CN112679098B - 一种玻璃纤维生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及玻璃纤维生产技术领域，具体涉及一种玻璃纤维生产方法。该玻璃纤维生产方法包括以下步骤：S1、将二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁和稀土材料搅拌均匀；S2、将步骤S1中的混合物加入窑炉中进行加热，加热后进行拉丝，制得玻璃纤维；S3、将步骤S2中制得的玻璃纤维进行酸洗；S4、将步骤S3中酸洗的玻璃纤维进行水洗，当清洗水的pH值大于5时水洗完成；S5、将步骤S4中水洗完成的玻璃纤维进行热定型处理；S6、将步骤S5中的玻璃纤维经过烘涂装置进行浸胶、压浆和烘干，得到带有涂层的强化玻璃纤维。引入适量稀土元素，解决传统高性能玻璃液相线温度偏高、析晶速率偏快，易于发生玻璃析晶现象。

Description

一种玻璃纤维生产方法

技术领域

本发明涉及玻璃纤维生产技术领域，具体地说就是一种玻璃纤维生产方法。

背景技术

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，具有不燃、耐高温、电绝缘、拉伸强度高、化学稳定性好等优良性能，使其成为理想的增强材料，因而，玻璃纤维已被广泛地应用于交通、运输、建筑、环保、石油、化工、电器、电子、机械、航空、航天、核能、兵器等领域。为了提高纱线的性能，通常选用高性能纤维制成的纺织物作为复合材料的增强结构，其中玻璃纤维纱线因具有该优点而得到更多的应用；工业上对玻璃纤维的要求也不断提高，现有技术还是难以使玻璃纤维同时具有较好的力学性能和成型性能。因此，我们通过改进玻璃纤维本身基础性能，研制出一种能保证较高基础性能同时又满足低成本的玻璃纤维新产品；公开号为CN105177886A的中国专利文献公开了一种玻璃纤维纱线的自动涂层设备，虽然能够对玻璃纤维纱进行涂层，但操作较为复杂，并且涂层浸润效果一般，容易出现涂层包覆不均匀的问题。

发明内容

为解决上述如何提高玻璃纤维力学性能、提高玻璃纤维涂层包覆效果的问题，本发明提供了一种玻璃纤维生产方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种玻璃纤维生产方法，包括以下步骤：

