CN109678351A - 一种表面粗化的玻璃纤维制备方法 - Google Patents

一种表面粗化的玻璃纤维制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种表面粗化的玻璃纤维制备方法，将玻璃纤维原料经过窑炉融化制球后，将玻璃球送入拉丝炉熔化成玻璃液拉丝，经装有发泡剂的喷雾器喷雾冷却使玻璃纤维丝表面粗化，之后经过集束器系统和拉丝机绕线绕制成玻璃纤维纱团。经漏板式喷雾器冷却纤维时，在喷雾器中加入发泡剂，将玻璃纤维表面粗糙处理，玻璃纤维表面产生许多大小不同的凹凸，能与热塑性塑料紧密粘结，使玻璃纤维易与塑料基体结合，与基体材料复合性能得到提高。

Description

一种表面粗化的玻璃纤维制备方法
技术领域
本发明属于玻璃纤维领域，具体涉及一种表面粗化的玻璃纤维制备方法。
背景技术
玻璃纤维是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造的一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多。玻璃纤维具有抗腐、隔热、隔音性能好，抗拉强度高，电绝缘性能好等优点。玻璃纤维通过作为复合材料中的增强材料，电子纤维成为建筑、交通、电子、电气、化工、冶金、环境等行业不可少的原材料，玻璃纤维日益受到了人们的重视。
玻璃纤维作为复合材料中的增强材料，赋予符合材料以高强度和高模量等力学性能。玻璃纤维具有良好的电学、热学、力学性能，但是，它们与塑料基体复合时，普遍存在相容性查的问题。玻璃纤维未经处理表面比较光滑，玻璃纤维不能很好的和偶联剂配合，塑料基体与玻璃纤维的浸润状态不佳，存在着玻璃纤维拔出的现象，塑料与玻璃纤维之间的结合力有限，生产出来的玻璃纤维复合材料的综合性能相对不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是玻璃纤维表面光滑与塑料结合力小，为解决上述问题，本发明提供一种表面粗化的玻璃纤维制备方法及装置，在玻璃纤维的生产过程中进行表面粗化，增大玻璃纤维的比表面积，提高了塑料与玻璃纤维之间的结合力。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种表面粗化的玻璃纤维制备方法，玻璃纤维由以下重量百分比的各组分制成，65%的SiO2，6%的Al2O3，5%的CaO，1%的K2O，1%的Na2O，5%的MgO，10%的B2O3，7%的高炉渣，制备方法按照如下步骤：
步骤一：根据组分配比，准备所需原料，均匀混合；
步骤二：设置窑炉熔化温度为1450～1550℃，将上述混合均匀的组分送入窑炉中熔化；
步骤三：将玻璃液送入制球机制球，制得玻璃球的直径在15～20mm之间；
步骤四：设置拉丝炉温度，拉丝炉温度设置热点温度为1170～1270℃，设置漏板为500～600孔，将玻璃球通过进料斗进入拉丝炉中；
步骤五：拉丝工艺设置，纤维成型冷却水压、气压保持恒定，纤维喷雾器中加入发泡剂，喷雾器的水压为0.2±0.04Mpa，气压0.2±0.04 Mpa，喷雾器椎角全部打开，打开角度70±10°；
步骤六：装配浸润剂槽内浸润剂，经浸润剂槽在纤维表面涂覆浸润剂；
步骤七：调节集束器系统和拉丝机转速，经分束器分拉，再由集束器集束后到达拉丝机拉丝，经过拉丝机的卷筒卷取和滑梭排线器排线，绕制成玻璃纤维纱团。
作为优选，玻璃纤维由以下重量百分比的各组分制成，65%的SiO2，6%的Al2O3，5%的CaO，1%的K2O，1%的Na2O，5%的MgO，10%的B2O3，7%高炉渣，制备方法按照如下步骤：
步骤一：根据组分配比，准备所需原料，均匀混合，
步骤二：设置坩埚温度为1170～1270℃，设置漏板参数，将上述混合均匀的物料通过进料斗送入坩埚中；
步骤三：拉丝工艺设置，纤维成型冷却水压、气压保持恒定，纤维喷雾器中加入发泡剂，喷雾器的水压为0.2±0.04Mpa，气压0.2±0.04 Mpa，喷雾器椎角全部打开，打开角度70±10°；
