0电子级玻璃纤维生产原料选用_配方设计及质量控制_梁红.pdf

技术研究与应用研究梁红 电子级玻璃纤维生产原料选用 配方设计及质量控制 中图分类号 171 77 4 文献标识码 A 电子级玻璃纤维生产 原料选用 配方设计及质量控制 梁红 珠海富华复合材料有限公司 珠海 519050 摘要 介绍了电子级玻璃纤维实际生产新原料的选用 配方设计 熔制氧化 还原状态量化管理 探讨各种原料质量控制 对 比不同原料配方生产的拉丝成品率 满筒率 中空纤维 能耗等 阐述了各项控制指标的配合应用 精细化玻璃纤维生产管理 关键词 玻璃纤维 原料 配方 质量控制 aw Materials Selection Formula Design and Quality Control for Producing Electronic grade Glass Fibers LIANG Hong Zhuhai Fuhua Composites Co Ltd Zhuhai 519050 Abstract An introduction is made to the raw materials selection formula design quantitative management of melt ing oxidation reduction as well as the quality control of various raw materials for actual production of electronic grade glass fibers The glass strand yield full package rate hollow fiber percentage and energy consumption in the cases of using different formulas are conpared Furthermore the combination of various controls and meticulous management of glass fiber production are elaborated Key words glass fiber raw material formula quality control 收稿日期 2013 05 21 作者简介 梁红 女 1964 年生 质量管理部经理 工程师 0前言 我国电子级玻璃纤维的生产史较为短暂 如果从 珠海玻纤首次从日本日东纺全套引进我国第一条电子 级玻纤池窑拉丝生产技术和印制板用 E 玻璃纤维布生 产线 并于1990 年6 月份建成投产之日算起 也只有23 年 笔者有幸见证了中国第一座电子级玻纤池窑的点 火 在20 多年生产实践中 从全套照搬 到灵活应用和 开发创新走过了不寻常的路 在电子级玻纤生产中 原 料选用与配方设计起着至关重要的作用 直接影响着拉 丝成品率 满筒率 是需重点关注及控制的 玻璃纤维 2013年 第6期18 梁红 电子级玻璃纤维生产原料选用 配方设计及质量控制技术研究与应用研究 1玻璃原料的选用 1 1玻璃原料按其在玻璃中起的作用分 为主要原料和辅助原料 1 1 1主要原料 主要原料是形成玻璃结构的主体原料 如硅砂 叶蜡石 高岭土 方解石等 它们决定着玻璃的主 要物理 化学性质 这些原料熔融反应后即生成硅 酸盐 构成玻璃液的主体 1 1 2辅助原料 辅助原料用量较少但作用大 主要用以改善玻 璃的熔化 澄清 决定性能或使产品具有某些特殊性 能 如芒硝作澄清剂 碳粉作还原剂 萤石助熔等 1 2矿物资源 玻璃原料绝大多数是自然界的矿物 在资源有 限 不可再生的情况下我们应该合理 有效的利用 在可持续发展和原料品位上这就决定了必须以科学 探索 创新的方法变 废 为宝 让有限的资源能持 续支持玻纤业的发展 1 3低品位原料的选用 叶蜡石作为主要原料之一 主要分布在中国的福 建和浙江两省 如天台叶蜡石 青田叶蜡石 上虞叶蜡 石 福州峨嵋叶蜡石 福州寿山叶蜡石 庐江叶蜡石等 电子级玻纤池窑投产初中期 由于产量低 用量少 可以 选用较高品位的叶蜡石 Al2O3质量分数为21 23 的优质矿物 矿物相 品质容易控制 随着玻纤业的快 速发展 原料的大量消耗 使得高品位叶蜡石减少 部分 矿源 如天台 枯竭 不能满足生产用量 这势必在品位 和质量的控制上提出了新的挑战 由于叶蜡石在配方中占约 55 