S1、将二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁和稀土材料搅拌均匀；

S2、将步骤S1中的混合物加入窑炉中进行加热，加热后进行拉丝，制得玻璃纤维；

S3、将步骤S2中制得的玻璃纤维进行酸洗；

S4、将步骤S3中酸洗的玻璃纤维进行水洗，当清洗水的pH值大于5时水洗完成；

S5、将步骤S4中水洗完成的玻璃纤维进行热定型处理；

S6、将步骤S5中得到的玻璃纤维经过烘涂装置进行浸胶、压浆和烘干，得到带有涂层的强化玻璃纤维。

作为优化，所述的步骤S1中各原料重量组份比例为SiO₂58~65%、Al₂O₃16~23%、CaO8~16%、MgO8~13%、稀土材料0.1~2%。

作为优化，所述的S1中稀土材料为镧系金属氧化物。

作为优化，所述的步骤S1中稀土材料包括CeO₂0.05~1.0%和La₂O₃0.05~1.0%。

作为优化，所述的步骤S3中酸洗温度为100~110℃。

作为优化，所述的步骤S4中水洗温度为70~80℃。

作为优化，所述的步骤S5中热定型处理的温度为500~550℃，处理时间为1~1.5h。

本方案的整体有益效果是：一种玻璃纤维生产方法，具备以下有益之处：

（1）引入适量稀土材料，稀土氧化物不仅能降低玻璃的熔制温度和高温粘度，还能提高玻璃的力学性能等。将力学性能模量由10%提升至20%，强度20%提升至30%，因此以SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO系统玻璃为高强度高模量玻璃纤维的基础组成，根据稀土材料的掺杂含量及掺杂方式对玻璃结构、弹性模量、化学稳定性（软化点）、介电性能（稍微提升）、热膨胀性能及液相线温度等性能的影响，找到其对玻璃结构与性能的影响规律，并对弹性模量较高的玻璃纤维的可拉性和拉伸强度进行测试分析和研究，通过实验CaO、MgO和稀土材料的三元混合碱土效应，在保证玻璃纤维拥有高力学性能、低成型温度（降低100度）的基础上，解决传统高性能玻璃液相线温度偏高、析晶速率偏快，易于发生玻璃析晶现象；

（2）引入适量密度最小的碱金属元素，氧化锂作为强电子的碱金属元素，在有效降低玻璃粘度的同时，可以提升玻璃的熔制性能，并且能够不影响玻璃的力学性能，另外氧化锂能提供可观的游离氧的特性，能够促进铝离子形成四面体配位以及玻璃体系网络结构的形成；

（3）引入适量过渡金属元素，提升玻璃耐碱性。氧化锆能够提高玻璃的粘度、硬度、弹性、折射率、化学稳定性，降低玻璃的热膨胀系数以及提升玻璃的耐碱性，根据熔样实验确定氧化锆含量的最佳范围，仅保持玻璃熔化质量的稳定，有保持原料成本的最佳控制。

本专利生产玻璃纤维的方法所用的烘涂装置，具备以下有益之处：

（1）通过设置浸胶池盛放需要浸润的胶液，浸胶池可设置多段，用于盛放多种不同的胶液，能够同时满足玻璃纤维的多种不同的浸胶需求；

（2）通过设置烘干装置对玻璃纤维上的胶液进行吹落和烘干，通过曝气装置将玻璃纤维上的多余胶液吹除，防止胶液损失；

（3）通过在浸胶池一侧设置圆弧形挡流板，能够有效防止曝气装置吹落胶液引起的飞溅，同时落到挡流板上的胶液能够沿挡流板流回浸胶池中，对胶液进行回收，节省生产成本；

（4）在浸胶池顶部设置导线架，使玻璃纤维由导线架一侧的过线孔向上经过顶部的导线辊，再由导线架另一侧的过线孔浸润到浸胶池中进行浸润，经过浸润的玻璃纤维经曝气装置除去多余的胶液，均匀包覆的胶液的玻璃纤维再经过线孔向上，经过导线辊时与导线辊进行充分接触、压胶，使胶液更加充分的包覆到玻璃纤维上，经过导线辊向下时再由出风口烘干，烘干后再次进入浸胶池中浸润，经过反复浸润，大大提高玻璃纤维胶液的浸润效果，得到包裹均匀的强化的玻璃纤维；

（5）通过在曝气装置的出气管上连接储气腔，增加曝气的气体体积，提高曝气效果，将玻璃纤维上多余的胶液吹落；

（6）在出气管上连接导气盘，通过在导气盘上设置底部倾斜导气槽，使导气槽在气体吹动时受力，出气管内的高压气体带动导气盘转动，导气盘对出气管的封堵提高出气管内的气体压强，通过导气盘上的导气通口间断性释放高压气体，提高曝气装置的曝气效率，对多余的胶液进行高效回收。

附图说明

附图1为本发明烘涂装置的轴侧示意图；

附图2为本发明烘涂装置正视示意图；

附图3为本发明烘涂装置俯视示意图；

附图4为本发明玻璃纤维穿过烘涂装置过线孔的示意图；

附图5为本发明烘涂装置右视示意图；

附图6为本发明附图5的A-A剖切结构示意图；

附图7为本发明暖风管结构示意图；

附图8为本发明玻璃纤维在浸胶池内浸泡部分的展示示意图；

附图9为本发明曝气装置轴侧示意图；

附图10为本发明曝气装置右视示意图；

附图11为本发明附图10的B-B剖切示意图；

附图12为本发明导气盘结构示意图；

附图13为本发明去除导气盘的曝气装置结构示意图。

其中，1、浸胶池，2、烘干装置，3、导线架，4、挡流板，5、固定槽，6、过线槽，7、过线孔，8、导线辊，9、烘干风管，10、出风口，11、曝气装置，12、出气管，13、气泵，14、储气腔，15、导气盘，16、连接槽，17、固定轴，18、导气槽，19、透气孔，20、导气通口，21、圆柱腔，22、球形腔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1：