步骤四：装配浸润剂槽内浸润剂，经浸润剂槽在纤维表面涂覆浸润剂；
步骤五：调节集束器系统和拉丝机转速，经分束器分拉，再由集束器集束后到达拉丝机拉丝，经过拉丝机的卷筒卷取和滑梭排线器排线，绕制成玻璃纤维纱团。
进一步，发泡剂采用碳化硅、碳酸氢钠、硅酸钠以3:2:2的重量比组成。
进一步，浸润剂的重量组成如下：5%的偶联剂，5%的润滑剂，10%的环氧成膜剂，5%的粘结剂，5%的表面活性剂，70%的水。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：经漏板式喷雾器冷却纤维时，在喷雾器中加入发泡剂，将玻璃纤维表面粗糙处理，玻璃纤维表面产生许多大小不同的凹凸，能与热塑性塑料紧密粘结，使玻璃纤维易与塑料基体结合，与基体材料复合性能得到提高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细介绍，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施。
具体实施例1：
一种表面粗化的玻璃纤维制备方法，：玻璃纤维由以下各组分制成，65g的SiO2，6g的Al2O3，5g的CaO，1g的K2O，1g的Na2O，5g的MgO，10g的B2O3，7g的高炉渣，5g的发泡剂由1500目的碳化硅2.14g、国药集团化学试剂有限公司的碳酸氢钠1.43g、国药集团化学试剂有限公司的硅酸钠1.43g组成，浸润剂由5g的偶联剂，5g的润滑剂，10g的环氧成膜剂，5g的粘结剂，5g的表面活性剂，70g的水组成，制备方法按照如下步骤：
步骤一：根据组分配比，准备所需原料，均匀混合；
步骤二：设置窑炉熔化温度为1450～1550℃，将上述混合均匀的组分送入窑炉中熔化；
步骤三：将玻璃液送入制球机制球，制得玻璃球的直径在15～20mm之间；
步骤四：设置拉丝炉温度，拉丝炉温度设置热点温度为1170～1270℃，设置漏板为500～600孔，单丝直径在微米级，将玻璃球通过进料斗进入拉丝炉中；
步骤五：拉丝工艺设置，纤维成型冷却水压、气压保持恒定，纤维喷雾器中加入发泡剂，喷雾器的水压为0.2±0.04Mpa，气压0.2±0.04 Mpa，喷雾器椎角全部打开，打开角度70°；
步骤六：装配浸润剂槽内浸润剂，经浸润剂槽在纤维表面涂覆浸润剂；
步骤七：调节集束器系统和拉丝机转速，经分束器分拉，再由集束器集束后到达拉丝机拉丝，经过拉丝机的卷筒卷取和滑梭排线器排线，绕制成玻璃纤维纱团。
具体实施例2：
表面粗化的玻璃纤维制备方法的具体实施方案步骤如下：将60g的SiO2，6g的Al2O3，5g的CaO，1g的K2O，1g的Na2O，5g的MgO，10g的B2O3，7g的高炉渣，5g的发泡剂；5g的发泡剂由1500目的碳化硅2.14g、国药集团化学试剂有限公司的碳酸氢钠1.43g、国药集团化学试剂有限公司的硅酸钠1.43g组成，浸润剂由5g的偶联剂，5g的润滑剂，10g的环氧成膜剂，5g的粘结剂，5g的表面活性剂，70g的水组成，按照以下步骤制备：
步骤一：根据组分配比，准备所需原料，均匀混合；
步骤二：设置窑炉熔化温度为1550℃，将上述混合均匀的组分送入窑炉中熔化；
步骤三：送入制球机制球，制得玻璃球的直径在15～20mm之间；
步骤四：设置拉丝炉温度为1270℃，设置漏板参数为600孔，单丝直径在微米级，将玻璃球通过进料斗送入拉丝炉中；
步骤五：拉丝工艺设置，纤维成型冷却水压、气压保持恒定，保证拉丝作业的稳定性，纤维喷雾器中加入发泡剂，使玻璃纤维冷却成型时表面粗化，喷雾器的水压为0.2±0.04Mpa，气压0.2±0.04 Mpa，喷雾器椎角全部打开，打开角度70±10°；
步骤六：装配浸润剂槽内浸润剂，经浸润剂槽在纤维表面涂覆浸润剂；
步骤七：调节集束器系统和拉丝机转速，经分束器分拉，再由集束器集束后到达拉丝机拉丝，经过拉丝机的卷筒卷取和滑梭排线器排线，绕制成玻璃纤维纱团。
具体实施例3：
