玻纤纤丝生产技术的进步

玻纤纤丝生产技术的进步

1生产符合我国国情的电子玻生产有两种纤维方法：池炉法和粉法。池窑法是将配合料投入窑炉,经高温熔化、澄清、均化后,直接拉制成玻璃纤维原丝。坩埚法则是先将配合料熔化成玻璃液,制成一定规格的玻璃球,再将玻璃球清洗后加入代铂坩埚中,在高温下二次熔化,通过铂铑漏板最终拉制成玻璃纤维原丝。电机、电器制造工业的发展,需要性能优异的电绝缘材料。我国最早是从国外购买玻璃纤维制品生产电绝缘产品。上世纪50年代末期,参照国外无碱玻璃纤维成分,采用马蹄型火焰窑和国产制球机生产出无碱玻璃球。又从苏联引进了球法拉丝(坩埚法)生产工艺,仿造了成套设备,并改造了棉纺织机械,使之适应了玻纤纺织制品工艺的要求。经过几年的探索实践,形成了初具规模的玻璃纤维工业,为国民经济各部门和国防军事工业提供了急需的产品。改革开放推动了国民经济整体持续高速发展,特别需要玻璃纤维的下游工业产品有:复合材料、工程塑料、覆铜板绝缘材料、新型建材、各种工业用玻纤制品等,这些新材料需用量越来越大,同时对玻璃纤维质量的要求也不断提高。我国从上世纪90年代开始引进池窑拉丝技术。重庆、东莞、珠海先后引进池窑生产线,其中以珠海引进的生产线最完整,水平最高,从此开始有了国产的高质量的电子玻纤制品。尽管火焰熔窑拉丝技术是拉丝行业的一大进步,具有很多优点,但仍有不足之处,如投资大、能耗高、污染大等。而电熔窑池窑拉丝具有能耗低、污染小、耐火材料侵蚀小、投资小等优点。2窑壁式马鞍的族长电熔窑池窑拉丝是指将电熔窑内熔化、澄清、均化好的玻璃液,通过漏板直接拉制成玻璃纤维的工艺过程。2.1无碱光纤材料的铺设电熔池窑拉丝工艺见图1。把配制好的配合料均匀地布于电熔窑表面,熔化好的玻璃液经流液洞、上升道、主料道、支料道流到漏板。每个漏板前设一闸板,一旦某个漏板出现问题,可将其前部的闸板闸死,对其进行修理,而其它漏板的作业不会受到影响。生产无碱玻璃纤维时,为了防止硼挥发,我们采用全封闭料道,见图2。料槽采用33氧化法无缩孔电熔砖拼砌而成,底部和外部采用低容重保温砖和硅酸铝纤维毡进行保温,料槽侧壁砖设有电极孔。#盖板砖采用33#氧化法无缩孔电熔砖,盖在料槽上部,直接与玻璃液接触,没有空隙,以消除氧化硼的挥发。料道上部有硅碳棒,玻璃液内有钼电极,两者足以保证玻璃液温度均匀,为拉丝提供保证。2.2电熔池窑介绍与火焰熔窑相比,电熔窑池窑具有以下优点:(1)散热损失小火焰熔窑不论是普通燃烧,还是富氧燃烧或全氧燃烧,都排放大量高温废气,只是因燃烧方式的不同,在排放量上有点区别,但没有根本的不同。而电熔窑不用火焰,不产生燃烧废气,只是在配合料分解时会放出一些气体。电熔窑的空间温度很低,一般低于200℃,与火焰熔窑空间的温度相比,可以忽略不计。火焰熔窑必须有一定的火焰燃烧空间,即由胸墙和大碹组成的燃烧空间,熔化同样吨位的玻璃,火焰熔窑的比表面积远大于电熔窑。由传热公式得出:式中:Q─散热损失,kW/h;─导热系数,kJ/m·h·℃;λtw11─熔窑耐火材料内壁温度,℃;tw2─熔窑耐火材料外壁温度,℃;δ—耐火材料的厚度,m。可见,在其它条件相同的情况下,熔窑的散热损失和熔窑的表面积成正比。由于电熔窑的比表面积小,所以其散热损失也小。(2)对耐火材料侵蚀小熔窑耐火材料被侵蚀得快慢,在很大程度上取决于耐火材料所处的温度,尤其是高温时。众所周知,火焰熔窑内的温度分布规律如下:式中:tglass—玻璃液表面温度,℃;—熔窑火焰空间内壁温度,℃;twall由上式可知,玻璃液表面温度低于胸墙和大碹内表面温度。