一种玻璃纤维生产方法，包括以下步骤：

S1、将二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁和稀土材料搅拌均匀；

S2、将步骤S1中的混合物加入窑炉中进行加热，加热后进行拉丝，制得玻璃纤维；

S3、将步骤S2中制得的玻璃纤维进行酸洗；

S4、将步骤S3中酸洗的玻璃纤维进行水洗，当清洗水的pH值大于5时水洗完成；

S5、将步骤S4中水洗完成的玻璃纤维进行热定型处理；

S6、将步骤S5中得到的玻璃纤维经过烘涂装置进行浸胶、压浆和烘干，得到带有涂层的强化玻璃纤维。

所述的步骤S1中各原料重量组份比例为SiO₂58%、Al₂O₃16%、CaO8%、MgO8%、稀土材料0.1%。

所述的S1中稀土材料为镧系金属氧化物。

所述的步骤S1中稀土材料的重量组份包括CeO₂0.05%和La₂O₃0.05%。

所述的步骤S3中酸洗温度为100℃。

所述的步骤S4中水洗温度为70℃。

所述的步骤S5中热定型处理的温度为500℃，处理时间为1h。

实施例2：

一种玻璃纤维生产方法，包括以下步骤：

S1、将二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁和稀土材料搅拌均匀；

S2、将步骤S1中的混合物加入窑炉中进行加热，加热后进行拉丝，制得玻璃纤维；

S3、将步骤S2中制得的玻璃纤维进行酸洗；

S4、将步骤S3中酸洗的玻璃纤维进行水洗，当清洗水的pH值大于5时水洗完成；

S5、将步骤S4中水洗完成的玻璃纤维进行热定型处理；

S6、将步骤S5中得到的玻璃纤维经过烘涂装置进行浸胶、压浆和烘干，得到带有涂层的强化玻璃纤维。

所述的步骤S1中各原料重量组份比例为SiO₂65%、Al₂O₃23%、CaO16%、MgO13%、稀土材料2%。

所述的S1中稀土材料为镧系金属氧化物。

所述的步骤S1中稀土材料重量组份包括CeO₂1.0%和La₂O₃1.0%。

所述的步骤S3中酸洗温度为110℃。

所述的步骤S4中水洗温度为80℃。

所述的步骤S5中热定型处理的温度为550℃，处理时间为1.5h。

实施例3：

一种玻璃纤维生产方法，包括以下步骤：

S1、将二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁和稀土材料搅拌均匀；

S2、将步骤S1中的混合物加入窑炉中进行加热，加热后进行拉丝，制得玻璃纤维；

S3、将步骤S2中制得的玻璃纤维进行酸洗；

S4、将步骤S3中酸洗的玻璃纤维进行水洗，当清洗水的pH值大于5时水洗完成；

S5、将步骤S4中水洗完成的玻璃纤维进行热定型处理；

S6、将步骤S5中得到的玻璃纤维经过烘涂装置进行浸胶、压浆和烘干，得到带有涂层的强化玻璃纤维。

所述的步骤S1中各原料重量组份比例为SiO₂60%、Al₂O₃20%、CaO12%、MgO10%、稀土材料1.5%。

所述的S1中稀土材料为镧系金属氧化物。

所述的步骤S1中稀土材料包括CeO₂0.8%和La₂O₃0.7%。

所述的步骤S3中酸洗温度为105℃。

所述的步骤S4中水洗温度为75℃。

