CN106698922A - 一种使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及玻璃纤维制造技术领域，具体地说，是一种使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法，包括五个步骤：原料选择、窑炉熔制、玻璃液组分测定、离心喷吹成纤和离心喷吹机的环形喷火口射出的高温高速气流作用下被拉伸成平均直径1—3μm的玻璃微纤维，采用本发明披露的技术方案生产的玻璃微纤维，既具有纤维直径小于普通离心喷吹法玻璃棉，也具有火焰喷吹法所不具备的产量大、能耗低、成本低等优点，产品可以广泛应用于VIP（真空绝热板）、交通运输等要求保温隔热的领域，用于高档建筑的隔音防火领域，部分代替火焰喷吹法玻璃微纤维用于铅酸蓄电池玻纤隔板等。

Description

一种使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法

技术领域

本发明涉及玻璃纤维制造技术领域，具体地说，是一种使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法。

背景技术

玻璃纤维（英文原名为：glass fiber或fiberglass）是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的1/20—1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。玻璃纤维产品形态各异，品种用途广泛，按形态和长度可分为连续玻璃纤维和棉状短纤维。其中连续玻璃纤维种类繁多，用途广泛，主要有：制造纺织制品的玻璃纤维原丝，可以用作电气绝缘材料，也可以经涂层处理用于建筑、环保行业；无纺材料市场需求和产量最大，广泛用作为增强塑料基材；特种功能纤维和织物主要应用在高新技术领域，满足对特殊功能的要求。

玻璃纤维生产工艺分为坩埚拉丝法和池窑拉丝法：坩埚拉丝法由于存在能耗高、产量低、质量不稳定、生产效率低、自动化程度低等诸多弊端，现已逐渐被池窑拉丝工艺取代，池窑拉丝工艺把各种原料在窑炉中熔化后，直接经过料道送至专用铂合金漏板，熔化好的玻璃液从漏板流出后通过不同生产工艺可以制成连续纤维和棉絮状短纤维。窑炉熔化部和料道都有合理严格的温度制度控制，这种方法温度制度合理，节省能源消耗，生产工艺稳定，利于实现规模化、自动化生产，已经成为当今的主流技术。

棉状短纤维因外观呈棉絮状，又常称为玻璃棉，其以形成玻璃的石英砂、长石、白云石等硅酸盐矿物为原料，经窑炉熔化后通过供料道和漏板进入拉丝成纤工艺。玻璃棉成纤工艺主要由火焰喷吹法和离心喷吹法。离心喷吹法采用池窑拉丝工艺，玻璃液直接从供料道经漏板流入离心机上高速旋转的离心喷头内，离心喷头带有大量直径小于1mm的小孔，玻璃液在离心力作用下从小孔内挤出并在环形火口喷射出的高温高速气流作用下牵伸成玻璃纤维，经集棉装置收集后进入后道成型工序。离心喷吹法生产的玻璃棉纤维直径一般为5—8μm，经表面喷涂树脂并固化成型后制成制定规格的棉板或棉毡，主要用于对保温、防火要求较高的建筑、工业管网等领域。

火焰喷吹法生产的玻璃纤维平均直径可达0.5—3μm，一般将平均直径小于3μm的玻璃棉称为玻璃微纤维，其纤维直径小，加工成的制品柔软、导热系数更低、吸附能力更强、吸声效果更好，是非常优异的绝热、吸声、过滤材料，目前主要用作过滤材料和生产铅酸蓄电池隔板。火焰喷吹法一般采用坩埚拉丝法，需将玻璃球二次熔化，玻璃液从坩埚漏孔中流出被牵伸成一次丝，进入燃烧室喷出的高温高速火焰区形成微纤维。火焰喷吹法生产的微纤维直径离散度较大，并且其由于生产设备简单，工艺落后，操作环境差，导致其具有产量低、能耗高、成本高的缺陷，限制了其更广泛的应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明披露了一种使用离心喷吹工艺制备玻璃纤维的方法，具体技术方案如下：

一种使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法，使用的设备主要包括离心喷吹机，包括以下步骤：

步骤一、原料选择：原料包括石英砂、钠长石、锂长石、白云石、方解石、萤石和化工原料五水硼砂、纯碱和水，其中，各种原料配比为：石英砂240—280kg、钠长石60—85kg、锂长石20—30kg、白云石25—35kg、方解石25—30kg、萤石3.5—5kg、五水硼砂60—72kg、纯碱80—95kg，水的质量占总质量的的2—5%，石英砂中SiO₂的含量不低于99%，五水硼砂中Na₂B₄O₇的含量不低于69%，纯碱中Na₂CO₃的含量不低于99%，钠长石中Al₂O₃的含量不低于18%，白云石中（CaCO₃+MgCO₃）的含量不低于96%，方解石中CaCO₃的含量不低于54%，锂长石中LiO₂的含量介于2%—3%之间；

