分散型高硅氧玻璃纖維紗用浸潤劑*

王曉敏,屈世元,劉瑞欣,張西靜,蘇永妮,焦雨蒙,孫智慧,楊萌飛,王 珊**

(1.陜西華特新材料股份有限公司,陜西 興平 713100;2.咸陽師范學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院,陜西 咸陽 712000)

鈉硅酸鹽玻璃纖維經(jīng)過酸瀝濾熱燒結(jié)工藝后,玻璃纖維的w(SiO2)>96%,玻璃纖維制品長期耐溫超過900 ℃。但由于原始玻璃生產(chǎn)的玻璃纖維原絲對大氣環(huán)境,主要是溫、濕度的穩(wěn)定性差,必須使用專用的浸潤劑予以保護(hù)[1-5]。鈉硅酸鹽玻璃纖維短切紗生產(chǎn)是將拉制好的原絲先短切,然后酸熱處理。但玻璃纖維短切后,在酸溶液中容易結(jié)團(tuán),酸瀝濾過程較為困難,影響短切紗的酸瀝濾效率。若短切后原絲在酸液中本身有良好的集束性,原絲之間有較好的離散性,可降低酸瀝濾過程的難度[6-7],提高瀝濾速度。因此需要設(shè)計(jì)一種浸潤劑,在滿足原絲集束性良好的前提下,能夠使原絲在酸液中很好地分散開,確保原絲能夠充分進(jìn)行酸瀝濾反應(yīng)。

浸潤劑配方中潤滑劑的使用不僅能滿足玻璃纖維在拉絲過程中“濕潤滑”的要求,還能滿足原絲后加工過程中“干潤滑”的要求。成膜劑的使用可使玻璃纖維單絲黏結(jié)成一根玻璃纖維原絲,使原絲保持完整性[8]。理論上講,分散性和集束性成反比,潤滑劑的增加會(huì)影響到原絲的集束性,成膜劑的使用,又會(huì)影響原絲之間潤滑剝離性。

針對上述要求,在滿足拉絲工序?qū)檮櫥那疤嵯?尋找分散和集束并存的平衡點(diǎn)設(shè)計(jì)浸潤劑配方滿足酸瀝濾生產(chǎn)需要[9-13],同時(shí)進(jìn)行成本分析,避免浸潤劑生產(chǎn)成本增加。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

浸潤劑:HT-S1常規(guī)浸潤劑,成膜劑:cm-1,潤滑劑:rh-1、rh-2,西安友基復(fù)合材料股份有限公司;潤滑劑:rh-3、rh-4、rh-5、rh-6,陜西華特新材料股份有限公司。

拉絲機(jī):YX2016,浙江武義永新設(shè)備有限公司;酸瀝濾槽:陜西華特新材料股份有限公司;烘干箱:9003系列鼓風(fēng)干燥箱,上海一恒科技有限公司;電子天平:METTLER TOLEDO-104E,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)將HT-S1常規(guī)浸潤劑按照不同比例稀釋進(jìn)行拉絲實(shí)驗(yàn),原絲手工短切后在酸溶液中分散,觀察拉絲效率和短切紗分散性,確定浸潤劑固含量的范圍。

(2)選用不同潤滑劑和成膜劑用量設(shè)計(jì)配方進(jìn)行拉絲實(shí)驗(yàn),確保拉絲過程中不出現(xiàn)飛絲、原絲卷繞排線以及絲餅喇叭口等現(xiàn)象。在酸溶液中進(jìn)行分散性實(shí)驗(yàn),保證原絲無纖維狀分散現(xiàn)象和結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。

(3)確定配方進(jìn)行拉絲中試、原絲短切和酸熱處理,測定短切紗w(SiO2)>96%。

1.3 性能測試

分散性測試:將原絲開刀后用剪刀短切為6～9 cm短切紗。稱取3 g紗,放入10 kg酸溶液中,100 r/min速度攪拌5 min后觀察分散性。將酸溶液用178 μm過濾網(wǎng)過濾,烘干過濾網(wǎng)上短切紗稱量。

分散率=[m(短切紗)-m(分散酸溶液中短切紗烘干后)]/m(短切紗)×100%

SiO2含量測試:按照GJB 1679A—2008《高硅氧玻璃纖維紗規(guī)范》4.5.1 SiO2含量測試方法進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 滿足原絲分散性能的浸潤劑固含量實(shí)驗(yàn)