所述的步骤S5中热定型处理的温度为530℃，处理时间为1h。

所述的烘涂装置用于生产上述所述的玻璃纤维。

如图1所示，步骤S6中所用的烘涂装置包括浸胶池1、烘干装置2、导线架3和挡流板4，所述的挡流板4设置于浸胶池1一侧，所述的导线架3设置于浸胶池1上侧，所述的烘干装置2设置于导线架3和浸胶池1之间，所述的浸胶池1两侧分别设有第一导向辊和第二导向辊，通过第一导向辊和第二导向辊对玻璃纤维进行导向和拉动。通过浸胶池1盛放待包覆的胶液，通过挡流板4对飞溅的胶液进行遮挡防止其飞溅浪费，同时对胶液进行回收，通过导线架3对玻璃纤维进行导向和支撑，通过烘干装置2对玻璃纤维进行烘干、压胶和除去多余的胶液。

如图1和8所示，所述的浸胶池1顶部为敞口，所述的挡流板4与浸胶池1一侧壁顶部固连，所述的导线架3底部与浸胶池1另一侧壁顶部固连，所述的浸胶池1另外两个侧壁顶部设有固定槽5，所述的烘干装置2设置于固定槽5上。

如图1~3所示，所述的挡流板4为圆弧形，所述的挡流板4的浸胶池1设置于圆弧形挡流板4的内侧，所述的挡流板4高度与导线架3高度相同。圆弧形的挡流板4能够对飞溅的胶液进行遮挡，防止胶液浪费，同时能够辅助多余的胶液流回浸胶池1内。

如图1所示，所述的导线架3长度与浸胶池1长度相同，所述的导线架3为V型侧面设有若干个过线槽6，所述的过线槽6为V型，所述的过线槽6底部两端均设有过线孔7，所述的过线槽6顶部设有导线辊8，所述的若干个过线槽6均倾斜设置。玻璃纤维由导线架3一端依次经过过线孔7和导线辊8，最终由导线架3另一端穿出，完成浸胶。

如图1~3所示，所述的烘干装置2包括烘干风管9，所述的烘干风管9一侧设有出风口10，所述的出风口10为弧形，所述的烘干风管9另一侧连接有曝气装置11。通过烘干风管9输送烘干热风，通过出风口10出风对玻璃纤维上的胶液进行烘干。

如图9~13所示，所述的曝气装置11包括出气管12、气泵13、储气腔14和导气盘15，所述的出气管12与烘干风管9贯通连接，所述的气泵13设置于出气管12上，所述的出气管12上垂直连接有储气腔14，所述的导气盘15设置于出气管12末端。通过曝气装置11对浸胶后的玻璃纤维进行曝气，将多余的胶液吹落。

所述的出气管12上设有连接槽16，所述的导气盘15设置于连接槽16内，所述的导气盘15通过固定轴17与出气管12相连，所述的固定轴17固定于出气管12侧面。导气盘15沿固定轴17转动，导气盘15一侧设置于连接槽16内，通过高压气体吹动导气盘15转动。

所述的导气盘15直径大于出气管12直径的两倍，所述的导气盘15上对称均匀设有若干个导气槽18，所述的导气槽18底部为倾斜，所述的导气槽18顶部设有若干个透气孔19，所述的导气盘15上设有两个导气通口20，所述的两个导气通口20呈圆心对称。由于导气槽18底部为倾斜，通过曝气吹动导气槽18，使导气槽18收到一个倾斜的力，进而使导气盘15转动。设置透气孔19使出气管12内部孔间不完全封闭，保证导气盘15的转动。

所述的储气腔14包括圆柱腔21和球形腔22，所述的球形腔22连接于圆柱腔21末端，所述的储气腔14为不锈钢材质。通过储气腔14暂时储存气体，增大曝气量，提高曝气装置11对玻璃纤维上的胶液的吹动效果。

