玻璃纤维的生产工艺及流程

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1、玻璃纤维的生产工艺及流程玻璃纤维生产工艺流程及产品基础知识第一章概论 20世纪 30年 代未自 E 玻璃纤维问世并且出现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、具有新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强塑料 FRP 的发展奠定了基础。时至今日玻 璃纤维生产已发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 技术创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 快遍及电子、电器、交通、建筑、航空、航天、环保和国防军工等国 民经济

2、的各个部门。上世纪五十年代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 温度制度合理节省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 先进的全自动控制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 维都是采用池窑拉丝法进行生产的。第二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 的但今天 E 玻璃的应用范围已远远超出了

3、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玻璃成份的基础是SiO2、Ai2O3、CaO 三元系统其组成为 Si02、62、Ai2O3、 14.7、CaO 22.3在此基础上添加B2O3代替SiO2添加MgO代替部 分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改变玻璃的性能。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

4、、辅助 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 5R200.6Fe2030.3 土 0.1Ti02s0.8S030.6 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 0.5Fe2O30.5R2O0.5 TiO298Ai2O30.5R2O0.2 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

5、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 Fe2O30.1R2O85SiO25 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、原料的质量管理 1建立原料质量技术规范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 析矿相分析避免有害矿物杂质的混入粒度、水分的分析碳、有机特的 污染

6、防止必要时测定原料的化学氧需要值即COD值控制它的波动范围。 原料矿石加工一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。 堆场必须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。 天然矿物原料的氧化物含量不可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结构和成分波动更大此外粉 料的粒度在

7、进仓时不可避免地会发生一定程度的粒度分层如果料仓内 流动形式属于明显的“漏斗流”料仓则会使原料的粒度波动加大粒度 与成分的关系密切所造成的成分波动也大因此有必要在加工时进行均 化。 2 原料粉体的均化粉体的均化可由多种形式来进行常用的方法有 三种 机械均化 重力均化 气力均化原料粉体需要控制以下几个要 素均匀度化学成份 含水率三、配合料制备配合料首先需要解决 的问题是各种原料的配比也就是料方设计。 1、玻璃配合料的料方设 计依据 1 玻璃纤维制品要求的基本性能 2 玻璃熔制性能 2、辅助原料 含量的确定以 100Kg 玻璃为基准分别计算各辅助原料在其中的重量百 分比含量。 3、配合料的计算方法

8、配合料的计算是以玻璃的重量百分 数和原料的化学成分为基础计算出熔化 100Kg 玻璃所需各种原料的用 量然后算出每副配合料一般为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、配合料的制备1配料工艺流程E玻璃粉料特点是干燥的微粉流动性 好在配制上要求全密封运行防止粉尘飞扬。物料输送采用气力系统称 量采用电子称混合多数采用气力混合输送设备。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、输送三部分组成。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 双向分配器 电子称。

9、5、 配合料的质量检测内容1配合料均匀性能检测2配合料中COD值控制 6、配合料控制系统简介配合料控制系统由PLC可编程控制器加PC个 人电脑上位机或触摸屏再配以相应的继电器组成。 PLC 控制系统主要 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自动快加料预置调节 11自动精 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 熔制过程是指配合料在高温下经过硅酸盐反应、熔融再转化成均质玻 璃液的过程。所谓熔融是指配合料反应后固相相融的过程澄清是指从 熔融的玻璃中排除气泡的过程而均化是指把线道、条纹以及节瘤等缺 陷

10、减少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 程是分阶段交叉进行的。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部分组成 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采用池底鼓泡是十分 有效的办法。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一定压力的气泡并迅速上升到玻璃液的表 面而破裂。在上升过程中吸收了玻璃液中的小氯泡使其本身迅速长大 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 化池热点附近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

11、单独的循环区域这一排鼓泡设在 玻璃液热点附近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配合料较长时间滞留在熔化区 域中进行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弋以下经水平烟道和垂 直烟道的冷却后也仍可能达13001400弋左右。通过金属换热器回收余热可使助 燃空气温度预热到700850弋。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强了火焰国辐射强度对提高单元窑熔化能力也 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

12、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采用微粉原料 制成配合料经窑头料仓、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节通路进行进 一步澄清均化和温度调理然后进入过渡通路或称分配通路和作业通路 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 产中主要装置之一形状为一个槽形容器。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

13、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弋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能 力 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 抗玻璃液浸蚀能力强 可以循环使用且使用和回收损 耗

14、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一定的恒定速度牵伸并固 化成一定直径的连续玻璃纤维。在漏嘴出口下部由于玻璃液的表面张 力和牵伸力的平衡形成一个形状如新月形的直径渐渐变细的部分叫做 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

15、、漏板温度、拉丝速 度、玻璃液性质、冷却条件、牵伸比及气流控制等 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准 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 气流扩散板 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采取的 是双层布置。 4 纤维成形区的气流控制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容 易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 度控制系统、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周围气体 介质必然要对它有摩擦力以附加在纤维上的张力形式出现。显然为克 服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。 实验证明因气流状态不理想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可忽视。 3、拉丝机拉丝机是生产连