費其鋒，宋長久，章建忠，崔峰波，李 明，楊 洋，廖晚鳳，魯亞輝，范泳宇

（巨石集團有限公司，桐鄉(xiāng) 314500）

0 前言

纖維纏繞成型是樹脂基復合材料的主要成型工藝之一，其工藝是將浸漬樹脂的纖維在一定張力下，按照設定的角度和鋪層纏繞于芯模上，經(jīng)固化、脫模、加工制得玻璃鋼制品［1-4］。在玻璃纖維增強管道、壓力容器等玻璃鋼制品生產(chǎn)時，玻纖產(chǎn)生的毛羽經(jīng)常困擾著整個生產(chǎn)工藝過程，甚至影響玻璃鋼制品的最終質(zhì)量［5］。所謂毛羽就是玻璃纖維原絲中有部分纖維斷裂，表面有大量的類似于汗毛、針尖狀的斷絲，是玻璃纖維原絲疵點之一，在玻璃纖維使用過程中，毛羽會在一定部位出現(xiàn)積累成毛團狀。

很多學者在玻璃纖維生產(chǎn)過程中導致毛羽增加的原因及解決措施等方面做了大量研究。姜鵠［6］針對玻璃纖維工業(yè)生產(chǎn)中，操作工人的人為因素、生產(chǎn)設備及器材、浸潤劑的配方與配制工藝、玻纖生產(chǎn)工藝、車間溫濕度及原絲存放時間等因素提出了控制毛羽產(chǎn)生的方法與建議；張娟［7］從玻纖生產(chǎn)各工序出發(fā)，并以浸潤劑技術為重點，分析了玻纖毛羽產(chǎn)生的原因，總結了一些來自生產(chǎn)實踐的可減少毛羽危害的措施，通過采用性能良好的成膜劑、潤滑劑，保持原絲一定的含油率，降低摩擦阻力，以及合理的烘干工藝等措施有效地減少了毛羽的產(chǎn)生；瞿永［8］分析了紗線毛羽產(chǎn)生原因及其對織物性能的影響，并提出了在細紗、絡筒、漿紗等工序降低紗線毛羽的措施。但以上研究均只針對玻璃纖維生產(chǎn)過程中導致毛羽增加的原因及解決措施，而在纖維纏繞成型過程中，產(chǎn)生毛羽的原因是多方面的，包含原料、工藝、環(huán)境等諸多因素，因此減少纖維纏繞成型過程中玻纖毛羽的產(chǎn)生實際上是一個系統(tǒng)工程，本文主要從人員、機器、原料、方法、環(huán)境5個方面分析玻璃纖維纏繞成型過程中毛羽產(chǎn)生的原因及預防、改進措施。

1 纖維纏繞成型過程中玻纖毛羽產(chǎn)生的位置分析

從纖維纏繞成型的生產(chǎn)實踐過程中不難發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生玻纖毛羽積累的位置無非是紗架、浸膠前和浸膠后與玻纖有接觸的3個區(qū)域（如圖1所示），但由于玻璃鋼制品的尺寸和應用領域不同、生產(chǎn)場地空間限制以及成本控制要求，行業(yè)內(nèi)不同廠家的纖維纏繞設備和紗架設計千差萬別，上述3處區(qū)域又可單獨細分出多點，比較明顯的規(guī)律是，與玻纖產(chǎn)生接觸的位置摩擦力越大出現(xiàn)毛羽積累的概率越高，但導致玻纖出現(xiàn)毛羽的起因卻不盡相同，下面做具體分析。

