1、玻璃棉是一種性能優(yōu)異的棉狀無機(jī)多孔材料，具有質(zhì)輕、絕熱吸音性能優(yōu)異、耐溫、A級(jí)不燃等特點(diǎn)，可廣泛用于交通運(yùn)輸、核電、冷藏、建筑、工業(yè)等行業(yè)的保溫絕熱領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)玻璃棉保溫材料纖維粗（6～8μm）、密度大（30～100kg/m3）、保溫隔熱性能差（0.037～0.05W/(m?K)），并且容易刺癢皮膚和引發(fā)人體呼吸道疾病，應(yīng)用大部分局限于建筑和工業(yè)保溫領(lǐng)域。不能滿足一些尖端行業(yè)領(lǐng)域（如飛機(jī)、艦船、潛艇等）對(duì)其輕質(zhì)、高隔熱性能、人體無害化

2、的要求。本文設(shè)計(jì)了人體可溶性Na2O-CaO-MgO-B2O3-Al2O3-SiO2多元系統(tǒng)玻璃成分，采用高速離心噴吹技術(shù)制備了平均直徑低至1.1μm的超細(xì)玻璃棉，研究了纖維直徑對(duì)玻璃棉材料保溫絕熱性能和熱-力學(xué)性能的影響，并分析了離心玻璃纖維形成過程，提出了超細(xì)玻璃棉保溫絕熱機(jī)理。同時(shí)針對(duì)歐洲European Commission ECB/TM/27標(biāo)準(zhǔn)，研究了Na2O-CaO-MgO-B2O3-Al2O3-SiO2多元系統(tǒng)玻璃棉對(duì)大

3、鼠的生物可溶性和不同直徑纖維對(duì)人體支氣管上皮細(xì)胞（BEAS-2B）活性的影響規(guī)律和影響機(jī)理。
　　本文采用旋轉(zhuǎn)高溫粘度儀測(cè)試不同成分的玻璃液在不同溫度下的粘度；采用梯度爐利用強(qiáng)制結(jié)晶法測(cè)試不同成分玻璃的析晶程度；采用X射線衍射儀（XRD）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）、掃描電鏡（SEM）和X射線三維顯微鏡觀察分析玻璃棉的組織結(jié)構(gòu)和形貌；采用導(dǎo)熱系數(shù)儀測(cè)試不同直徑玻璃棉的常溫和高溫導(dǎo)熱系數(shù)；采用單纖維電子強(qiáng)力儀和萬能試

4、驗(yàn)機(jī)測(cè)試?yán)w維單絲強(qiáng)度和棉氈強(qiáng)度；采用動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀測(cè)試玻璃塊和玻璃棉的內(nèi)耗；采用差熱-熱重（DSC-TG）和X射線光電子能譜（XPS）分析玻璃棉吸水老化影響；采用大鼠氣管滴注實(shí)驗(yàn)分析玻璃棉在大鼠肺中可溶性；采用細(xì)胞活性測(cè)試（MTS法）、熒光顯微鏡、流式細(xì)胞儀檢測(cè)分析細(xì)胞活性、凋亡和死亡率；采用DCFH-DA探針分析細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）水平；采用Western Blot測(cè)試分析玻璃棉致細(xì)胞凋亡機(jī)理。本文創(chuàng)新性的成果和結(jié)論如下：
　

5、?。?）系統(tǒng)開展了離心噴吹法制備超細(xì)玻璃棉的研究，設(shè)計(jì)了生物可溶性超細(xì)玻璃棉成分：SiO2：65.5％，Al2O3：1.5%，CaO：7%，MgO：3%；Na2O+K2O：18%；B2O3：5%。
　?。?）分析了離心玻璃纖維成形過程。玻璃液成纖主要經(jīng)歷三個(gè)階段：a.玻璃液在高速旋轉(zhuǎn)的離心盤中受到離心力作用透過離心盤側(cè)壁孔隙甩出形成一次纖維，在離心力（Fc）和重力（G）的合力（F1）作用下，直徑1mm～0.3mm的一次纖維呈一定角

6、度逐漸向下成形；b.一次纖維在F1作用下通過環(huán)形火口時(shí)，被高溫高速氣流（Fat）拉伸，沿合力（F2）方向以更大的角度轉(zhuǎn)折向下。同時(shí)，一次纖維表面被高溫氣流不斷加熱，粘度變低，同時(shí)不斷被高速氣流拉伸向下，并連續(xù)的變長(zhǎng)變細(xì)，形成二次纖維；c.二次纖維經(jīng)過垂直向下的高壓低溫氣幕（Fcold），在下落過程中高溫長(zhǎng)細(xì)纖維被再一次牽伸，由于氣流溫度急劇下降，二次纖維粘度很快增大，最后斷裂并硬化成玻璃棉。
　?。?）研究了纖維直徑和密度對(duì)玻璃棉

7、導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律，提出了超細(xì)玻璃棉保溫絕熱機(jī)理。玻璃纖維直徑越細(xì)，棉氈導(dǎo)熱系數(shù)越低，平均直徑1.1μm的棉氈導(dǎo)熱系數(shù)最低可以達(dá)到26mW/(m?K)（密度為40kg/m3）。纖維直徑相同的情況下，棉氈導(dǎo)熱系數(shù)隨著密度的增加，有先降低后平穩(wěn)，再升高的趨勢(shì)。細(xì)纖維棉內(nèi)部的氣孔單胞數(shù)量遠(yuǎn)多于粗纖維棉，孔徑遠(yuǎn)小于粗纖維棉，同時(shí)由于纖維數(shù)量增加，固體熱傳導(dǎo)路徑延長(zhǎng)，氣體熱對(duì)流效果得到有效降低。
　?。?）研究了纖維直徑對(duì)玻璃棉單絲纖維和棉

8、氈熱-力學(xué)性能的影響，以及含水率對(duì)玻璃棉熱學(xué)性能的影響。玻璃棉吸濕侵蝕是玻璃中的非橋氧產(chǎn)生弱酸鹽水解，結(jié)果脫堿（Na+），Na+的遷移又導(dǎo)致了玻璃中硅氧鍵與OH-反應(yīng)的水解循環(huán)過程。
　　（5）研究了Na2O-CaO-MgO-B2O3-Al2O3-SiO2多元系統(tǒng)玻璃棉生物可溶性和細(xì)胞毒性，分析了玻璃棉的生物可溶性機(jī)理，提出了不同直徑玻璃棉刺激誘導(dǎo)人體支氣管上皮細(xì)胞（BEAS-2B）細(xì)胞凋亡機(jī)理。纖維直徑和纖維濃度對(duì)細(xì)胞活性有細(xì)度