玻璃纤维的生产工艺及应用.doc

1、摘要在广义范围来说，我们对于玻璃纤维的认识一直停留在它是一种无机非金属材料，可是随着研究的深入，我们知道实际上的玻璃纤维的种类有很多，而且性能优异，有很多突出的优点。比如说它的机械强度就特别高还有抗热、抗腐蚀效果也特别好。诚然，任何材料都不是完美的，玻璃纤维也有它自己无法令人忽视的缺点，就是它不耐磨而且容易发生脆裂。所以实际应用时我们要扬长避短。玻璃纤维的原料获取简单，主要是废弃的旧玻璃或者玻璃制品，玻璃纤维特别细，20 多根玻璃单丝组在一起才相当于一根头发的粗细。玻璃纤维通常可以在复合材料中作为增强材料来使用,由于近些年来人们对玻璃纤维研究逐渐加深,使得它在我们生产生活中扮演了越来越重要的角

2、色。本文主要研究玻璃纤维的生产工艺及应用,介绍了玻璃纤维纤维的性质、主要成分、主要特点、材料分类、生产工艺、安全防护、主要用途、安全防护、产业现状、发展前景。关键字:特点;生产工艺;应用;发展前景abstractIn broad scope, our understanding of the glass fiber has been stuck in it is a kind of inorganic nonmetal material, but with the deepening of the research, we know that in fact there are a lot o

3、f the kinds of glass fiber, and excellent performance, there are many outstanding advantages. Like it is really better than high mechanical strength and heat-resistant, corrosion effect is also very good. True, any material is not perfect, the glass fiber has not ignore its own shortcomings, is it n

4、ot embrittlement resistant and easy to occur. So we should foster strengths and circumvent weaknesses in actual applications. Glass fiber raw material for simple, mainly abandoned old glass or glass products, glass fiber is particularly fine, more than 20 with glass monofilament group to the thickne

5、ss of equivalent of a human hair. Glass fiber can usually be used as reinforced material in the composite material, because in recent years, people gradually deepening research on glass fiber, make it in our production has played an increasingly important role in the life. This paper mainly studies

6、the production technology and application of glass fiber, this paper introduces the properties of fiber glass fiber, main component, main characteristics, material USES, safety protection, industry present situation, development prospect. Key words: characteristic; The production process; Applicatio

7、n; Prospects for development 绪论1.1 玻璃纤维性质熔点：680分子结构： 沸点：1000密度：2.42.7g/cm3玻璃纤维还有一个极为优越的特点，就是抗拉强度很大，在标准状态下可以达到6.9g/d，在湿润的情况下也可以达到 5.8g/d，这样优良的性质，使得玻璃纤维经常可以作为增强材料来普遍使用。它的密度为 2.54。玻璃纤维也十分耐热，在 300时它仍旧能够保持正常的性质。玻璃纤维有时还可以做为绝热材料和屏蔽材料来广泛使用，这都归功于它的电绝缘性，而且不能轻易被腐蚀。1.2 主要成分玻璃纤维的成分较为复杂，一般大家比较认可的有二氧化硅、氧化镁、氧化钠、氧化硼

8、、氧化铝、氧化钙等主要成分,。玻璃纤维的单丝直径 10 微米左右,相当于头发丝直径的 1/10,每束纤维都是由千百跟单丝组成,根据玻璃纤维的用途各异,纤维的单丝直径有略微差距,拉丝工艺稍有不同。通常情况下,玻璃纤维中二氧化硅的含量占 50%65%。三氧化二铝含量超过 20%的玻璃纤维拉伸强度相对较高,通常为高强度玻璃纤维,而无碱性玻璃纤维的三氧化二铝含量一般为 15%左右。如果想要使玻璃纤维具有较大的弹性模量，那么必须确保氧化镁的含量大于 10%。因为含有少量四氧化三铁的玻璃纤维,其耐腐蚀性能均有不同程度的提高。1.3 主要特点1.3.1 原料及应用相比于无机纤维玻璃纤维的性能更加优越。它较难