圖1 纖維纏繞過程中玻纖毛羽積累區(qū)域示意圖

2 玻璃纖維纏繞成型過程中毛羽產(chǎn)生的原因分析

2.1 人員對玻纖毛羽產(chǎn)生的影響分析

圍繞著“人”的因素考察，從生產(chǎn)實踐中我們發(fā)現(xiàn)，人對纖維纏繞成型過程中玻纖的毛羽產(chǎn)生影響主要有4個方面：其一是玻纖紗團從托盤搬運至紗架擺放過程中可能對紗團產(chǎn)生損傷，如端面擦毛、包裝袋破損等等；其二是穿紗不規(guī)范導致紗線相較其他紗線折角更多、摩擦更大，引起毛羽增加，此外，穿紗層次不清，紗線從紗架至膠槽前出現(xiàn)不平行導致交叉摩擦，極易引起紗線起毛甚至斷紗的情況；其三是在纖維纏繞過程中，需要從玻纖切換為表面氈、布、砂子等纏繞工序時，小車進行往復運動過程中，紗線極易出現(xiàn)拖地的情況，導致紗線磨毛、亂紗；其四是對紗架和膠槽前后玻纖經(jīng)過的地方積累的樹脂、灰塵、浸潤劑等粘結物和毛羽清理不及時、不到位，易導致毛羽增多的惡性循環(huán)。

2.2 機器對玻纖毛羽產(chǎn)生的影響分析

機器就是指生產(chǎn)中所使用的設備、工具等輔助生產(chǎn)用具。生產(chǎn)中，設備是否正常運作、工具的好壞都是影響生產(chǎn)進度、產(chǎn)品質(zhì)量的又一要素。機器對纖維纏繞成型過程中玻纖的毛羽產(chǎn)生影響主要有3個方面：其一是紗架的設計和纏繞小車上的導紗裝置（板）的設計過于復雜導致紗線張力較大、磨損嚴重引起毛羽，筆者對比了不同玻璃鋼管道和壓力容器的生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)設備并結合生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，紗架和纏繞小車上的導紗裝置（板）的主要用處都是為了滿足良好的纖維纏繞順暢性和達到預期的纏繞張力，同時也兼顧了浸膠、刮膠、控制紗片寬度等功能［9-12］，因此，在滿足良好的纖維纏繞順暢性和達到預期的纏繞張力的前提下，紗架設計和纏繞小車上的導紗裝置（板）的設計越簡易越好，毛羽也相對越少；其二是紗架與纏繞設備的布局不合理導致，部分廠家受生產(chǎn)場地空間限制，將紗架與模具呈垂直擺放的方式，導致紗線經(jīng)過的彎折角度和摩擦點明顯多于二者平行擺放，因此在使用相同的玻纖產(chǎn)品時，毛羽情況相比較后者明顯增多；其三是玻纖經(jīng)過的摩擦點處的材料和表面光潔度對玻纖毛羽的產(chǎn)生影響較大，行業(yè)內(nèi)多數(shù)采用的材料為不銹鋼材質(zhì)，極少數(shù)會用到PVC等塑料材質(zhì)，但光潔度差異較大，相比較而言，相同材質(zhì)表面光潔度越好，毛羽越少，反之越多。與不銹鋼材質(zhì)相比，PVC等塑料材質(zhì)最大的缺點是耐磨性較差，長時間使用后會出現(xiàn)明顯刻痕，極易導致玻纖單絲發(fā)生斷裂并不斷積累產(chǎn)生大量毛羽。此外，玻纖經(jīng)過的孔洞處未經(jīng)打磨處理或保護，也極易產(chǎn)生大量的毛羽。

2.3 原料對玻纖毛羽產(chǎn)生的影響分析

2.3.1 玻纖

由玻纖自身的原因?qū)е旅鹪黾樱饕煞譃?種情況：一是所使用的玻纖產(chǎn)品采用的浸潤劑配方和生產(chǎn)工藝決定了其耐磨性好壞，對于集束性差、滑爽性不夠的產(chǎn)品，通常耐磨性較差，毛羽較多。二是庫存周期較長導致的毛羽增加，研究表明，同一規(guī)格產(chǎn)品的毛羽量會隨著庫存周期的增加而增加，并且初始毛羽量越多的產(chǎn)品，隨著庫存周期的增加其毛羽量增加幅度越大。三是生產(chǎn)波動導致玻纖產(chǎn)品質(zhì)量異常，毛羽較平時明顯增多。