电熔窑是靠电极直接加热玻璃液,只要电极布置得合理。电力线的密集区是在电极之间,池壁附近的电力线密度最小。见图3。在同一平面上,池壁处温度最低。由此可见,在玻璃液温度相同时,电熔窑的耐火材料承受的温度相对较低,所以,其被侵蚀的速度也低。(3)熔化率大(4)挥发率小配合料中通常都含有一些易挥发组分,如我国大量生产的无碱1#玻璃纤维成分中就含有8.5%的B2O3。硼酸熔点是185℃,熔化后,先形成酸酣,然后分解为氧化硼。氧化硼熔点为450℃,沸点1500℃。当窑炉空间温度为1600℃左右时,大量的氧化硼被挥发,通常火焰窑的硼挥发在10%～20%之间。设计料方时,必须根据纤维中氧化硼的实际含量予以考虑。电熔窑多为冷顶操作。沿纵向依次分为:配合料层、化学反应层、硅酸盐形成层、玻璃形成层和澄清均化层。进入高温层的硼酸分解成氧化硼后,部分以气体的形式上升。到达顶层后,由于该处温度较低,又冷凝回到配合料层,重新熔化。由于冷顶操作挥发份通常在1.5%左右。(5)污染小除前面所述的硼挥发外,火焰窑熔化时,多选用白砒为澄清剂。白砒虽有良好的澄清效果,但有剧毒,在熔制过程中有很大的挥发,白砒随烟气排放到大气中散落到附近,严重污染环境,危害职工和工厂附近居民的身体健康。而电熔窑多用NaCl作澄清剂,只要用量合理,不会产生任何污染,也不会对产品造成任何影响。(6)投资小目前国内的火焰池窑拉丝均为大型企业,一般都需要几亿甚至十几亿元的投资。我国的拉丝行业多为中小型企业,尽管火焰池窑拉丝具有多种优点,但资金欠缺,只能望洋兴叹。而电熔池窑拉丝可以解决这个问题。以目前的技术可以建设10～50t/d的电熔池窑拉丝。拉丝企业以现有的拉丝设备为基础,再投资几百万就可建成电熔池窑拉丝,仅减少玻璃球这一中间环节,每年就会为企业带来不菲的效益。该技术会受到中小型拉丝企业的普遍欢迎,给拉丝行业带来大的革命。(7)冷修费用低火焰熔窑的耐火材料费用占投资的绝大部分,冷修时,大部分耐火材料要换掉。而电熔窑的耐火材料费用仅占总投资的1/3左右,剩余的费用是变压器、电控部分和电极,如果不损坏,变压器和电控部分可以使用几个窑期,电极的费用视损耗情况而定,冷修时,主要是更换耐火材料和部分电极。玻璃纤维的拉丝成型是一个连续过程,它对玻璃的物理、化学性能要求很高。当玻璃的物理、化学性能不符合标准规定的要求时,拉丝作业的连续性和稳定性就会受到破坏,从而导致玻璃纤维成品率下降,严重时会造成无法拉丝。(7)电熔池窑拉丝质量只要结构正确,电极布置合理就能生产出高质量的玻璃,如仿水晶玻璃(学名叫K9料),该产品晶莹剔透,不含结石、气泡等任何缺陷。以及高硼硅玻璃制品等。现在多为电熔窑熔化。(8)设计电熔池窑拉丝注意的问题设计电熔池窑拉丝时,要注意耐火材料的合理搭配,如电极砖和流液洞一定要用高标号的耐火材料,尽量使各处耐火材料的寿命相同,做到物尽其用,既可节省投资,又能保证熔窑寿命。设计电熔窑时,要特别重视玻璃液中残留的气泡泡径和气泡数量,因为气泡会造成断丝。设计熔窑时,要用钼电极,钼电极的熔点很高(2200℃),利于高温熔化。只要电极的电流负荷合理,钼的损耗量就很少,不会对玻璃造成任何污染。9tspace火焰熔窑介绍全电熔池窑拉丝,工艺简单,熔化率高,能耗低,自动化程度高,易于掌握,无污染,且投资小,门槛低,可以给企业带来较大的经济效益,将为拉丝行业带来革命性的变革。─散热面积,m;2F—空间火焰温度,℃。tspace火焰熔窑主要靠辐射传热,玻璃液温度从上到下按一定的斜率分布。表层温度高,化学反应速度快,越向下,温度越低,反应越慢,属