一种表面粗化的玻璃纤维制备方法，：玻璃纤维由以下各组分制成，65g的SiO2，6g的Al2O3，5g的CaO，1g的K2O，1g的Na2O，5g的MgO，10g的B2O3，7g的高炉渣，5g的发泡剂由1500目的碳化硅2.14g、国药集团化学试剂有限公司的碳酸氢钠1.43g、国药集团化学试剂有限公司的硅酸钠1.43g组成，浸润剂由5g的偶联剂，5g的润滑剂，10g的环氧成膜剂，5g的粘结剂，5g的表面活性剂，70g的水组成，制备方法按照如下步骤：
步骤一：根据组分配比，准备所需原料，均匀混合；
步骤二：设置窑炉熔化温度为1450～1550℃，将上述混合均匀的组分送入窑炉中熔化；
步骤三：将玻璃液送入制球机制球，制得玻璃球的直径在15～20mm之间；
步骤四：设置拉丝炉温度，拉丝炉温度设置热点温度为1170℃，设置漏板为500孔，单丝直径在微米级，将玻璃球通过进料斗进入拉丝炉中；
步骤五：拉丝工艺设置，纤维成型冷却水压、气压保持恒定，纤维喷雾器中加入发泡剂，喷雾器的水压为0.2±0.04Mpa，气压0.2±0.04 Mpa，喷雾器椎角全部打开，打开角度80°；
步骤六：装配浸润剂槽内浸润剂，经浸润剂槽在纤维表面涂覆浸润剂；
步骤七：调节集束器系统和拉丝机转速，经分束器分拉，再由集束器集束后到达拉丝机拉丝，经过拉丝机的卷筒卷取和滑梭排线器排线，绕制成玻璃纤维纱团。
具体实施例4：
一种表面粗化的玻璃纤维制备方法，玻璃纤维由以下各组分制成，65g的SiO2，6g的Al2O3，5g的CaO，1g的K2O，1g的Na2O，5g的MgO，10g的B2O3，7g的高炉渣，5g的发泡剂由1500目的碳化硅2.14g、国药集团化学试剂有限公司的碳酸氢钠1.43g、国药集团化学试剂有限公司的硅酸钠1.43g组成，浸润剂由5g的偶联剂，5g的润滑剂，10g的环氧成膜剂，5g的粘结剂，5g的表面活性剂，70g的水组成，制备方法按照如下步骤：步骤一：根据组分配比，准备所需原料，均匀混合，
步骤二：设置坩埚温度为1170～1270℃，设置漏板为500～600孔，将上述混合均匀的物料通过进料斗送入坩埚中；
步骤三：拉丝工艺设置，纤维成型冷却水压、气压保持恒定，纤维喷雾器中加入发泡剂，喷雾器的水压为0.2±0.04Mpa，气压0.2±0.04 Mpa，喷雾器椎角全部打开，打开角度70±10°；
步骤四：装配浸润剂槽内浸润剂，经浸润剂槽在纤维表面涂覆浸润剂；
步骤五：调节集束器系统和拉丝机转速，经分束器分拉，再由集束器集束后到达拉丝机拉丝，经过拉丝机的卷筒卷取和滑梭排线器排线，绕制成玻璃纤维纱团。
具体实施例5：
一种表面粗化的玻璃纤维制备方法，玻璃纤维由以下各组分制成，65g的SiO2，6g的Al2O3，5g的CaO，1g的K2O，1g的Na2O，5g的MgO，10g的B2O3，7g的高炉渣，5g的发泡剂由1500目的碳化硅2.14g、国药集团化学试剂有限公司的碳酸氢钠1.43g、国药集团化学试剂有限公司的硅酸钠1.43g组成，浸润剂由5g的偶联剂，5g的润滑剂，10g的环氧成膜剂，5g的粘结剂，5g的表面活性剂，70g的水组成，制备方法按照如下步骤：步骤一：根据组分配比，准备所需原料，均匀混合，
步骤二：设置坩埚温度为1270℃，设置漏板为600孔，将上述混合均匀的物料通过进料斗送入坩埚中；
步骤三：拉丝工艺设置，纤维成型冷却水压、气压保持恒定，纤维喷雾器中加入发泡剂，喷雾器的水压为0.2±0.04Mpa，气压0.2±0.04 Mpa，喷雾器椎角全部打开，打开角度80°；
步骤四：装配浸润剂槽内浸润剂，经浸润剂槽在纤维表面涂覆浸润剂；
步骤五：调节集束器系统和拉丝机转速，经分束器分拉，再由集束器集束后到达拉丝机拉丝，经过拉丝机的卷筒卷取和滑梭排线器排线，绕制成玻璃纤维纱团。
具体实施例6：
一种表面粗化的玻璃纤维制备方法，玻璃纤维由以下各组分制成，65g的SiO2，6g的Al2O3，5g的CaO，1g的K2O，1g的Na2O，5g的MgO，10g的B2O3，7g的高炉渣，5g的发泡剂由1500目的碳化硅2.14g、国药集团化学试剂有限公司的碳酸氢钠1.43g、国药集团化学试剂有限公司的硅酸钠1.43g组成，浸润剂由5g的偶联剂，5g的润滑剂，10g的环氧成膜剂，5g的粘结剂，5g的表面活性剂，70g的水组成，制备方法按照如下步骤：步骤一：根据组分配比，准备所需原料，均匀混合，