2.3.2 樹脂

樹脂對玻纖毛羽的影響主要體現(xiàn)在膠液粘度方面，一般來講，膠液粘度越大，玻纖在膠液中的浸潤速度越慢［13］，同時玻纖紗中斷裂的單絲易形成濕毛羽積累，導致制品表面粗糙。影響膠液粘度的因素除樹脂自身的物理特性外，還與生產(chǎn)車間的環(huán)境溫度、色漿、無機填料的形態(tài)與添加比例有關［14］。

2.4 方法對玻纖毛羽產(chǎn)生的影響分析

在纖維纏繞整個生產(chǎn)過程中，方法即為纏繞工藝，纖維纏繞張力是整個纏繞工藝的重要參數(shù)，決定了最終制品的玻纖含量、尺寸以及玻璃鋼力學性能，因此，纖維纏繞張力的控制成為纏繞成型工藝中決定玻璃鋼制品質(zhì)量的關鍵技術之一。研究表明，浸膠前纖維纏繞張力的大小影響總纏繞張力和玻璃鋼制品的表面光潔度，張力過大易導致纖維相對磨損嚴重，產(chǎn)生大量毛羽，同時導致玻璃鋼制品的表面光潔度變差；張力過小時紗線在紗架與膠槽之間會產(chǎn)生嚴重的滑落現(xiàn)象，易出現(xiàn)紗線串門導致紗線崩斷，影響正常生產(chǎn)和管道的表面質(zhì)量及性能［15］。

2.5 環(huán)境對玻纖毛羽產(chǎn)生的影響分析

研究發(fā)現(xiàn)，玻纖在使用時對環(huán)境溫度有一定的敏感性，溫度越低，玻纖產(chǎn)生的毛羽越多，但該因素往往容易被忽略，尤其是一些地區(qū)冬季生產(chǎn)車間無取暖設備，環(huán)境溫度低至10 ℃以下甚至0 ℃以下，對玻纖的毛羽性能要求極高。我們選取了3種不同的玻纖產(chǎn)品，針對環(huán)境溫度對玻纖毛羽產(chǎn)生的影響做進一步分析。

2.5.1 試驗部分

2.5.1.1 原料

玻璃纖維：386，巨石集團有限公司；

玻璃纖維：386H，巨石集團有限公司；

玻璃纖維：A，市場同類型玻纖產(chǎn)品；

2.5.1.2 儀器與設備

毛羽測試儀：自制；

電子天平：BS2202S，賽多利斯。

2.5.1.3 毛羽性能測試

玻璃纖維紗線在經(jīng)過一定張力條件下退解，在毛羽測試儀中將紗線中的毛絲以及在退解過程中產(chǎn)生的毛絲收集，毛羽量即為毛絲的總量，毛羽量的計算方法：毛羽量（mg/kg）=毛羽的重量（mg）/所測試紗團的質(zhì)量（kg）。

2.5.2 結果與討論

2.5.2.1 不同型號玻璃纖維產(chǎn)品相同溫度條件下毛羽對比

采用2400 tex的巨石集團的386、386H和市場上同類型產(chǎn)品A，在不同溫度條件下對比測試毛羽性能，測試結果見表1和圖2。

表1 不同玻璃纖維產(chǎn)品在不同溫度條件下毛羽性能對比

圖2 不同玻璃纖維產(chǎn)品在不同溫度條件下毛羽性能對比示意圖

從表1中的數(shù)據(jù)對比分析，隨著環(huán)境溫度的下降，3種類型玻纖產(chǎn)品的毛羽量均出現(xiàn)了不同程度的增加，說明環(huán)境溫度偏低也是導致玻纖毛羽增加的一個重要影響因素，同時對比結果顯示，不同的產(chǎn)品對溫度的敏感性差異明顯，相比較而言，在同等溫度條件下，巨石集團最新研發(fā)的386H產(chǎn)品在低溫環(huán)境中表現(xiàn)的耐磨性更優(yōu)。

