王曉敏,屈世元,劉瑞欣,張西靜,蘇永妮,焦雨蒙,孫智慧,楊萌飛,王 珊**

(1.陜西華特新材料股份有限公司,陜西 興平 713100;2.咸陽師范學院 化學與化工學院,陜西 咸陽 712000)

鈉硅酸鹽玻璃纖維經(jīng)過酸瀝濾熱燒結工藝后,玻璃纖維的w(SiO2)>96%,玻璃纖維制品長期耐溫超過900 ℃。但由于原始玻璃生產(chǎn)的玻璃纖維原絲對大氣環(huán)境,主要是溫、濕度的穩(wěn)定性差,必須使用專用的浸潤劑予以保護[1-5]。鈉硅酸鹽玻璃纖維短切紗生產(chǎn)是將拉制好的原絲先短切,然后酸熱處理。但玻璃纖維短切后,在酸溶液中容易結團,酸瀝濾過程較為困難,影響短切紗的酸瀝濾效率。若短切后原絲在酸液中本身有良好的集束性,原絲之間有較好的離散性,可降低酸瀝濾過程的難度[6-7],提高瀝濾速度。因此需要設計一種浸潤劑,在滿足原絲集束性良好的前提下,能夠使原絲在酸液中很好地分散開,確保原絲能夠充分進行酸瀝濾反應。

浸潤劑配方中潤滑劑的使用不僅能滿足玻璃纖維在拉絲過程中“濕潤滑”的要求,還能滿足原絲后加工過程中“干潤滑”的要求。成膜劑的使用可使玻璃纖維單絲黏結成一根玻璃纖維原絲,使原絲保持完整性[8]。理論上講,分散性和集束性成反比,潤滑劑的增加會影響到原絲的集束性,成膜劑的使用,又會影響原絲之間潤滑剝離性。

針對上述要求,在滿足拉絲工序對浸潤劑潤滑的前提下,尋找分散和集束并存的平衡點設計浸潤劑配方滿足酸瀝濾生產(chǎn)需要[9-13],同時進行成本分析,避免浸潤劑生產(chǎn)成本增加。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

浸潤劑:HT-S1常規(guī)浸潤劑,成膜劑:cm-1,潤滑劑:rh-1、rh-2,西安友基復合材料股份有限公司;潤滑劑:rh-3、rh-4、rh-5、rh-6,陜西華特新材料股份有限公司。

拉絲機:YX2016,浙江武義永新設備有限公司;酸瀝濾槽:陜西華特新材料股份有限公司;烘干箱:9003系列鼓風干燥箱,上海一恒科技有限公司;電子天平:METTLER TOLEDO-104E,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

(1)將HT-S1常規(guī)浸潤劑按照不同比例稀釋進行拉絲實驗,原絲手工短切后在酸溶液中分散,觀察拉絲效率和短切紗分散性,確定浸潤劑固含量的范圍。

(2)選用不同潤滑劑和成膜劑用量設計配方進行拉絲實驗,確保拉絲過程中不出現(xiàn)飛絲、原絲卷繞排線以及絲餅喇叭口等現(xiàn)象。在酸溶液中進行分散性實驗,保證原絲無纖維狀分散現(xiàn)象和結團現(xiàn)象。

(3)確定配方進行拉絲中試、原絲短切和酸熱處理,測定短切紗w(SiO2)>96%。

1.3 性能測試

分散性測試:將原絲開刀后用剪刀短切為6～9 cm短切紗。稱取3 g紗,放入10 kg酸溶液中,100 r/min速度攪拌5 min后觀察分散性。將酸溶液用178 μm過濾網(wǎng)過濾,烘干過濾網(wǎng)上短切紗稱量。

