CN102320737A - 高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺和一种用于高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺的设备，所述烧结工艺分预热、烧结和缓冷三个阶段，所述预热阶段控制最高温度≤600℃；所述烧结阶段分为三个阶段；所述一种用于高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺的设备，所述隧道炉分为预热区、烧结区和缓冷区，预热区有一上、下开启炉门，头端设一排气烟窗，烧结区分为三段，其炉壁两侧和炉底部三面设置加热元件，缓冷区末端有一可上、下升降炉门；本发明大大提高了高硅氧玻璃纤维纱线绳高温烧结强度保留率和产品强度均匀性，大大提高高硅氧玻璃纤维纱线绳力学性能。

Description

高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺

技术领域

本发明涉及一种高硅氧玻璃纤维纱的烧结工艺，具体涉及一种高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺。

背景技术

高硅氧玻璃纤维是一种人造高性能无机纤维，它具有优良化学性能和物理性能：如优良耐酸性能，优异耐高温性能，优异高温隔热和高温介电性能。它在航天航空、国防军工以及国民经济领域中高温防热隔热、金属冶炼铸造、高温气体液体过滤、建筑防火等领域大显身手，应用领域和需求量日渐增加。

玻璃纤维经酸沥滤处理后，成为多孔疏松结构，强度低，且吸收大量水分，尺寸不稳定，须经高温烧结，使微孔闭合，结构紧密、定型。高温烧结定型是高硅氧玻璃纤维生产一个重要工序，其工艺和参数控制决定高硅氧玻璃纤维强度高低。热烧结定型对高硅氧玻璃纤维强度影响因素较复杂，如烧结温度、烧结时间等均影响酸沥滤后高硅氧玻璃纤维吸收水分的排出，结构水的析出、微孔闭合、表面裂纹及内部微观缺陷的消除或扩大等，而这些均影响纤维强度，也就是说，烧结工艺对高硅氧玻璃纤维性能影响很大。

目前国内纱、线、绳类高硅氧玻璃纤维产品高温烧结定型大多采用隧道炉推进式连续烧结工艺方法。但是纱、线大多卷装在陶瓷质圆筒上，而且多层缠绕卷装，这种纱、线卷筒直接在炉内烧结会出现几个问题：

①这种隧道炉大多采用电热丝或硅碳棒加热，炉腔内以辐射传热为主(当然也存在对流传热，纱、线和卷筒之间主要为热传导)，纱、线多层缠绕在陶瓷圆筒上，各层受热不均，难以烧结“透”。

②在高温烧结过程中，首先是吸附水去除，后来是结构水去除，由于多层缠绕，所以会使各层纤维去除水份程度不均匀。

③经酸沥滤后纤维组织结构发生变化，成为多孔状骨架结构，经高温烧结后，微孔闭合纤维收缩，由于多层卷绕，各层温度有差异，微孔闭合可能有先后，闭合程度不一，纤维收缩可能不一，所以造成各层纤维产生大小不一的张力，在各层纤维收缩率不一，张力不一情况下，产生纤维内应力和结构损伤，增加一些微裂纹，所以产品强度保留率不均匀，即产品强度低且不均匀。

发明内容

本发明针对上述不足，对高硅氧玻璃纤维纱的烧结工艺进行了改进，目的在于：克服现有烧结工艺中高耗能、产品强度保留率低，产品力学性能不均匀、不稳定的技术难题。

本发明的技术解决方案：

一种高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺，所述烧结工艺分预热、烧结和缓冷三个阶段，所述预热阶段控制最高温度≤600℃；所述烧结阶段分为三个阶段，第一段温度控制在600～650℃，第二段温度控制在650～750℃，时间，第三段温度控制在750～800℃；所述缓冷阶段让产品缓慢降低温度至室温。

一种用于高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺的设备，包括隧道炉、小车、轨道和支撑辊，所述隧道炉分为预热区、烧结区和缓冷区，预热区有一上、下开启炉门，头端设一排气烟窗，烧结区分为三段，其炉壁两侧和炉底部三面设置加热元件，缓冷区末端有一可上、下升降炉门；所述支撑辊设计为上面一根圆筒下面两根圆筒结构；所述小车两侧分别安装一组支撑辊，小车底部安装车轮，车轮与轨道吻合。

所述隧道炉内层采用耐火材料，中间层采用轻质保温砖，外层采用玻璃棉，保温材料总厚度为300mm；

所述隧道炉中预热区和烧结区长度相同，缓冷区的长度为烧结区的三分之一；

所述加热元件为电阻丝；

所述圆筒为耐热钢管外套瓷管结构；

所述所述支撑辊为薄壁高铝管材质；

本发明的有益效果：

本发明攻克了国内高硅氧玻璃纤维高温烧结存在的技术难题，大大提高了高硅氧玻璃纤维纱线绳高温烧结强度保留率和产品强度均匀性，大大提高高硅氧玻璃纤维纱线绳力学性能，可以解决航空航天国防军工对高硅氧纱线绳高力学性能的要求，对我国工业现代化也将发挥积极作用。

附图说明

图1为本发明隧道炉的结构示意图；

图2为本发明卷绕筒的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示：一种用于高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺的设备，包括隧道炉1、支撑架、轨道和卷绕筒，所述隧道炉1分为预热区2、烧结区3和缓冷区4，预热区有一上、下开启炉门(未提供图示)，头端设一排气烟窗2-1，烧结区分为三段，其炉壁两侧和炉底部三面设置加热元件(未提供图示)，缓冷区4末端有一可上、下升降炉门(未提供图示)。隧道炉1中预热区2和烧结区3长度相同，缓冷区4的长度为烧结区3的三分之一；