步骤二、窑炉熔制：将上述原料准确称重，混合均匀，利用往复式自动投料机均匀薄层投入窑炉内，熔制成成分稳定、均匀的玻璃液，用来熔制玻璃液的窑炉温度控制在1380—1400℃之间；

步骤三、玻璃液组分测定：使用仪器设备对经过步骤二熔制成的玻璃液的组分进行测定，保证玻璃液中SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃的含量比值在规定的范围内，其中SiO₂的含量比值在64%—67%之间，B₂O₃的含量比值在6%—%之间，Al₂O₃的含量比值在3.5%—4.5%之间；

步骤四、离心喷吹成纤：将经过步骤三测定合格的玻璃液进入料道并经安装在料道下部的漏板流出进入离心喷吹机附带的高速旋转的离心喷头，在离心力作用下，玻璃液从离心喷头四周的小孔中甩出，温度控制在950—1090℃之间，玻璃液粘度控制在10—103.5Pa.s之间，安装在料道下部的漏板为单孔圆柱型，漏嘴孔径25—36mm、漏嘴长度70—100mm，材质为06Cr25Ni20合金钢，离心喷吹机附带的高速旋转的离心喷头外径360mm，小孔孔径0.65—0.85mm、孔数11000—37000个，成纤时旋转角速度为2300—2800r/min，温度为900—1030℃；

步骤五、经过步骤四离心喷吹成纤后的玻璃丝在离心喷吹机的环形喷火口射出的高温高速气流作用下被拉伸成平均直径1—3μm的玻璃微纤维，离心喷吹机的环形喷火口由直径为365mm的内圈和直径为377—383mm的外圈组成，与高速旋转的离心喷头上沿间距14—30mm，环形喷火口外圈分布着空气喷嘴，步骤五中高温高速气流是离心喷吹机燃烧室内天然气和空气混合燃烧后的气体，遇环形火口横截面积变小后压力升高、流速加快，进入离心喷吹机燃烧室内空气流量500—900m³/h，天然气与空气流量的配比为1：12—1：15，高温高速气流在环形喷火口出口处的流速为240—290m/s，温度为1180—1350℃。

本发明的有益效果：采用本发明披露的技术方案能够生产平均直径1—3μm的玻璃微纤维，既具有纤维直径小于普通离心喷吹法玻璃棉，也具有火焰喷吹法所不具备的产量大、能耗低、成本低等优点，产品可以广泛应用于VIP（真空绝热板）、交通运输等要求保温隔热的领域，用于高档建筑的隔音防火领域，部分代替火焰喷吹法玻璃微纤维用于铅酸蓄电池玻纤隔板等。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例一、平均直径2.5—3.0μm规格玻璃微纤维的生产方法

1、按规定将各原材料准确称重，混合均匀，匀速薄层投入窑炉内，熔制成成分稳定、均匀的玻璃液，玻璃液温度为1090℃时对应的粘度为10^1.7—10^2.1Pa.s，料道内通过电加热方式形成温度稳定的玻璃液流，供给漏板；

2、选择漏板漏嘴孔径35mm，调节料道内玻璃液温度1090℃，调节漏板电流使玻璃液流量为240—250kg/h，调节离心机变频器至离心喷头转速2400—2500r/min，离心器孔径0.8mm、孔数17145个，空气流量650—700m³/h，环形喷火口外圈直径381mm，高温高速气流流速为250—260m/s；

3、微调天然气用量，使天然气与空气配比约为1:13—1:14，高温高速气流温度为1220—1250℃，可获得平均直径2.5—3μm的玻璃微纤维。

实施例二、平均直径2.2—2.6μm规格玻璃微纤维生产方法

1、按规定将各原材料准确称重，混合均匀，匀速薄层投入窑炉内，熔制成成分稳定、均匀的玻璃液，玻璃液温度为1070℃时对应的粘度为10^1.7—10²Pa.s，料道内通过电加热方式形成温度稳定的玻璃液流，供给漏板；

2、选择漏板漏嘴孔径32mm、玻璃液温度1070℃、玻璃液流量190—200kg/h，离心喷头转速2400—2500r/min，离心喷头孔径0.75mm、孔数20320个，空气流量650—700m³/h，环形喷火口外圈直径381mm，高温高速气流流速250—260m/s；