产生的影响也 大 其伴生矿物复杂 如明矾石 蒙脱石 硅线石 蓝晶 石 红柱石 刚玉 金红石 硬水铝石 硬绿泥石 勃姆 石等均是难熔重矿物 是对熔制有害的杂质 2008 年 5 月 开始对福建叶蜡石矿进行了细致的考察 通过 X 衍射对低品位叶蜡石矿物相分析研究 图谱显示矿物 相为石英65 叶蜡石25 高岭石10 图1 因此 认为福建低品位叶蜡石纯净 无杂质 在配合选矿 加工均化工艺优化的基础上 其在熔制理论技术上是 可行的 同时可以减少硅砂的加入 节约能耗 生产 使用后效果良好 质量标准见表1 表 1福建低品位叶蜡石质量标准 项目质量标准 外观白色粉末 无异物 不结块 手捏不成团 SiO2 77 50 0 50 Al2O3 17 0 0 25 TiO2 0 40 Fe2O3 0 30 0 10 K2O 0 20 Na2O 0 20 MgO 0 20 1 4原料的配合使用及替代 1 4 1 微量元素的配合 无论怎样控制 一种原料总是存在缺陷的 如福 建低品位叶蜡石 K2O 偏高 青田庐江叶蜡石 TiO2偏 高 所含难熔杂质不同 其微量元素成分差别也较大 表 2 使用时必须考虑到微量元素的质量分数 特别是 S2 SO42 COD 对熔制的影响 根据配 合料 edox 值的控制要求 调整各种叶蜡石搭配使 用的比例 最大程度的减少杂质 发挥各自的优势 表 2同时期各种叶蜡石微量元素分析 不同时期同产地也会有较大波动 S2 SO4 2 COD mg kg 1 福建叶蜡石0 0600 085780 青田叶蜡石0 1400 130390 庐江叶蜡石0 2400 300190 浙江叶蜡石0 0800 390270 1 4 2同类原料的配合 我们早在2005 年就开始探讨在当时窑炉设计条件 下用高岭土部分替代叶蜡石的工艺 以稳定生产 并为 产品进入日本市场 从玻璃原料开始控制 减少金属 如 Au 引入 初期选用美国 Activeminerals International 公 司高岭土矿 经矿物相 微量元素分析研究 表明矿物 相稳定 控制引入的微量元素质量分数低 稳定 图 2 图3 表3 历时1 年多时间 从5 50 替代部分叶 蜡石 其后一直稳定生产 2008 年5 月为节约成本实行 国产化 开始对内蒙高岭土进行考察及开发利用 首次 将其应用在电子级玻纤池窑上 玻璃纤维 2013年 第6期19 技术研究与应用研究梁红 电子级玻璃纤维生产原料选用 配方设计及质量控制 图 1福建低品位叶蜡石矿物相分析图谱 图 2美国高岭土矿物相分析图谱 表 3叶蜡石 高岭土微量元素对比分析 S2 SO4 2 Au mg kg 1 Pb 叶蜡石样 10 0570 069 0 0890 0052 叶蜡石样 20 1400 130 0 1800 0036 美国高岭土样 10 0110 0150 045 0 0023 美国高岭土样 20 0150 0120 042 内蒙高岭土样 10 0200 0610 053 0 0026 内蒙高岭土样 20 0220 064 2配方设计 无碱电子级玻纤池窑采用无镁低硼配方 单一 芒硝为澄清剂 在有还原物质 主要是 S2 Fe2 C 等 存在的情况下 还原性物质与芒硝反应生成一部 玻璃纤维 2013年 第6期20 梁红 电子级玻璃纤维生产原料选用 配方设计及质量控制技术研究与应用研究 分硫化物 正是这些硫化物使芒硝的澄清作用更有 效 有硫化物存在时芒硝在 900 左右就开始分解 只有芒硝时分解温度为 1 288 左右 使芒硝的 表面活性剂作用和界面湍动作用在初生熔体时同时 发生 1 加快了硅酸盐的反应速率 玻璃也澄清 均 化得更快 图 3内蒙高岭土矿物相分析图谱 基于以上还原性硫澄清理论 在配方设计中要 做好以下两点 2 1配合料 edox 值控制 玻璃配合料的 edox 值 氧化还原态势 educ ing Oxydizing Potential 的缩写 主要由加入的氧化 剂和还原剂构成 但玻璃原料中也含有有机物或碳 物质 有时数量相当可观 这些物质相当于在配合料 中引入还原剂碳 1 要将这些物质换算成碳当量并 一起计算入配合料的 edox 值 控制还原性到一定程度 能使芒硝在玻璃熔制 和澄清中的作用达到最佳状态 从生产实践中总 结 我 公 司 池 窑 长 期 控 制 配 合 料 edox 值 在 60 80的范围内 能保持良好的作业状态 2 2玻璃液气泡的控制 3 4 澄清过程若气泡不能有效的排放 