CN109678351B - 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15～20μm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
下面结合说明书附图和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15～20μm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15～20μm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15～20μm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 (2)

1.一种表面粗化的玻璃纤维制备方法，其特征在于：表面粗化的玻璃纤维是一种有表面凸起和凹陷的表面粗化的玻璃纤维，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；将玻璃液送入制球机制球，制得玻璃球的直径在15～20μm之间；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；或者，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，所述发泡剂采用碳化硅、碳酸氢钠、硅酸钠以3:2:2的重量比组成，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。
2.根据权利要求1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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