9、点燃，耐热，隔热，较稳定，抗拉。但较脆,耐磨性较差。用来制造增强性塑料或用来增强橡胶,作为补强材料玻璃纤维具有以下几个特点：(1)它的拉伸强度比其它材料都好，但是伸长率却很低。(2)弹性系数较为适合。(3)在弹性限度内，玻璃纤维能够延伸较长，而且十分抗拉，所以面对冲击时，它能够吸收较大的能量。(4)由于玻璃纤维是无机纤维，所以无机纤维所具有的优点，它也有很多，不易燃烧且化学性质较为稳定。(5)不易吸水。(6)耐热且性质较稳定不易反应。(7)它的加工性很好,可加工制作成为股、毡、束、织布等形态各异优良产品。(8)能够透光。(9)因为材料容易获取，所以价钱不贵。(10)在高温下，没有燃烧，反而融化

10、成液体小珠。玻璃纤维1.4 分类根据不同的分类标准，玻璃纤维可以分成很多种。根据不同的形态和长度，能够划分出连续纤维，纤维棉和定长纤维三种。根据不同的成分，例如含碱量的多少，可以划分成无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、高碱玻璃纤维三种。1.5 生产原料在实际工业生产中，为了产出玻璃纤维，我们需要氧化铝、石英砂、石灰石、叶蜡石、白云石、纯碱、芒硝、硼酸、萤石、磨碎的玻璃纤维等。磨碎的玻璃纤维1.6 生产方法工业上的生产方法可以分两大类:一类是先把玻璃纤维熔融，然后再制成直径较小的球状或者棒状玻璃制品。然后再用不同种方式加热重新熔融后制成直径380m 的细纤维。另一类也是先将玻璃熔融，不过制成的是玻璃纤

11、维而非棒状或者球状制品。再将样品通过铂合金板，利用机械拉丝发来拉出。拉所得的制品称为连续纤维。如果通过辊筒装置拉出纤维，那么所得的制品就称为非连续纤维,也称之为定长玻璃纤维,和短纤维。1.7 分级根据玻璃纤维不同的组成、用途和性质,分成各种不同的级别。国际上已经商品化的玻璃纤维其成分如下:17.1 E-玻璃它是硼酸盐玻璃，日常生活中人们也叫它无碱玻璃,由于它的许多优点使得它应用最为广泛。它是目前应用最为广泛虽然被广泛应用，但它也有不可避免的缺点。它容易和无机盐发生反应，所以在酸性环境中较难存放。1.7.2 C-玻璃实际生产中也叫中碱玻璃,它的化学性质较为稳定，耐酸性较好。它的缺点就是机械强度不

12、高，电气性能差。不同的地方有不同的标准，在国内玻璃纤维产业中，中碱玻璃中没有硼这个元素。但是在国外玻璃纤维产业中，它们所生产的则是含有硼的中碱玻璃。不仅含量不同，同样的是中碱玻璃在国内外所担任的角色也不一样。国外所生产的玻璃纤维表面毡和玻璃纤维棒应用了中碱玻璃。在生产中,沥青当中也有中碱玻璃活跃的身影。在我国，客观原因由于它价格十分低廉，所以被应用的十分广泛，在包扎织物和过滤织物产业中到处都活跃着它的身影玻璃纤维棒1.7.3 玻璃纤维 A 玻璃在生产中，人们也叫它也高碱玻璃,它属于钠硅酸盐玻璃,但是由于它的不耐水，它一般不被生产成为玻璃纤维。1.7.4 玻璃纤维 D 玻璃它也被叫做介电玻璃,一

13、般是介电玻璃纤维的主要原料。1.7.5 玻璃纤维高强玻璃它的强度比无碱玻璃纤维高出 1/4，它的弹性模量比 E-玻璃纤维的还要高，由于它的种种优点，本应该被广泛应用，但却因为它造价很高，目前也仅在一些重要领域得到应用，像是军工，航天等。1.7.5 玻璃纤维 AR 玻璃人们也叫它耐碱玻璃纤维,它是纯无机纤维，在玻璃纤维增强混凝土中作为增强材料。在一定条件下，甚至可以代替钢材和石棉。1.7.6 玻璃纤维 E-CR 玻璃它是一种经过改进之后无硼无碱玻璃,由于其耐水性比无碱玻璃纤维高了将近 10倍，所以在生产耐水制品中得到广泛应用。并且，它的耐酸性也极强，在地下管道的生产应用中占据了主导地位。除了上述

14、所提到的较为普遍的玻璃纤维，现在，科学家们又研制出了一种新型的玻璃纤维。由于它是无硼制品，满足了人们对保护环境的追求。近年来，还有一种玻璃纤维比较热门，它就是双玻璃成分的玻璃纤维，在现在的玻璃棉制品中，我们可以感知它的存在。1.8 玻璃纤维的识别分辨玻璃纤维的方法特别简单，就是将玻璃纤维放入水中，加热直到水变开，保持 6-7 小时，如果发现玻璃纤维的经向和纬向变得不那么紧凑，那就是高碱玻璃纤维。按照不同的标准,玻璃纤维的分类方法很多,一般从长度和直径、组成和性能两个角度来划分。第二章 玻璃纤维的生产工艺在我们生产中，连续玻璃纤维生产工艺,主要为坩埚法拉丝工艺和池窑拉丝工艺这两种。2.1 坩埚法

15、拉丝工艺坩埚拉丝工艺是二次成型工艺的一种,主要是先把玻璃原料加热直到熔融状态，把熔融后的液体制成球状物。再把所得的球状物再次熔融，拉制成丝。但是这种方法也有它不能忽视的缺点，在生产中会产生大量的消耗，所得产物不稳定，产率较低等。其原因不单单是由于坩埚拉丝工艺生产的固有容量小,工艺不易稳定,更是与所采用的落后的生产过程的控制技术有极大的关联。所以,就目前来说,坩埚拉丝工艺来控制的产品,控制技术这个原因对产品质量影响最为显著。玻璃纤维工艺流程图一般来说,坩埚的控制对象主要分为三种:电熔控制、漏板控制、加球控制三个方面。在电熔控制中，人们普遍采用恒流仪表，但是也有一部分采用恒压控制，这两种方式都可以

16、。在漏板控制中，人们在日常的生活生产中大多用的是恒温控制，但是也有部分采用恒温控制。而对于加球控制来说，人们则更加倾向于间歇加球控制。在人们日常的生产中，这三种不方式已经足够，但是对于有着特殊要的玻纤细纱来说,这些控制方式仍然是存在一些缺点的,例如漏板的电流和电压的控制精度不好掌握,漏板的温度波动很大,所生产的纱线密度的波动很大。或者一些现场应用仪表没有与生产工艺结合较好,没有有针对性的从坩埚法的特点来入手制定控制方式。亦或者它容易出现故障,稳定性不是很好。以上种种例子表明在生产生活中需要精密控制,认真研究,努力提高玻璃纤维制品的质量。2.11 控制技术的主要环节2.1.1.1 电熔控制首先要

17、明确保证流进漏板内液体的温度保持均匀稳定,并且保证正确合理坩埚的结构,电极的布置,加球的位置和方式。所以,在电熔控制中,最重要的是保证控制系统稳定。电熔控制系统采用智能的控制仪、电流变送器和电压调整器等,根据实际情况,采用 4 位有效数字的仪表来降低成本,电流则采用有独立有效值的电流变送器。实际生产中,根据效果,在采用这个系统来恒流控制中,在较为成熟合理的工艺条件基础上,流入液槽的液体温度能够控制在2 摄氏度之内,所以经研究发现它的可控制性较好,已接近于池窑拉丝工艺。电熔控制原理图2.1.1.2 漏板控制为了保证漏板控制的有效进行，人们所采用的装置都是恒温恒压且性质较为稳定的,为了使得输出功率