3、微调天然气用量，使天然气与空气配比约为1:13—1:14，高温高速气流温度为1240—1270℃，可获得平均直径2.2—2.6μm的玻璃微纤维。

实施例三、平均直径1.5—2.0μm规格玻璃微纤维生产方法

1、按规定将各原材料准确称重，混合均匀，匀速薄层投入窑炉内，熔制成成分稳定、均匀的玻璃液，玻璃液温度为1060℃时对应的粘度为10^1.6—10²Pa.s，料道内通过电加热方式形成温度稳定的玻璃液流，供给漏板；

2、选择漏板漏嘴孔径26mm、玻璃液温度1060℃、玻璃液流量140—160kg/h，离心喷头转速2700—2800r/min，离心喷头孔径0.7mm、孔数30530个，空气流量750—800m³/h，环形喷火口外圈直径379mm，高温高速气流流速270—290m/s；

3、微调天然气用量，使天然气与空气配比约为1:12—1:13，高温高速气流温度为1260—1290℃，可获得平均直径1.5—2.0μm的玻璃微纤维。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法，使用的设备主要包括离心喷吹机，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、原料选择：原料包括石英砂、钠长石、锂长石、白云石、方解石、萤石和化工原料五水硼砂、纯碱和水；

步骤二、窑炉熔制：将上述原料准确称重，混合均匀，利用往复式自动投料机均匀薄层投入窑炉内，熔制成成分稳定、均匀的玻璃液；

步骤三、玻璃液组分测定：使用仪器设备对经过步骤二熔制成的玻璃液的组分进行测定，保证玻璃液中SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃的含量比值在规定的范围内，其中SiO₂的含量比值在64%—67%之间，B₂O₃的含量比值在6%—%之间，Al₂O₃的含量比值在3.5%—4.5%之间；

步骤四、离心喷吹成纤：将经过步骤三测定合格的玻璃液进入料道并经安装在料道下部的漏板流出进入离心喷吹机附带的高速旋转的离心喷头，在离心力作用下，玻璃液从离心喷头四周的小孔中甩出；

步骤五、经过步骤四离心喷吹成纤后的玻璃丝在离心喷吹机的环形喷火口射出的高温高速气流作用下被拉伸成平均直径1—3μm的玻璃微纤维。

2.根据权利要求1所述的使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法，其特征在于：在步骤一中，各种原料配比为：石英砂240—280kg、钠长石60—85kg、锂长石20—30kg、白云石25—35kg、方解石25—30kg、萤石3.5—5kg、五水硼砂60—72kg、纯碱80—95kg，水的质量占总质量的的2—5%。

3.根据权利要求2所述的使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法，其特征在于：所述石英砂中SiO₂的含量不低于99%，所述五水硼砂中Na₂B₄O₇的含量不低于69%，所述纯碱中Na₂CO₃的含量不低于99%，所述钠长石中Al₂O₃的含量不低于18%，所述白云石中（CaCO₃+MgCO₃）的含量不低于96%，所述方解石中CaCO₃的含量不低于54%，所述锂长石中LiO₂的含量介于2%—3%之间。

4.根据权利要求3所述的使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法，其特征在于：所述步骤二中，用来熔制玻璃液的窑炉温度控制在1380—1400℃之间。

5.根据权利要求4所述的使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法，其特征在于：所述步骤四中，进行离心喷吹成纤的玻璃液温度控制在950—1090℃之间，玻璃液粘度控制在10—10^3.5 Pa.s之间。

6.根据权利要求1—5任一项所述的使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法，其特征在于：所述步骤四中，所述安装在料道下部的漏板为单孔圆柱型，漏嘴孔径25—36mm、漏嘴长度70—100mm，材质为06Cr25Ni20合金钢。

7.根据权利要求6所述的使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法，其特征在于：在步骤四中，所述离心喷吹机附带的高速旋转的离心喷头外径360mm，小孔孔径0.65—0.85mm、孔数11000—37000个，成纤时旋转角速度为2300—2800r/min，温度为900—1030℃。

8.根据权利要求7所述的使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法，其特征在于：在步骤五中，所述离心喷吹机的环形喷火口由直径为365mm的内圈和直径为377—383mm的外圈组成，与高速旋转的离心喷头上沿间距14—30mm。

9.根据权利要求8所述的使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法，其特征在于：所述环形喷火口外圈分布着空气喷嘴，所述步骤五中高温高速气流是离心喷吹机燃烧室内天然气和空气混合燃烧后的气体，遇环形火口横截面积变小后压力升高、流速加快。

10.根据权利要求9所述的使用离心喷吹工艺制备玻璃微纤维的方法，其特征在于：所述进入离心喷吹机燃烧室内空气流量500—900m³/h，所述天然气与空气流量的配比为1：12—1：15，所述高温高速气流在所述环形喷火口出口处的流速为240—290m/s，温度为1180—1350℃。