玻璃纤维的制备技术现状解析

玻璃纤维的制备技术现状解析

侯超 王西贵

山东玻纤集团股份有限公司

摘要：本文结合实际，对玻璃纤维制备技术现状进行研究。首先阐述玻璃纤维的内容，然后在探讨玻璃纤维制备要求的同时，对制备技术问题以及技术策略进行研究。希望分析之后，能给相关工作人员提供一点参考。

关键词：玻璃纤维；制备技术；现状与建议

引言

玻璃纤维制备技术水平的高低直接与玻璃纤维的应用效果有着一定的联系，就当前现状看来在玻璃纤维制备的阶段中，由于受到材料因素以及环境因素的影响就会出现各种问题。因此对玻璃纤维制备技术现状进行分析，寻找出更为科学有效的技术方案意义重大。

一、玻璃纤维概述

玻璃纤维属于重要的工业材料，为新型功能性无机金属材料形式，其可以取代金属材料使用。该材料的单丝是很细的，直径在几微米到二十几微米之间，约为头发丝的1/20-1/5，每一束纤维都包含数以千计的单丝集束后形成，将其应用到绝缘材料、绝热保温材料有着很高的优势。玻璃纤维工业领域自从应用后，其产量不断增大，工艺水平日益提高，规格和型号也在增多，该领域处于高速发展的阶段。在二十世纪的60年代，飞机上开始逐步的使用玻璃纤维材料，但是因为当时生产的影响，所以价格是非常昂贵的，且工艺性不完善，没有受到人们的重视。随着现代科学技术高速发展，工业领域处于不断发展进步中，玻璃纤维材料被大量的应用到实践中，尤其是军事领域内，航天、航空等领域应用非常的普遍。因为玻璃纤维材料的强度高、绝缘性好、耐高温、耐腐蚀性好，所以可以满足多种条件的应用需要。由此可见，玻璃纤维属于新型的工业材料，对于现代社会发展和进步有着重要的影响。

二、玻璃纤维的制备

（一）玻璃纤维的分类及特点

玻璃纤维内含有二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化镁等物质，所以其性能是多种物质的集合，有着非常明显的优势。以玻璃中碱性氧化物含量的差异，将玻璃纤维材料可以分为高碱、中碱、无碱的几种形式。高碱玻璃纤维材料内的碱性氧化物的含量比较较高，所以其主要的缺陷就是耐水性差、强度不足、耐碱性不足等。中碱玻璃纤维材料的碱性氧化物的含量比较高，所以不能应用到绝缘领域中，但是其强度高，具备较高的化学稳定性，该材料应用到电性要求不是非常高的玻璃钢增强材料的优势很明显，通常可以用来制作乳胶布、酸性过滤布、窗纱基材等。无碱性玻璃纤维材料属于硼硅酸玻璃纤维材料，也可以叫做E玻璃纤维，其碱性物的含量不会超过2%，也是当前比较广泛应用的纤维材料形式，机械性能好，还具备较高的绝缘性，是玻璃钢的主要材料，也被用来生产电绝缘性的玻璃纤维材料，但是该材料容易受到无机酸的侵蚀影响，所以并不能应用到强酸的环境中，这是需要注意的地方。

（二）生产用原料要求

玻璃纤维在具体的生产中，其需要使用的主要材料是如下几种：工业级石英砂、氧化铝、石灰石、硼酸、纯碱、芒硝等，在生产制作中，主要可以采取如下两种工艺形式：其一，直接使用熔融玻璃制作为纤维材料；其二，先将熔融玻璃制作为直径相对较小的玻璃球或者棒，然后通过高温加热后重新熔融制作成为直径为3μm～80μm的纤维。