如图2所示：卷绕筒设计为上面一根圆筒6-1下面两根圆筒6-2，6-3设置，上面挂有高硅氧玻璃纤维纱5。

烧结工艺流程主要如下：

首先将高硅氧玻璃纤维纱5通过支撑辊装在小车上，小车沿隧道炉底轨道推入炉膛内。

本实施例中隧道炉1总长14米，分三个区，即预热区2，烧结区3，缓冷区4，烧结区3分三个阶段进行阶梯式分段控温。

预热区2：长6米，不设加热元件，有一上、下开启炉门，头端设一排气烟窗2-1。该区功能为：对酸沥滤后高硅氧玻璃纤维进行预热。纤维纱线推进后，温度升高，当达到100℃以上时，吸附水开始汽化、排出，当温度继续升高，结构水也开始排出。由于结构水要全部排出需较长时间，所以本区设计长度与烧结区相同，以便纤维在本区基本完成充分脱水，利于进入烧结区进行微孔闭合、收缩、定型。由于该区主要任务为脱水，所以温度不用太高，该区不设加热元件，其热量靠烧结区传递过来的热量。因为该区端部炉顶设一排气烟窗，它除了把该区水蒸气排出以减小炉内相对湿度，加快排出水进程，而且由于它的抽吸作用，可以使烧结区3热量传递过来，这样使该区从炉口到预热区2尾部形成一温度梯度。

烧结区3：长6米，两侧和炉底部三面设置加热元件，该区炉腔宽度较宽，以利于炉腔内热气流加热均匀。该区分三个温度段，每段2米长，实现阶梯式控温，从第一段到第三段，温度递增，由于该区功能为完成微孔闭合收缩定型，需要的温度较高，所以采用电阻丝加热。

本设计烧结区3分三段，进行三段阶梯式温控。第一段3-1温度控制在600～650℃，第二段3-2温度控制在650～750℃，第三段3-3温度控制在750～800℃。这样第一阶段主要使纤维结构水析出和细小微孔闭合，第二阶段主要使纤维基本完成结构水析出，微小孔继续闭合，第三阶段完成微孔闭合纤维收缩定型。

缓冷区4：长2米，末端有一可上、下升降炉门，该区不设加热元件，该区热量由烧结区传递过来，以维持一定温度，由于预热区2设排气烟窗，而该区不设排气烟窗，所以隧道炉内由于预热区烟窗抽拔作用，形成一定气流，即少量冷空气从缓冷区4炉门缝隙进入经烧结3区再到预热区2，所以该区温度低于烧结区3，且越近炉门温度越低，该区功能是使高温烧结定型后的高硅氧玻璃纤维纱缓慢冷却，以便出炉时温度不至于过高，这既可防止纤维急速冷却，造成较大残留热应力，也利于操作。

在烧结工艺过程中，圆筒6-1支撑高硅氧玻璃纤维纱5的上半部，圆筒6-2和6-3圆筒支撑中部，高硅氧玻璃纤维纱5的下半部分自由悬垂。由于没筒体阻隔，这样高硅氧玻璃纤维纱5大部分都能均匀受热，这样吸附水和结构水排出快且均匀。由于各层纤维均匀受热，各处微孔闭合均匀，且由于高硅氧玻璃纤维纱5可伸缩自由，所以热烧结产生纤维收缩不会产生较大张力，对纤维造成损伤较小，因此采用这种方法进行烧结定型处理，产品强度保留率较高，产品强度较均匀。

本工艺及设备不仅适用于高硅氧玻璃纤维纱，而且同样适用于其它高硅氧玻璃纤维制品，比如高硅氧玻璃纤维绳、高硅氧玻璃纤维线等。凡是采用发明相似结构设备及工艺或其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺，所述烧结工艺分预热、烧结和缓冷三个阶段，其特征在于：所述预热阶段控制最高温度≤600℃；所述烧结阶段分为三个阶段，第一段温度控制在600～650℃，第二段温度控制在650～750℃，时间，第三段温度控制在750～800℃；所述缓冷阶段让产品缓慢降低温度至室温。

2.一种用于高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺的设备，包括隧道炉、小车、轨道和支撑辊，其特征在于：所述隧道炉分为预热区、烧结区和缓冷区，预热区有一上、下开启炉门，头端设一排气烟窗，烧结区分为三段，其炉壁两侧和炉底部三面设置加热元件，缓冷区末端有一可上、下升降炉门；所述支撑辊设计为上面一根圆筒下面两根圆筒结构；所述小车两侧分别安装一组支撑辊，小车底部安装车轮，车轮与轨道吻合。

3.如权利要求2所述的用于高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺的设备，其特征在于：所述隧道炉内层采用耐火材料，中间层采用轻质保温砖，外层采用玻璃棉，保温材料总厚度为300mm。

4.如权利要求2所述的用于高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺的设备，其特征在于：所述隧道炉中预热区和烧结区长度相同，缓冷区的长度为烧结区的三分之一。

5.如权利要求2所述的用于高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺的设备，其特征在于：所述加热元件为电阻丝。

6.如权利要求2所述的用于高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺的设备，其特征在于：所述圆筒为耐热钢管外套瓷管结构。

7.如权利要求2所述的用于高硅氧玻璃纤维纱推进式烧结工艺的设备，其特征在于：所述支撑辊为薄壁高铝管材质。

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