3 預防及控制措施

（1）人員：人是生產(chǎn)管理中最大的難點，也是所有管理理論中討論的重點。加強職工素質(zhì)培訓，嚴格工藝紀律，強化質(zhì)量意識，建立制度規(guī)范和培養(yǎng)良好的習慣，是預防和減少因不規(guī)范操作導致的毛羽增加的有效措施，如紗團搬運與擺放過程中輕拿輕放，嚴格按規(guī)范要求穿紗和接紗，定期衛(wèi)生清理等等，把人為造成的玻纖毛羽降到最低水平。

（2）機器：在空間允許的條件下合理優(yōu)化紗架與纏繞設備的布局減少纖維纏繞過程中紗線的折角數(shù)、更換表面光潔度更好的導紗裝置的材料、對玻纖經(jīng)過的孔洞安裝瓷眼保護，可有效改善玻纖在纏繞過程中的損傷，此外，針對長度較長的管道或壓力容器在制作過程中，應該在浸膠前設置張力自動調(diào)節(jié)器，避免小車運行至模具兩端時因紗線折角較大導致紗線磨損嚴重，從而減少毛羽量的產(chǎn)生。

（3）材料：玻纖方面，對于明確屬于產(chǎn)品質(zhì)量波動導致的毛羽增多，可要求玻纖廠家換貨，或?qū)φ眨?）和（2）中可優(yōu)化之處進行改進，減少毛羽的產(chǎn)生并在可容忍的范圍內(nèi)繼續(xù)使用；對于新線投產(chǎn)或首次試樣出現(xiàn)玻纖毛羽較多問題且機器無法優(yōu)化調(diào)整的情況下，建議更換低毛羽的玻纖產(chǎn)品使用；樹脂方面，需要根據(jù)冬夏季氣溫情況調(diào)節(jié)膠液配比，必要時可采用水浴等方式對膠槽進行加熱，以達到最佳的膠液粘度狀態(tài)和凝膠時間的需求。

（4）方法：纖維纏繞張力控制一般建議在纏繞過程中，浸膠前紗線張力以紗架與膠槽之間紗線不緊繃抖動且不產(chǎn)生滑落現(xiàn)象為宜，最終通過浸膠后的張力裝置、刮膠裝置進行總纏繞張力大小調(diào)節(jié)。

（5）環(huán)境：建議有條件的玻璃鋼廠家為生產(chǎn)車間配備空調(diào)、取暖設備，減少溫度的波動，實踐證明，在有條件的地方，纏繞車間溫度控制在≤35 ℃ （夏天）、≥15 ℃（冬天），有利于降低玻纖毛羽的產(chǎn)生，同時也有利于玻璃鋼制品的質(zhì)量穩(wěn)定性；對于無溫控設施的車間，特別是冬季氣溫低于10 ℃以下的地區(qū)，建議選擇紗線柔軟、具備低毛羽特性的玻纖產(chǎn)品；如果玻纖產(chǎn)品倉儲溫度低于生產(chǎn)車間溫度，建議提前將紗團放置生產(chǎn)車間進行溫度調(diào)理一天后再使用，對減少毛羽的產(chǎn)生也有一定改善作用。

4 結束語

總之，在纖維纏繞成型過程中出現(xiàn)玻纖毛羽問題時，需要從人、機、料、法、環(huán)多維度進行分析，找到根本原因并加以解決。當然，在企業(yè)發(fā)展過程中，逐步實現(xiàn)管理制度化、操作規(guī)范化、生產(chǎn)標準化，不但能預防和改善纖維纏繞成型過程中玻纖毛羽的產(chǎn)生，同時對玻璃鋼制品的質(zhì)量及其質(zhì)量穩(wěn)定性均會帶來質(zhì)的提升。