（三）生产工艺流程

玻璃纤维在生产环节，主要的工艺形式有两种：两次成型——坩埚拉丝法，一次成型——池窑拉丝法。坩埚拉丝法的工序比较多，需要的时间也比较长，先将玻璃原材料经过高温条件的处理制作为玻璃球的形式，然后开展二次熔化处理，再经过高速拉丝的方式制作为玻璃纤维原丝，其主要的特点是能耗高、工艺稳定性差、生产效率较低，目前已经基本被工业生产领域所淘汰，不再使用。池窑拉丝法是根据生产产品的要求，先将各种材料进行准确的计算、称量、混合之后再投入到烧窑内，通过高温加工后熔融形成玻璃液体，在玻璃液从漏板孔流出的时候，经过拉丝机的牵引，制作成为原丝。原丝通过加捻、整经等工序，即可制作为各种形式的织物，这种方法的特点是工序少、能耗低、工艺稳定性好，生产效率也比较高，能够实现大规模、自动化的生产，为目前广泛的生产方式，已经成为世界范围内广泛应用的玻璃纤维生产方式，对于玻璃纤维领域的发展有着重要的影响。

三、存在问题

（一）玻璃析晶问题

高强玻璃的组成成分是SiO2、Al2O3、MgO，这种材料的主要优势是强度高、结晶上限温度高，结晶生产速度也比较快，在生产环节，容易因为产生结晶而发生中止的情况。当前在生产实际中，析晶情况的出现，是因为其原材料内有较多的杂质，并且窑炉、拉丝代铂炉升温中，玻璃结晶温度停留时间较长，如果温度没有达到规定的要求，容易导致出现漏嘴结晶的问题，影响生产的效果。

（二）原丝线密度变化大

高强拉丝工艺主要是通过手工加料的方法，单次加料的量为1.5kg，可以适当的增加，其液面会有较大的波动变化，静压也会有较大的变化，对于电容式代铂炉来说，在投入了比较多体量的冷玻璃之后，炉内电力线分布发生很大的变化，热点会不断的下移，导致进入到漏板的玻璃液温度比较高，粘度相对较低，流量也会适当的增加，原丝线密度也会升高。两者经过综合处理后，容易导致原丝线密度发生很大的变化。主要解决方法有如下两个：一是通过自动加球的方式，该装置目前已经设计完成，造型、加工、调试也已经进行，同时在200孔以上使用，有着非常好的效果。二是应用漏板恒温控制来取代恒压控制的方式，可以提前进入到漏嘴区，保证玻璃液的温度有效的控制，确保玻璃液的流量达到更加均匀的要求，从而使得线密度达到稳定的标准。

（三）高强玻璃及纤维成型能耗大

经过目前的生产数据统计分析，高强玻璃耗电约6kW/kg，原丝约8kW/kg，远高于无碱球（2.75kW/kg）和原丝的耗电量。电能消耗量较高，这是高强玻璃纤维产品成本难以下降的主要原因，具体来说，可以通过下述方法进行解决：（1）不断的研发和应用200孔生产技术，有效的降低生产能耗。（2）改用以SiO2、Al2O3化合态的物质，比如使用叶腊石取代单质的适应或者氧化铝粉料进行玻璃材料的配合使用，促进熔窑玻璃熔化能力的提升。（3）研究解决无水冷钼电极保护技术。（4）研发应用新型的耐火材料，能够保证玻璃生产的质量，确保纤维的强度合格，还能够娩出冷却砖材水包，避免因为冷水流出带走能耗。（5）增加熔窑生产能力，降低玻璃生产环节能耗，降低运行的成本。

四、结语

综上所述，玻璃纤维是重要的工业材料，该材料的技术含量高、生产效率高、产品特性明显，可以使用的范围比较大，该产品也能够反映出工业生产水平。我国的玻璃纤维工业最初在二十世纪的50年代开始，经过几十年的努力，取得了很快的发展，玻璃纤维生产加工技术不断的提高，使用范围也在扩大，但是依然有很大的缺口，尤其是高强度玻璃纤维的材料。未来还要不断的研发和应用，提高玻璃纤维生产工艺水平，促进生产力水平的提高，为现代社会各个行业的发展起到积极的作用。

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