玻璃纤维的生产工艺及流程.pdf

玻璃纤维生产工艺流程及产品根底学问 第一章 概论 20 世纪 30 年月未自 E 玻璃纤维问世并且消灭环氧树脂和不饱和聚酯以来迎来了了无机材料相结合而成的、具有型功能的复合材料时代为玻璃纤维电气层压材料和玻璃纤维增加塑料 FRP 的进展奠定了根底。时至今日玻璃纤维生产已进展成为一门独立的工业体系成为现代非金属材料家族中具有独特功能的材料它们属微米级玻璃态纤维又借鉴了传统的纺织技术制造出独特的后加工体系制造出玻璃纤维材质的制品在机械、电气、光学、耐腐蚀、绝热及吸声等方面发挥出独特的性能应用领域很快普及电子、电器、交 通、建筑、航空、航天、环保和 工等国民经济的各个部门。上世纪五十年月未玻璃纤维池窑拉丝工艺获得了成功标志着玻璃纤维制造技术上的一次飞跃。池窑拉丝工艺具有生产温度制度合理节约能源消耗生产工艺稳定产品产量、质量提高等优点在池窑拉丝工艺线上很快就实现了大规模化生产。并且很快实施了最先进的全自动把握技术劳动生产率大幅度提高。因此池窑拉丝工艺已成为当今国际上通用的主流技术。目前全世界已经有 95 以上的玻璃纤维都是承受池窑拉丝法进展生产的。其次章 无碱玻璃纤维生产原理及工艺流程 一、无碱玻璃概念 无碱玻璃系指成分中碱金属含量小于 0.8 的铝硼硅酸盐玻璃。国际上通常叫做“E”玻璃。最初是为电气应用研制的但今日 E 玻璃的应用范围已远远超出了电气用途成为一种通用配方。国际上玻璃纤维有 90 以上用的是 E 玻璃成份。E 玻璃成份的根底是SiO2、Ai2O3、CaO 三元系统其组成为 SiO2、62、Ai2O3、14.7、CaO 22.3 在此根底上添加 B2O3 代替 SiO2 添加 MgO 代替局部 CaO 形成现在通用的 E 玻璃成份。各国生产的 E 玻璃大体相仿仅在不大的范围内稍有不同。变动范围大致如下 SiO2 55-57 CaO 12-25 Ai2O3 10-17 MgO 0-8 玻璃中各氧化物的变动会转变玻璃的性能。二、无碱玻璃纤维原料 1、主要原料 石英石引入二氧化硅 SiO2 叶腊石引入氧化铝 Ai2O3 石灰石引入氧化钙 CaO 纯碱 引入氧化钠 Na2O 2、关心原料 澄清剂 硫酸盐 卤化物 复合澄清剂 3、无碱玻璃池窑用原料的质量要求 品 种外 观 化 学 成 份 粒 度 叶腊石 白色细粉不含任何结块和杂质 Ai2O320-25 土5R2O0.6Fe2O30.3 土 0.1TiO20.8SO30.6 水分 0.5 200 目全通过 325 目筛 1 高岭土 接近白色的细粉不含任何团块和杂质 SiO246.0 土 0.6Ai2O338.0 土 0.5 Fe2O30.5R2O0.5 TiO20.1.5C0.05 水分 0.5 200 目全通过 325 目筛余 1 石英沙 白色细粉不含结块和杂质 SiO298Ai2O30.5R2O0.2 水分 0.5 200 目全通过 325 目筛余 1 硼钙石 白色粉状无结块和杂质 B2O3 42 土 0.5CaO 29 土1Fe2O30.3SAS 微量水分 1.0 30 目全通过 50 目筛余 1200 目筛余 30 硼镁石 白色粉状无结块和杂质 B2O332 土 1MgO17 土 1 Fe2O30.1R2O0.2 水分 1.0 30 目全通过 50 目筛余 1200 目筛余 30 硼酸 H2BO399.5R2O0.1Fe2O3 0.1 20 目筛余 1200 目筛余 90 萤石 浅黄浅灰色粉状无结块和杂质 CaO85SiO25 Fe2O30.2 水分 1.0 50 目全通过 200 目筛余 30 芒硝 白色细粉不含任何团块和杂质 Na2SO498 水分 1.0 化工产品 硝酸钠 白色细粉不含团块和杂质 NaNO398 水分1.0 30 目筛余1100 目筛余 30 4、原料的质量治理 1 建立原料质量技术标准 在供销合同上注明原料的质量要求统一双方的检测方法和质量仲裁单位。