。2.根据权利要求1所述的表面修饰过的玻璃纤维，其中所述芯的第一玻璃纤维材料包含E-玻璃、水玻璃或A-玻璃。3.根据权利要求1或2所述的表面修饰过的玻璃纤维，其中所述芯具有至少52％的二氧化硅百分比。4.根据权利要求1-3任一项所述的表面修饰过的玻璃纤维，其中所述表面层具有最高96％的二氧化硅百分比。5.根据权利要求1-3任一项所述的表面修饰过的玻璃纤维，其中所述芯具有至少0.5μm的芯直径，并且其中所述表面层也具有至少0.5μm的厚度。6.无纺纤维复合结构，其包含：由根据权利要求1-5任一项所述的表面修饰过的玻璃纤维制成的第一无纺纤维层；由第二玻璃纤维材料制成的第二无纺纤维层；其中所述第二玻璃纤维材料在所述第一无纺纤维层上方成层；其中所述第二玻璃纤维材料包含E-玻璃、水玻璃或A-玻璃。7.根据权利要求6所述的无纺纤维复合结构，其还包含：第三无纺纤维层，其中所述第三无纺纤维层等同于所述第二无纺纤维层；其中所述第二无纺纤维层和第三无纺纤维层以三明治样方式包封所述第一无纺纤维层。8.用于生产表面修饰过的玻璃纤维结构的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·克诺尔，大卫·皮科，
申请(专利权)人：艾索莱特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE