■何東

〔塔城地區(qū)纖維檢驗(yàn)所，新疆烏蘇833000〕

玻璃纖維的制備技術(shù)及存在問(wèn)題

■何東

〔塔城地區(qū)纖維檢驗(yàn)所，新疆烏蘇833000〕

一、概述

玻璃纖維是一種新型功能無(wú)機(jī)非金屬材料，它可以代替金屬材料。其單絲非常細(xì)，直徑從幾微米到二十幾微米不等，大約為頭發(fā)絲的1/20-1/5，每束纖維都有數(shù)百甚至上千根單絲集束組成，通常作為電絕緣材料、增強(qiáng)材料、絕熱保溫材料等。玻璃纖維工業(yè)自開(kāi)創(chuàng)以來(lái)，其產(chǎn)量、生產(chǎn)工藝、品種規(guī)格和應(yīng)用領(lǐng)域在不斷發(fā)展，上世紀(jì)60年代，飛機(jī)上開(kāi)始使用玻璃纖維材料，但由于當(dāng)時(shí)的價(jià)格昂貴、工藝性能欠佳，未能獲得進(jìn)一步的發(fā)展和重視。隨著技術(shù)的改進(jìn)和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，玻璃纖維越來(lái)越多地在軍事方面得到應(yīng)用，特別是航天、航空工業(yè)，約占其所用的增強(qiáng)纖維中的2/3。由于玻璃纖維具有強(qiáng)度高、電絕緣、耐高溫等諸多優(yōu)異特性，使其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，成為我國(guó)不可或缺的可持續(xù)發(fā)展的高新技術(shù)材料。

二、玻璃纖維的制備

（一）玻璃纖維的分類(lèi)及特點(diǎn)

玻璃纖維的主要成分為二氧化硅、氧化鈣、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈉等，根據(jù)玻璃中堿性氧化物含量的不同，可將其分為高堿性玻璃纖維（Na2O 13%以上）、中堿性玻璃纖維（Na2O 8%～12%）和無(wú)堿性玻璃纖維（Na2O 0～2%）。

高堿性玻璃纖維中的堿性氧化物含量高，故而存在耐水和耐堿性差、強(qiáng)度低的缺陷。

中堿性璃纖維因其含堿性氧化物量比較高，不能作電絕緣材料，但是它卻有著較高的強(qiáng)度和較好的化學(xué)穩(wěn)定性。故可作為對(duì)電性能要求不是特別高的玻璃鋼增強(qiáng)材料，一般可作乳膠布、酸性過(guò)濾布、窗紗基材等。

無(wú)堿性玻璃是一種硼硅酸鹽玻璃，也稱(chēng)為E玻璃纖維。其堿性氧化物含量不足2%，是目前應(yīng)用最廣泛的一種纖維材料，有著良好的機(jī)械性能和電絕緣性，廣泛用于生產(chǎn)玻璃鋼用玻璃纖維，也大量用于生產(chǎn)電絕緣用玻璃纖維，但它容易被無(wú)機(jī)酸侵蝕，故不適于在強(qiáng)酸性環(huán)境中使用。

（二）生產(chǎn)用原料要求

玻璃纖維生產(chǎn)的主要原料是：工業(yè)級(jí)的石英砂、氧化鋁和葉蠟石、石灰石、硼酸、純堿、芒硝、螢石等。

生產(chǎn)方式可分為兩類(lèi)：（1）將熔融玻璃直接制成纖維；（2）先將熔融玻璃制成直徑較小的玻璃球或棒，再經(jīng)高溫加熱重熔后制成直徑為3 μm～80 μm的纖維。

（三）生產(chǎn)工藝流程要求

玻璃纖維的生產(chǎn)工藝大致有兩種：兩次成型——坩堝拉絲法，一次成型——池窯拉絲法。

坩堝拉絲法工藝流程長(zhǎng)，需先將玻璃原料在高溫條件下熔制成玻璃球，再將其二次熔化，后經(jīng)高速拉絲最終制成玻璃纖維原絲。該法流程長(zhǎng)、能耗高、工藝不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低，基本已被淘汰。

池窯拉絲法先根據(jù)產(chǎn)品所需將各種原料精細(xì)計(jì)算、稱(chēng)量、混合后投入熔窯內(nèi)，經(jīng)高溫熔融制成玻璃液體，當(dāng)玻璃液從漏板孔流出的時(shí)候，受到拉絲機(jī)的牽引，制成原絲。原絲經(jīng)過(guò)加捻，整經(jīng)等工序即可織成各種結(jié)構(gòu)和性能的織物。該法流程短、節(jié)能降耗、工藝穩(wěn)定、高效高產(chǎn)，便于大規(guī)模全自動(dòng)化生產(chǎn)，是當(dāng)前最先進(jìn)的生產(chǎn)方式，已是國(guó)際上的主流技術(shù)。

三、存在問(wèn)題

（一）玻璃析晶問(wèn)題

高強(qiáng)玻璃由SiO2、Al2O3、MgO主要玻璃成份組成，它兼具有高的強(qiáng)度和高的結(jié)晶上限溫度，快的晶體生長(zhǎng)速度，在生產(chǎn)中更易產(chǎn)生結(jié)晶而中止生產(chǎn)過(guò)程。

目前造成生產(chǎn)中析晶的原因，主要是玻璃原料中的雜質(zhì)、窯爐和拉絲代鉑爐升溫過(guò)程中在玻璃結(jié)晶溫度區(qū)停留時(shí)間長(zhǎng)和拉絲漏板二端區(qū)散熱大，溫度低造成漏嘴結(jié)晶。

（二）原絲線密度變化大

高強(qiáng)拉絲工藝是采用手工加料，一次加料量高達(dá)1.5 kg以上，液面波動(dòng)大，靜壓變化大，且對(duì)電熔式代鉑爐而言，當(dāng)大量的冷玻璃加入后，爐內(nèi)電力線分布崎變，熱點(diǎn)下移，致使流入漏板區(qū)的玻璃液溫度提高，粘度降低，流量增大，原絲線密度變大。二者的綜合結(jié)果造成原絲線密度變化大。

解決方法有二種：一種是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加球，目前已基本完成該裝置的設(shè)計(jì)、選型、加工和調(diào)試，并在200孔上試用，效果較明顯。另一種是用漏板恒溫控制替代目前的恒壓控制，提高進(jìn)入漏嘴區(qū)玻璃液溫度的控制精度，使玻璃流量均勻，從而確保線密度穩(wěn)定。

（三）高強(qiáng)玻璃及纖維成型能耗大

目前高強(qiáng)玻璃耗電約6 kW/kg，原絲約8 kW/kg，遠(yuǎn)高于無(wú)堿球（2.75 kW/kg）和原絲的耗電量。電耗占高強(qiáng)纖維生產(chǎn)總成本的20%左右，它是高強(qiáng)玻纖產(chǎn)品價(jià)格居高不下的重要原因之一。

解決辦法：（1）發(fā)展200孔生產(chǎn)技術(shù)及其產(chǎn)品，可有效降低能耗。（2）改用以SiO2、Al2O3化合態(tài)的物質(zhì)如葉臘石替代單質(zhì)的石英和氧化鋁粉原料配制玻璃配合料，提高熔窯的玻璃熔化能力。（3）研究解決無(wú)水冷鉬電極的保護(hù)技術(shù)。（4）研究選用新的耐火材料，既能保證玻璃液質(zhì)量，保證纖維強(qiáng)度，又能免除冷卻磚材的水包，減少冷卻水帶走的能耗。（5）擴(kuò)大熔窯生產(chǎn)能力，減少單位玻璃的能耗。

四、結(jié)論

玻璃纖維由于具有技術(shù)含量高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品性能獨(dú)特等特點(diǎn)，有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)前景，已逐漸成為衡量一個(gè)國(guó)家和地區(qū)紡織品加工工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。在我國(guó)，玻璃纖維起步于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的努力，也有著非凡的發(fā)展。玻纖市場(chǎng)供不應(yīng)求，在纏繞和SMC等FRSP產(chǎn)品生產(chǎn)中，玻纖缺口量在20%左右；增強(qiáng)塑料和工程塑料的發(fā)展推動(dòng)FRTP的快速發(fā)展也使玻纖供應(yīng)不足。節(jié)能減排的戰(zhàn)略決策推動(dòng)玻璃纖維市場(chǎng)的發(fā)展。相信通過(guò)科技創(chuàng)新和工藝改進(jìn)，可以逐步實(shí)現(xiàn)我國(guó)玻璃纖維高端產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)?！?/p>