2 建立原矿加工前的质量 检测包括化学分析矿相分析避开有害矿物杂质的混入粒度、水分的分析碳、有机特的污染防止必要时测定原料的化学氧需要值即 COD 值把握它的波动范围。原料矿石加工确定要有批量每批至少 500T 以上才能保证其质量的稳定性。块矿进厂要分 堆码放每堆矿石插上标牌标明品名、产地、批量、进货日期等等。堆场必需是水泥混凝土地防止泥土等其它杂质混入。5、原料的均化 1 原料均化的必要性 玻璃纤维生产过程中要获得优质稳定的玻璃液时首先要对其原料的质量稳定性、原料化学成分的均匀性提出更高的要求。自然矿物原料的氧化物含量不行能很纯波动也很大而且常常带些有害杂质。如 E 玻璃所需的叶腊石同一产地、不同坑口、不同批次的AI2O3 含量变化很大不同产地矿石的矿相构造和成分波动更大此外粉料的粒度在进仓时不行避开地会发生确定程度的粒度分层假设料仓内流淌形式属于明显的“漏斗流”料仓则会使原料的粒度波动加大粒度与成分的关系亲热所造成的成分波动也大因此有必要在加工时进展均化。2 原料粉体的均化 粉体的均化可由多种形式来进展常用的方法有三种 机械均化 重力均化 气力均化 原料粉体需要把握以下几个要素 均匀度化学成份 含水率 三、协作料制备 协作料首先需要解决的问题是各种原料的配比也就是料方设计。1、玻璃协作料的料方设计依据 1 玻璃纤维制品要求的根本性能 2 玻璃熔制性能 2、关心原料含量确实定 以 100Kg 玻璃为基准分别计算各关心原料在其中的重量百分比含量。3、协作料的计算方法协作料的计算是以玻璃的重量百分数和原料的化学成分为根底计算出熔化 100Kg 玻璃所需各种原料的用量然后算出每副协作料一般为 8001000Kg 中各种原料的用量。计算方法一般是算术渐进法和联立方程法通常可以用二者相结合的方法计算。4、协作料的制备 1 配料工艺流程 E 玻璃粉料特点是枯燥的微粉流淌性好在配制上要求全密封运行防止粉尘飞扬。物料输送承受气力系统称量承受电子称混合多数承受气力混合输送设备。物料的输送、称量、混合、直至发送到窑头仓可连续、自动完成。配料生产工艺线主要由上料、称量和混合、输送三局部组成。2 主要配料主设备 气力发送罐单仓泵 螺旋给料机 气力混合罐 双向安排器 电子 称。5、协作料的质量检测内容 1 协作料均匀性能检测 2 协作料中 COD 值把握6、协作料把握系统简介 协作料把握系统由 PLC 可编程把握器加 PC 个人电脑上位 机或触摸屏再配以相应的继电器组成。PLC 把握系统主要功能 1 数据存贮 5 快速供料预置 9 公差检查 2 零点误差核对 6 慢速供料预置 10 成分误差检查 3 自动去皮 7 自动快加料预置调整 11 自动周密送料 四、纤维玻璃的熔制 1、纤维玻璃熔 制的工艺原理 所谓玻璃的熔制过程是指协作料在高温下经过硅酸盐反响、熔融再转化成均质玻璃液的过程。所谓熔融是指协作料反响后固相相融的过程澄清是指从熔融的玻璃中排解气泡的过程而均化是指把线道、条纹以及节瘤等缺陷削减到容许程度的过程也是把玻璃的化学成分均化的过程。这些过程是分阶段穿插进展的。2、熔制设备 1 熔窑 2 附属设备 投料机 鼓泡器 燃烧系统由熔窑燃烧系统和通路燃烧系统两局部组成 金属换热器。注鼓泡器的工作原理为了强化玻璃液的均化效果和澄清效果承受池底鼓泡是格外有效的方法。它是将净化的压缩空气从窑底鼓泡管鼓入玻璃液中使它在熔窑深层的玻璃液中产生确定压力的气泡并快速上升到玻璃液的外表而裂开。在上升过程中吸取了玻璃液中的小氯泡使其本身快速长大并搅动四周的玻璃液强制其均化和促进了澄清。所谓鼓泡器就是在熔化池热点四周设置一排鼓泡点鼓出的气泡将沿着熔窑的宽度方向上升形成一排“幕帘”将深化池分成两个单独的循环区域这一排鼓泡设在玻璃液热点四周将推动两股环流向前后两个方向运动前面的环流有着阻挡玻璃液回流的作用后边的环流迫使协作料较长时间滞留在熔化区域中进展充分熔化而不会越出鼓泡区即不会跑料。金属换热器的 作用一般水平烟道进口的烟气温度在 1500以下经水平烟道和垂直烟道的冷却后也仍可能达 13001400左右。通过金属换热器回收余热可使助燃空气温度预热到700850。相当于增加 3040 的热能利用率提高了燃料的理论燃烧温度增加了火焰国辐射强度对提高单元窑熔化力气也有好处所以其综合节能效果还要大。3、E 玻璃熔窑选用的主要耐火材料 1 致密氧化铬砖 2 致密氧化锆砖 3 标准锆砖 4 烧结莫来石砖 5 电熔铬刚玉砖 6 电熔锆刚玉砖 五、玻璃纤维的成型 池窑拉丝承受微粉 原料制成协作料经窑头料仓、螺旋投料机送入单元熔窑。熔化好的玻璃液自单元窑熔化部流出后即进入主通路或称澄清均化或调整通路进展进一步澄清均化和温度调理然后进入过渡通路或称安排通路和作业通路或称成型通路再经流液槽进入铂铑合金漏板。漏板底部一般密布 8004000 只漏嘴。池窑拉丝生产线通常分上下两层作业上层为漏板拉丝操作区底层为拉机卷绕操作区。1、铂合金漏板 漏板是玻璃纤维生产中主要装置之一外形为一个槽形容器。在拉过程中熔融玻璃流入漏板由它将其调制到适合温度然后通过底板上的漏嘴流出并在出口处被高速旋转的拉丝机拉伸为连续玻璃纤维。在以上过程中漏板自身通过电流发热调制玻璃液的温度并维持足够均匀的温度分布以满足拉丝工艺需求。漏板的组成 底板其上有所需数目的漏嘴 侧壁 堵头接线端子也称为 电极 滤网 法兰等。漏板材料的要求漏板的使用工作温度为 1200左右工作环境处于高温氧化和玻璃液浸蚀的状态正常的拉丝作业又需要漏板尽可能长期保持良好的尺寸稳定性和导电性此外材料的选择不觉 受到其机加工性能经济性等因素的制约因此漏板材料大体上应具备如下要求 较高的熔点高温强度和较好的抗变形力气 良好的高温抗菌素氧化性和化学稳定性 良好的延展性和可焊性易于加工成型 抗玻璃液浸蚀力气强 可以循环使用且使用和回收损耗低 适宜拉丝的热电性能。2、玻璃纤维的成型原理 高温粘性的玻璃液呈滴状从漏嘴流出后被下面的拉丝机以确定的恒定速度牵伸并固化成确定直径的连续玻璃纤维。在漏嘴出口下部由于玻璃液的外表张力和牵伸力的平衡形成一个外形如月形的直径渐渐变细的局部叫做丝根。由漏嘴出口直到最终直径不变的纤维这段距离叫纤维成型线。包含这段纤维线的区间叫纤维成型区。在漏嘴出口到拉丝机上纤维卷取点的距离叫拉丝作业线这段距离视工艺要求可以人为地规定得长些或短些。纤维成形过程中纤维成形总是比拉丝作业线短得多。丝根和纤维成型线是否稳定是拉丝机能否得到直径均匀的优质纤维和降低断头的关键。与此有关的工艺参数主要有液面高度、漏板温度、拉丝速度、玻璃液性质、冷却条 件、牵伸比及气流把握等 8、池窑拉丝成形工艺 1 池窑漏板的安装与升温 具体步骤如下 漏板浇注模具及材料预备 浇注漏板托砖 漏板安装 漏板升温。2 成型工艺装置 包括 漏板 丝根冷却器 喷水雾器 单丝涂油器 分束器 集束器 慢拉辊 气流集中板 拉丝机。3 成形工艺位置线 所谓成形工艺 位置线就是指漏板、涂油器、集束器和拉丝机的排线轮与机头之间的布局位置关 系。这种布局可以是单层布置也可以是双层布置我公司目前实行的是双层布置。4 纤维成形区的气流把握 纤维成形区从工艺角度上看也可以视为整个单根纤维丝所构成的扇面区域这个区域中气状态既不简洁直观看到也不易为人们所重视。实际上气流状态的好坏对于稳定拉丝作业和得到优质产品的重要性丝毫不亚于以上所述的硬件漏板、温度把握系统、涂油器、集束器以及拉丝机等质量的好坏。