HT-S1常規(guī)浸潤劑按照不同比例稀釋進(jìn)行拉絲,將原絲手工短切后在酸溶液中分散,觀察拉絲效率和短切紗分散性,結(jié)果見表1。

表1 浸潤劑固含量以及短切紗分散性

由表1可知,w(浸潤劑固體)=0.8%～1.75%,短切紗的分散率高于79%,且能滿足拉絲過程中對潤滑性的要求。1#和2#浸潤劑固含量高,原絲表面浸潤劑的含量也會(huì)提高,造成短切紗在酸溶液中出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。在酸瀝濾過程中需要消耗一部分酸溶液處理短切紗表面的浸潤劑,才能對玻璃纖維本身進(jìn)行酸瀝濾反應(yīng),因此浸潤劑固含量高低也會(huì)影響酸瀝濾效率。

2.2 浸潤劑配方中潤滑劑選擇實(shí)驗(yàn)

浸潤劑配方見表2。

表2 浸潤劑配方 w/%

按照表2配方設(shè)計(jì),分別配制浸潤劑拉制原絲,將原絲開刀后短切為6～9 cm短切紗。稱取3 g紗,置于1 kg酸溶液中,100 r/min攪拌5 min后觀察分散性。按照1#～9#配方分別配制浸潤劑,進(jìn)行拉絲實(shí)驗(yàn)和短切紗分散實(shí)驗(yàn),結(jié)果見表3。

表3 不同浸潤劑配方的拉絲情況與短切原絲分散性1)

由表3可知,浸潤劑中w(潤滑劑)=1.0%,拉絲過程原絲纏繞張力變小,絲餅出現(xiàn)喇叭口現(xiàn)象,影響拉絲正常作業(yè)。配方中w(潤滑劑)<0.8%,原絲的喇叭口現(xiàn)象減輕。w(潤滑劑)=0.5%～0.6%,原絲未出現(xiàn)喇叭口現(xiàn)象,說明為最佳添加量,既可以滿足拉絲作業(yè)的穩(wěn)定性,又可以使原絲在酸溶液中不結(jié)團(tuán)。但在酸溶液中短切紗出現(xiàn)纖維狀分散現(xiàn)象,與成膜劑加量低有關(guān),因此在確定潤滑組分基礎(chǔ)上,增加成膜劑加量,提高原絲的集束性。

2.3 成膜劑加量實(shí)驗(yàn)

不同配方成膜劑加量見表4。

表4 不同配方成膜劑加量 w/%

成膜劑加量實(shí)驗(yàn)及分散性見圖1。

樣品

由表4和圖1可知,配方中成膜劑的用量增加后,原絲的集束性能明顯提高。為了達(dá)到提質(zhì)增效,增收節(jié)支的目標(biāo),通過生產(chǎn)效率和配方成本核算,確定配方中w(成膜劑)=1.2%的6#為最優(yōu)配方。

按照6#配方配制浸潤劑生產(chǎn)鈉硅酸鹽玻璃纖維原絲,拉絲過程順利,原絲筒的滿筒率高于95%。將原絲短切后按照正常酸瀝濾工藝處理,取樣測試短切紗SiO2含量,結(jié)果見表5。

表5 短切紗SiO2含量

由表5可知,用6#浸潤劑生產(chǎn)的鈉硅酸鹽玻璃纖維短切紗經(jīng)過酸瀝濾后,w(SiO2)>96%,確保產(chǎn)品的耐溫性符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。

3 結(jié) 論

主要研究鈉硅酸鹽玻璃纖維短切紗用浸潤劑配方,配方設(shè)計(jì)思路主要以滿足拉絲生產(chǎn)要求為前提,達(dá)到酸瀝濾生產(chǎn)過程中對原絲分散性的目的。從原料的選型、潤滑劑和成膜劑的加量平衡點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并通過成本分析,設(shè)計(jì)出符合生產(chǎn)要求的浸潤劑配方。配方中w(潤滑劑)=0.5%～0.6%,w(成膜劑)=1.2%,可以滿足拉絲作業(yè)的穩(wěn)定性,又可以使原絲在酸溶液中不結(jié)團(tuán)。采用6#配方生產(chǎn)的短切紗經(jīng)過深加工制作成玻璃纖維針刺氈,廣泛應(yīng)用于隔熱保溫、過濾除塵等領(lǐng)域。由于其優(yōu)良的耐溫耐燒蝕性能,在熱防護(hù)和保溫材料領(lǐng)域得到了客戶認(rèn)可。