使用方法：

该装置在具体使用时，将待浸润的胶液放置于浸胶池1内，通过导线架3对玻璃纤维进行支撑和导向，通过烘干装置2对玻璃纤维上多余的胶液进行烘干。

玻璃纤维经导线架3一侧的过线孔7穿入导线架3内，从导线架3底部进入浸胶池1内部进行浸胶，再经导线架3另一侧的过线孔7向上，浸胶后的玻璃纤维经过过线槽6到达顶部的导线辊8，经导线辊8向下进入下一个过线孔7内，经过过线孔7后继续进入浸胶池1中浸胶，依次循环；

当浸胶后的玻璃纤维经过线孔7向上时，曝气装置11对玻璃纤维上的胶液进行曝气，高压气体将多余的胶液吹落，吹落的胶液经挡流板4重新流回浸胶池1内；

气泵13将烘干风管9内的气体输送至出气管12中，并且充满储气腔14，气泵13不断向储气腔14内输送气体，使储气腔14和出气管12内的气压不断增大，气体推动导气槽18，进而使导气盘15进行转动，当导气通口20转动至于出气管12贯通使，出气管12内的气体通过导气通口20对玻璃纤维进行曝气，通过高压气体将玻璃纤维上的多余胶液吹落；

经过曝气装置11的玻璃纤维经导线辊8后向下，与导线辊8进行充分的接触和压紧，提高胶液的包覆效果；

玻璃纤维经过导线辊8后向下经过过线槽6，烘干装置2的出风口10对玻璃纤维进行吹干，使胶液牢牢包覆在玻璃纤维外部；

经过烘干的玻璃纤维经过下部的过线孔7后重新进入浸胶池1内，重复进行浸胶，可多次浸胶或进行多种材料的浸胶；

经过多次浸胶的玻璃纤维最后从浸胶池另一端离开，进入下一工序。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书的一种玻璃纤维生产方法及用于生产玻璃纤维的烘涂装置且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种玻璃纤维生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁和稀土元素搅拌均匀；

S2、将步骤S1中的混合物加入窑炉中进行加热，加热后进行拉丝，制得玻璃纤维；

S3、将步骤S2中制得的玻璃纤维进行酸洗；

S4、将步骤S3中酸洗的玻璃纤维进行水洗，当清洗水的pH值大于5时水洗完成；

S5、将步骤S4中水洗完成的玻璃纤维进行热定型处理；

S6、将步骤S5中得到的玻璃纤维经过烘涂装置进行浸胶、压浆和烘干，得到带有涂层的强化玻璃纤维；

步骤S6中所述的烘涂装置包括浸胶池、烘干装置、导线架和挡流板，所述的挡流板设置于浸胶池一侧，所述的导线架设置于浸胶池上侧，所述的烘干装置设置于导线架和浸胶池之间，所述的浸胶池两侧分别设有第一导向辊和第二导向辊，通过第一导向辊和第二导向辊对玻璃纤维进行导向和拉动；

所述的烘干装置包括烘干风管，所述的烘干风管一侧设有出风口，所述的出风口为弧形，所述的烘干风管另一侧连接有曝气装置，通过出风口出风对玻璃纤维上的胶液进行烘干，通过曝气装置对浸胶后的玻璃纤维进行曝气，将多余的胶液吹落。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维生产方法，其特征在于：所述的步骤S1中各组分比例为SiO₂58~65%、Al₂O₃16~23%、CaO8~16%、MgO8~13%、稀土材料0.1~2%。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维生产方法，其特征在于：所述的S1中稀土材料为镧系金属氧化物。

4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维生产方法，其特征在于：所述的步骤S1中稀土材料重量组份比例包括CeO₂0.05~1.0%和La₂O₃0.05~1.0%。

5.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维生产方法，其特征在于：所述的步骤S3中酸洗温度为100~110℃。

6.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维生产方法，其特征在于：所述的步骤S4中水洗温度为70~80℃。

7.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维生产方法，其特征在于：所述的步骤S5中热定型处理的温度为500~550℃，处理时间为1~1.5h。

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