气流状态首先影响玻璃从液态丝根被牵伸为纤维时的冷却过程。气流不稳定轻则造成纤维直 径粗细不匀重则造成断头。另外纤维以很高速度在运动四周气体介质必定要对它有摩擦力以附加在纤维上的张力形式消灭。明显为抑制气体磨擦力而造成的纤维张力大小是直接和气流的状态有关系的。试验证明因气流状态不抱负造成的张力值能占纤维上总张力的 40 左右这是一个不小的数值不行无视。3、拉丝机 拉丝机是生产连续玻璃纤维的主要设备它的主要功能是将漏板漏嘴流出的玻璃液拉伸成确定细度的玻璃纤维并以某种排线方式交其规章地卷绕成为特定要求的原丝筒以供下道工序使用。拉丝机的种类从广义上可归纳为两类即硬筒机头拉丝机和软筒拉丝机。6 玻璃纤维成型过程的影响因素 1 漏板温度 2 拉丝速度 3 玻璃液面高度 4 漏嘴孔径及长度 4、DCS 把握系统在熔制与拉丝过程中的应用 DCS 把握系统是完成从投料到拉丝漏板这一核心生产段的连续过程的把握系统。DCS 系统具有连续把握、批量把握与挨次把握的功能其中以连续把握见长。DCS 把握系统具体功能主要有 1 自动把握 2 数据采集 3 报警 六、玻璃纤维浸润剂 1、浸润剂概论 在玻璃纤维拉 丝过程中需要在玻璃纤维外表涂覆一种以有机物乳状液或溶液为主体的多相构造的专用外表处理剂。这种涂覆物既能有效地润滑玻璃纤维外表又能将数百根乃至数千根玻纤单丝集成一束还能转变玻璃纤维的外表状态这样不仅满足了玻纤原丝后道工序加工性能的要求而且在复合材料中还能促进玻璃纤维与被增加的高分子聚合物的结合。对这些有机涂覆物统称为玻璃纤维浸润剂简称拉丝浸润剂。浸润剂能有效地转变玻璃纤维某些缺陷和外表性质使玻璃纤维及其制品得到更广泛应用。对各种不同的玻璃纤维增加材料的成型工艺同样必需有专用的浸润剂与之配套赐予玻纤制品无捻粗纱、毡或织物各种加工工艺及玻璃纤维增加树脂 FRP、增加水泥 GRC、增加 橡胶等制品所必需的技术性能如穿透性、硬挺性、切割性、分散性、成带性、短切纱的流淌性等等。可以说浸润剂技术的进展是玻璃纤维工业及 FRP 工业进展的先 决条件之一。2、浸润剂的作用 在玻璃纤维生产和应用中浸润剂的作用可概括为以下几个方面 1 润滑保护作用 2 粘结集束作用 3 防止玻璃纤维外表静电电荷的积存 4 为玻璃纤维供给进一步加工和应用所需要的特性 5 使玻璃纤维获得与基材有良好的相容性及界面化学结合或化学吸附性能。3、浸润剂的分类 1 增加型浸润剂 2 纺织型浸润剂 3 增加纺织型浸润剂 4、浸润剂的组分 浸润剂是多种有机物和 无机物混合而成的体系从外观看可以是深液、乳状液、触变型胶体或膏体。因其作用和性能多样其组分相当简洁。其配方包含的主要组分和关心组分如下 1 主要组分为偶联剂成膜剂 润滑剂抗静电剂。2 关心组分为 润湿剂 pH 值调整剂 增塑剂 交联剂 防腐剂或杀菌剂 消泡剂 颜料。七、玻璃纤维的原丝烘干 1、原丝烘干的目的 玻璃纤维在拉制成型后经过集束器将纤维集束成原丝再经过排线器将原丝卷绕在拉丝机的机头上从机头上卸下的半成品称谓原丝丝 饼。可通过生产工序将其制作各类玻纤制品。为了减轻纤维与集束器和排线器等的接触磨擦并保护纤维的原形以及赐予纤维某些特别性能在拉制成型过程中必需对纤维外外表通过涂油辊或槽轮涂覆浸润剂。这种浸润剂可分淀粉型和增加型两大类前者用于纺织纱后者用于增加型制品。它们通常都是水乳液。该液除了润滑、粘结等主要组格外其余 80 以上是水。一般一个原丝饼所含的水分大约是其总重量的 814。这些水分对后道加工工序和制品有不利影响因此必需除掉。对非增加型一般玻纤原丝原丝含水量允许大一点而且原丝从拉丝、退并、整经、织造等多种工序经过的时间较长所以只需要通过自然枯燥就可满足生产工艺和制品的要求具体的作法 是将原丝挂在小车上放在常温室内 12 天让其自然枯燥。