18、达到所需要的数值，则采用性能更加好的调节器，,取代了传统的可控硅触发回路;为了保证漏板的温度精度很高而周期震荡的幅度小,则采用了5 位精度很高的温度控制器。使用独立的高精度的有效值变压器,保证了即使在恒温控制时电信号能够不失真，系统具有较高的稳态。漏板控制原理图2.1.1.3 加球控制在目前的生产中,坩埚拉丝工艺的间断式加球控制是在正常生产中影响温度最主要的因素之一。而周期式加球控制就会打破系统中温度的平衡状态,导致系统内的温度平衡被一次次打破而又一次次被重新调节,使得系统内的温度波动幅度较大,温度精度很难控制。关于怎样解决和改善间断加球所出现的问题,成为连续加球是改善和提高系统稳定性的另一个

19、重要的一面。因为如果池窑液体控制这种方式花费较多，在日常的生产生活中得不到推广，所以人们经过努力创新，提出了一种新的方法，在探针测液面的前提下,将加球方式改为连续非匀速加球。,就可以克服原系统的弊端。在拉丝时，为了降低炉内的气温波动，改变探针和液面的接触状态来调节加球的速度。通过输出计的报警保护,确保加球的过程安全可靠。准确合适的高低速调节能够确保液体保持很小的波动。通过这些改造,保证了这个系统在恒压、恒流的控制方式之下也能够使得高支纱支数波动在很小的范围之内。加球控制原理图2.2 池窑拉丝工艺池窑拉丝工艺的主要原料就是叶腊石，在窑炉中把叶腊石和其他配料加热直到熔融状态是把叶腊石和其它原料放在

20、窑炉中加热熔制成玻璃溶液,然后拉制成丝。用这种工艺来生产的玻璃纤维已经约占全球总产量的 90%以上。2.2.1 池窑拉丝工艺流程池窑拉丝的艺流程是大块状原料进入工厂,然后经破碎、粉碎、筛分等一系列流程变为合格的原料,然后输送至大料仓,在大料仓称重并且将配料混合均匀，在输送到窑头料仓,后经螺旋投料机使配合料投进入单元熔窑中来熔化制成玻璃液。熔融完成的玻璃液后经单元熔窑的熔化流出后立即进入主通路(也称澄清均化或调节通路)来进行进一步的澄清均化,然后经过渡通路(也称分配通路)和作业通路(也称成型通路),流至槽内,经过多排多孔的铂金漏板来流出,成为纤维。最后经冷却器来冷却、单丝涂油器去涂覆，然后再经旋

21、转拉丝机拉制，制成无捻粗纱纱筒。2.3 工艺流程图合格粉料块状矿石粉尘、噪声2，4 工艺流程设备2.4.1 合格粉料制备大块状原料进入工厂都先需经破碎、粉碎、筛分成合格的粉料。主要设备:破碎机、机械振动筛。2.4.2 配合料制备配合料的生产线由气力输送上料系统、电子称量系统和气力混合输送系统三大部分组成。主要设备:气力输送上料系统和配合料称重及混合输送系统。2.4.3 玻璃熔制所谓玻璃的融制过程就是选择合适配料经过高温加热制成玻璃液的过程，但是这里所说的玻璃液一定要均匀，稳定。在生产中，玻璃的融制是十分重要的，它对成品的产量、质量、成本、成品率、燃料耗量、窑炉寿命等都有十分密切的关系。主要设备:窑炉以及窑炉设备、电加热系统、燃烧系统、窑炉冷却风机、压力传感器等。纤维成型拉丝原丝配合料制备窑炉熔制天然气（纯氧燃烧）去离子水浸润剂压缩空气 粉尘、噪声池窑废气、噪声废水、硬废丝、噪声