分散率=[m(短切紗)-m(分散酸溶液中短切紗烘干后)]/m(短切紗)×100%

SiO2含量測試:按照GJB 1679A—2008《高硅氧玻璃纖維紗規(guī)范》4.5.1 SiO2含量測試方法進行測試。

2 結果與討論

2.1 滿足原絲分散性能的浸潤劑固含量實驗

HT-S1常規(guī)浸潤劑按照不同比例稀釋進行拉絲,將原絲手工短切后在酸溶液中分散,觀察拉絲效率和短切紗分散性,結果見表1。

表1 浸潤劑固含量以及短切紗分散性

由表1可知,w(浸潤劑固體)=0.8%～1.75%,短切紗的分散率高于79%,且能滿足拉絲過程中對潤滑性的要求。1#和2#浸潤劑固含量高,原絲表面浸潤劑的含量也會提高,造成短切紗在酸溶液中出現(xiàn)結團現(xiàn)象。在酸瀝濾過程中需要消耗一部分酸溶液處理短切紗表面的浸潤劑,才能對玻璃纖維本身進行酸瀝濾反應,因此浸潤劑固含量高低也會影響酸瀝濾效率。

2.2 浸潤劑配方中潤滑劑選擇實驗

浸潤劑配方見表2。

表2 浸潤劑配方 w/%

按照表2配方設計,分別配制浸潤劑拉制原絲,將原絲開刀后短切為6～9 cm短切紗。稱取3 g紗,置于1 kg酸溶液中,100 r/min攪拌5 min后觀察分散性。按照1#～9#配方分別配制浸潤劑,進行拉絲實驗和短切紗分散實驗,結果見表3。

表3 不同浸潤劑配方的拉絲情況與短切原絲分散性1)

由表3可知,浸潤劑中w(潤滑劑)=1.0%,拉絲過程原絲纏繞張力變小,絲餅出現(xiàn)喇叭口現(xiàn)象,影響拉絲正常作業(yè)。配方中w(潤滑劑)<0.8%,原絲的喇叭口現(xiàn)象減輕。w(潤滑劑)=0.5%～0.6%,原絲未出現(xiàn)喇叭口現(xiàn)象,說明為最佳添加量,既可以滿足拉絲作業(yè)的穩(wěn)定性,又可以使原絲在酸溶液中不結團。但在酸溶液中短切紗出現(xiàn)纖維狀分散現(xiàn)象,與成膜劑加量低有關,因此在確定潤滑組分基礎上,增加成膜劑加量,提高原絲的集束性。

2.3 成膜劑加量實驗

不同配方成膜劑加量見表4。

表4 不同配方成膜劑加量 w/%

成膜劑加量實驗及分散性見圖1。

樣品

由表4和圖1可知,配方中成膜劑的用量增加后,原絲的集束性能明顯提高。為了達到提質增效,增收節(jié)支的目標,通過生產(chǎn)效率和配方成本核算,確定配方中w(成膜劑)=1.2%的6#為最優(yōu)配方。

按照6#配方配制浸潤劑生產(chǎn)鈉硅酸鹽玻璃纖維原絲,拉絲過程順利,原絲筒的滿筒率高于95%。將原絲短切后按照正常酸瀝濾工藝處理,取樣測試短切紗SiO2含量,結果見表5。

表5 短切紗SiO2含量

由表5可知,用6#浸潤劑生產(chǎn)的鈉硅酸鹽玻璃纖維短切紗經(jīng)過酸瀝濾后,w(SiO2)>96%,確保產(chǎn)品的耐溫性符合產(chǎn)品質量要求。

3 結 論

主要研究鈉硅酸鹽玻璃纖維短切紗用浸潤劑配方,配方設計思路主要以滿足拉絲生產(chǎn)要求為前提,達到酸瀝濾生產(chǎn)過程中對原絲分散性的目的。從原料的選型、潤滑劑和成膜劑的加量平衡點進行實驗,并通過成本分析,設計出符合生產(chǎn)要求的浸潤劑配方。配方中w(潤滑劑)=0.5%～0.6%,w(成膜劑)=1.2%,可以滿足拉絲作業(yè)的穩(wěn)定性,又可以使原絲在酸溶液中不結團。采用6#配方生產(chǎn)的短切紗經(jīng)過深加工制作成玻璃纖維針刺氈,廣泛應用于隔熱保溫、過濾除塵等領域。由于其優(yōu)良的耐溫耐燒蝕性能,在熱防護和保溫材料領域得到了客戶認可。