原丝也可以在退并时用热风 3040吹烘。对增加型玻纤原丝含水量必需把握在确定的范围一般含水率在 0.1 左右有的达 0.07 以下我公司软质纱把握在 0.1 硬质纱把握在 0.2 之内。用自 然枯燥难以实现上述要求这就必需承受专用的烘干设备赐予人工枯燥。增加型玻纤原丝的烘干目的主要有两个 去除原丝丝饼内的水分使其含水率到达规定的指标 浸润剂中的粘结剂经过加热熔融后转为聚合、交联、成膜使原丝性能得到改善。2、原丝烘干过程 玻纤原丝线在烘干炉内的烘干过程大致可分两个阶段 1 预热 预热温度设定为 105120预热时间 1.53h。2 烘干 烘干温度、时间由各类增加性玻纤原丝和其相应的浸润剂要求而定。烘干温度在 120235范围烘干时间在 818h。3、影响玻璃纤维原丝烘干的因素 1 温度 2 风量 3 相对湿度 4 原丝丝饼厚度及其排列 5 浸润剂 6 原丝 Tex7 烘干方式 4、烘干炉种类 1 间歇炉 2 蒸汽隧道炉3 微波隧道炉 5、烘干炉的组成 1 热源局部 2 炉体构造 3 热风循环系统 4 温度把握系统 5 排气系统 6 大型隧道式烘干炉还有传动装置。七、玻璃纤维生产工艺流程 图 成 第三章 玻璃纤维制品根本学问 一、玻璃纤维纺织制品概述 1、分类 玻璃纤维纺织制品的国际标准名称为 Textile Glass。标准定义是“以连续玻璃纤维或定长玻璃纤维为基材制成的纺织制品的通称”。玻璃纤维制品总体分为无纺制品和纺织制品两大类。我公司目前生产的玻纤制品总体属于无纺制品类 按产品形态划分可分为纱线和织物两大类别。原料 加工 加工 工 协作料制备 熔制 成型 烘干 浸润剂 在线 短切 直接线包装入库 系列毡制品加工 方格布织造 合股纱络制离线短切加工 包装入库 包装入库 附注国际标准定义“纱线是由连续纤维和定长纤维所所制成的有捻或无捻的各种构造纺织材料的通称”无捻构造包括复丝、原 丝、毛条、粗纱、无捻粗纱和定长毛纱。有捻构造包括单股纱、合股纱、多股络纱和花式线。”我国惯于认同的玻璃纤维纺织制品概念是承受玻璃纤维为原料通过纺纱包括捻线和络纱或纺纱织造加工制成的各种玻璃成分、不同形态构造、不同工艺和平共处应用性能的众多产品的通称。二、直接纱 直接纱又称直接无捻粗纱定义为平行单丝不加捻并合而成的集束体国际标准名称为 direct roving。直接无捻粗纱的原丝生产过程相对简洁成品做成的玻璃钢制品强度较高可以直接应用于缠绕和拉挤工艺也可直接用来织布即无捻粗纱编织物国际标准名称为 woven roving 俗称方格布因此用途格外广泛是我公司的主要的产品约占公司总制品量的 1/3 强。目前池窑拉丝均用大漏板拉制高 TEX 的直接纱纤维直径大漏板分布集中生产过程稳定产质量简洁保证多数用于出口。一、直接纱工艺流程自拉丝工艺起 二、生产主要把握要点 1、严格依据浸润剂配制表进展配制并每天对配制原料固含量、PH 值进展检测并每天抽检配制过的原料。2、拉丝工艺位置定期标定操作人员严格执行操作规程。3、把握湿纱的外观质量、线密度并乐观调整品种的可燃物含量。4、严格执行烘干制度把握湿纱滞留时间在 4h 之内确保成膜质量。5、干态原丝进展 MOI、LOI、线密度等的检测每天每班进展抽检保证的分检顺当的进展。三、原丝生产主要工艺特点 1、漏板主要承受 2023H、4000H 拉制。2、直接纱散热量 大、拉丝速度慢在原丝喷雾器多使用锥型喷雾即保证了直接纱穿透性又起到很好的雾化冷却效果。拉 丝 原 丝 烘 干 织布 检验 包装 入 库 络 纱 检验 包装 入库 检验 入库 包装 3、涂油器均使用长度在 390mm100mm 甚至更短浸润