会在玻璃液 中残留较多的微泡 灰泡 在拉丝过程中被拉长 形成中空纤维 在印制线路板材中因抗 CAF 性能 的要求 CAF 是沿玻璃布基材中玻璃纤维表面金属 化孔间发生的离子迁移 及对 Hi POT 影响 中空纤 维是被限制的 分析认为中空纤维的绝缘性能远远 不如基材 在两端加上高压后中空纤维就会被击 穿 2 造成 PCB 板材的失效 通常电子级玻璃纤维 标准是每 10 万根单纤维中不超过 3 根中空纤维 熔制过程气泡的控制不仅直接影响自身拉丝作 业 也影响到下游客户产品的性能 在还原性硫澄 清熔制体系中 配合料中含有的 S 在早期以 SO2逸 出 使热点产生泡沫的可能性最小 并且在通路产生 二次气泡的可能性最小 通过监测玻璃液珠气泡 Fe2 与总 Fe 比例 配合料 COD 对玻璃配方小料调 整 在还原性不足时需加入纯碳粉调节 还原一部分 硫酸盐为硫化物 使熔制氧化 还原气氛处于最佳 的还原性硫澄清范围 以减少玻璃气泡 实际效果如 图 4 所示 玻璃纤维 2013年 第6期21 技术研究与应用研究梁红 电子级玻璃纤维生产原料选用 配方设计及质量控制 图 4实际生产过程气泡控制效果 3玻璃原料质量控制 玻璃原料质量控制要点是主成分的波动 铁质 微量元素及 COD 的稳定性 粒度分布 3 1主成分的控制 各种原料主成分的控制一直是关注的重点 波 动越小越好 如表 4 所示 以我公司实际情况 生产 中按以下控制均能满足生产工艺 达到稳定的作业 状态 3 4 表 4各原料主成分的控制 原料名称主要成分临界值 控制波动范围说明 叶蜡石 Al2O3 16 7 0 3 在主成分控制稳定的情 高岭土 Al2O3 38 0 0 7 况下 相关联的其他成 硅砂 SiO2 99 2 0 2 分 如叶蜡石 高岭土 方解石CaO 54 0 0 3 中的 SiO2 等一并会得到 萤石 CaF2 90 0 0 5 有效的控制 3 2微量元素的控制 Fe2O3控制在 0 3 是满意的 微量元素包括 难熔矿物 硫的化合物 原料中相当碳当量的物质 必须得到相应的控制 难熔矿物保证 0 2 主 要原料还原性 S 需按批次进行检测 实际数据纳入 配方计算中 各种原料 COD 的检测是与主成分检 测具有同等的重要性 是需要纳入配方计算中的 一 般 保 证 同 批 原 料COD的 波 动 在 100 150 mg kg 3 3粒度的控制 粒度分布关系到配合料的均匀性 熔制效率 占比大的难熔原料如叶蜡石 高岭土 硅砂的粒度 必须控制在 325 目 1 0 其中 200 目全通过 方 解石 萤石粒度控制在 30 目全通过 60 目剩余 1 0 以下 200 目 5 x 10 较为理想 各种原料 粒度的合理匹配能提高配合料的均匀性 一方面保 证熔制的效率 另一方面气泡的排放 助熔效果得到 好的发挥 实例 方解石粒度偏大 200 目 10 x 15 以 CaO 质量分数计 配合料均匀度仅 86 粒度调整为 200目5 x 10 后 配合料均匀度提高到98 以上 4不同原料配合应用比较 以下是不同原料搭配使用 在不同熔制条件下 玻璃纤维 2013年 第6期22 梁红 电子级玻璃纤维生产原料选用 配方设计及质量控制技术研究与应用研究 的生产情况比较 中空纤维数据是以同期生产的玻璃布检测得出 表 5不同原料搭配使用生产情况比较 主要原料搭配 小料 添加 配合料 edox 值 熔成率 成品率 平均 满筒率 每吨原丝 耗重油 kg 中空纤维 根 106根 2 种中等品位叶蜡 石配合使用 不使用 硅砂 碳粉 0 05 23 580 889 473 7403 00 43 3 种中上品位叶蜡 石配合使用 硅砂用 量较少 碳粉 0 05 19 681 789 277 5402 50 57 中上品位叶蜡石配 合高岭土使用 50 50 硅砂使用量大 碳粉 0 19 71 179 391 875 2396 90 80 低品位叶蜡石配合 高岭土使用 大幅减 少或不使用硅砂 碳粉 0 16 68 181 592 880 6366 70 25 比较可以看出 使用高岭土并控制配合料 ed ox 值在 70 左右 拉丝成品率 满筒率均有所提高 以低品位纯叶蜡石配合高岭土使用 熔制温度降低 约 20 能耗较低 各项生产指标为最佳 以上数据基于本公司实际生产情况 在不同的 窑炉设计 原料体系及熔制水平下会有所差异 仅供 参考 5结束语 电子级玻璃纤维生产受诸多种因素的影响 玻