步骤二：设置坩埚温度为1170℃，设置漏板为500孔，将上述混合均匀的物料通过进料斗送入坩埚中；
步骤三：拉丝工艺设置，纤维成型冷却水压、气压保持恒定，纤维喷雾器中加入发泡剂，喷雾器的水压为0.2±0.04Mpa，气压0.2±0.04 Mpa，喷雾器椎角全部打开，打开角度60°；
步骤四：装配浸润剂槽内浸润剂，经浸润剂槽在纤维表面涂覆浸润剂；
步骤五：调节集束器系统和拉丝机转速，经分束器分拉，再由集束器集束后到达拉丝机拉丝，经过拉丝机的卷筒卷取和滑梭排线器排线，绕制成玻璃纤维纱团。
SiO2本身可以单独形成稳定的玻璃，在该玻璃系统中起骨架作用，保证玻璃纤维的强度，SiO2含量过高时，粘度急剧上升，玻璃中气泡很难排除，内部气泡将直接影响玻璃纤维强度，本发明最优的限定SiO2的含量为65%。
玻璃纤维用于增强塑料，作为优选，浸润剂中加入偶联剂，在玻璃纤维表面涂覆偶联剂，进一步提高玻璃纤维与塑料之间的结合力，硅烷偶联剂包括：单氨基硅烷、二氨基硅烷、甲基硅烷、环氧硅烷、乙烯基硅烷、丙烯酸硅烷、脲基硅烷，可以根据与热塑性塑料的相容性选定硅烷偶联剂即可。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种表面粗化的玻璃纤维制备方法，其特征在于：玻璃纤维由以下重量百分比的各组分制成，65%的SiO2，6%的Al2O3，5%的CaO，1%的K2O，1%的Na2O，5%的MgO，10%的B2O3，7%的高炉渣，制备方法按照如下步骤：
步骤一：根据组分配比，准备所需原料，均匀混合；
步骤二：设置窑炉熔化温度为1450～1550℃，将上述混合均匀的组分送入窑炉中熔化；
步骤三：将玻璃液送入制球机制球，制得玻璃球的直径在15～20mm之间；
步骤四：设置拉丝炉温度，拉丝炉温度设置热点温度为1170～1270℃，设置漏板为500～600孔，将玻璃球通过进料斗进入拉丝炉中；
步骤五：拉丝工艺设置，纤维成型冷却水压、气压保持恒定，纤维喷雾器中加入发泡剂，喷雾器的水压为0.2±0.04Mpa，气压0.2±0.04 Mpa，喷雾器椎角全部打开，打开角度70±10°；
步骤六：装配浸润剂槽内浸润剂，经浸润剂槽在纤维表面涂覆浸润剂；
步骤七：调节集束器系统和拉丝机转速，经分束器分拉，再由集束器集束后到达拉丝机拉丝，经过拉丝机的卷筒卷取和滑梭排线器排线，绕制成玻璃纤维纱团。
2.根据权利要求1所述的一种表面粗化的玻璃纤维制备方法，其特征在于：由以下重量百分比的各组分制成，65%的SiO2，6%的Al2O3，5%的CaO，1%的K2O，1%的Na2O，5%的MgO，10%的B2O3，7%高炉渣，制备方法按照如下步骤：
步骤一：根据组分配比，准备所需原料，均匀混合，
步骤二：设置坩埚为1170～1270℃，设置漏板参数，将上述混合均匀的物料通过进料斗送入坩埚中；
步骤三：拉丝工艺设置，纤维成型冷却水压、气压保持恒定，纤维喷雾器中加入发泡剂，喷雾器的水压为0.2±0.04Mpa，气压0.2±0.04 Mpa，喷雾器椎角全部打开，打开角度70±10°；
步骤四：装配浸润剂槽内 ，经浸润剂槽在纤维表面涂覆浸润剂；
步骤五：调节集束器系统和拉丝机转速，经分束器分拉，再由集束器集束后到达拉丝机拉丝，经过拉丝机的卷筒卷取和滑梭排线器排线，绕制成玻璃纤维纱团。
3.根据权利要求1或2任一项所述表面粗化的玻璃纤维制备方法，其特征在于：发泡剂采用碳化硅、碳酸氢钠、硅酸钠以3:2:2的重量比组成。
4.根据权利要求1或2任一项所述表面粗化的玻璃纤维制备方法，其特征在于：浸润剂的重量组成如下：5%的偶联剂，5%的润滑剂，10%的环氧成膜剂，5%的粘结剂，5%的表面活性剂，70%的水。
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