分散型高硅氧玻璃纤维纱用浸润剂*

王晓敏,屈世元,刘瑞欣,张西静,苏永妮,焦雨蒙,孙智慧,杨萌飞,王 珊**

(1.陕西华特新材料股份有限公司,陕西 兴平 713100;2.咸阳师范学院 化学与化工学院,陕西 咸阳 712000)

钠硅酸盐玻璃纤维经过酸沥滤热烧结工艺后,玻璃纤维的w(SiO2)>96%,玻璃纤维制品长期耐温超过900 ℃。但由于原始玻璃生产的玻璃纤维原丝对大气环境,主要是温、湿度的稳定性差,必须使用专用的浸润剂予以保护[1-5]。钠硅酸盐玻璃纤维短切纱生产是将拉制好的原丝先短切,然后酸热处理。但玻璃纤维短切后,在酸溶液中容易结团,酸沥滤过程较为困难,影响短切纱的酸沥滤效率。若短切后原丝在酸液中本身有良好的集束性,原丝之间有较好的离散性,可降低酸沥滤过程的难度[6-7],提高沥滤速度。因此需要设计一种浸润剂,在满足原丝集束性良好的前提下,能够使原丝在酸液中很好地分散开,确保原丝能够充分进行酸沥滤反应。

浸润剂配方中润滑剂的使用不仅能满足玻璃纤维在拉丝过程中“湿润滑”的要求,还能满足原丝后加工过程中“干润滑”的要求。成膜剂的使用可使玻璃纤维单丝黏结成一根玻璃纤维原丝,使原丝保持完整性[8]。理论上讲,分散性和集束性成反比,润滑剂的增加会影响到原丝的集束性,成膜剂的使用,又会影响原丝之间润滑剥离性。

针对上述要求,在满足拉丝工序对浸润剂润滑的前提下,寻找分散和集束并存的平衡点设计浸润剂配方满足酸沥滤生产需要[9-13],同时进行成本分析,避免浸润剂生产成本增加。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

浸润剂:HT-S1常规浸润剂,成膜剂:cm-1,润滑剂:rh-1、rh-2,西安友基复合材料股份有限公司;润滑剂:rh-3、rh-4、rh-5、rh-6,陕西华特新材料股份有限公司。

拉丝机:YX2016,浙江武义永新设备有限公司;酸沥滤槽:陕西华特新材料股份有限公司;烘干箱:9003系列鼓风干燥箱,上海一恒科技有限公司;电子天平:METTLER TOLEDO-104E,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

1.2 实验方法

(1)将HT-S1常规浸润剂按照不同比例稀释进行拉丝实验,原丝手工短切后在酸溶液中分散,观察拉丝效率和短切纱分散性,确定浸润剂固含量的范围。

(2)选用不同润滑剂和成膜剂用量设计配方进行拉丝实验,确保拉丝过程中不出现飞丝、原丝卷绕排线以及丝饼喇叭口等现象。在酸溶液中进行分散性实验,保证原丝无纤维状分散现象和结团现象。

(3)确定配方进行拉丝中试、原丝短切和酸热处理,测定短切纱w(SiO2)>96%。

1.3 性能测试

分散性测试:将原丝开刀后用剪刀短切为6～9 cm短切纱。称取3 g纱,放入10 kg酸溶液中,100 r/min速度搅拌5 min后观察分散性。将酸溶液用178 μm过滤网过滤,烘干过滤网上短切纱称量。

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

SiO2含量测试:按照GJB 1679A—2008《高硅氧玻璃纤维纱规范》4.5.1 SiO2含量测试方法进行测试。

2 结果与讨论

2.1 满足原丝分散性能的浸润剂固含量实验

HT-S1常规浸润剂按照不同比例稀释进行拉丝,将原丝手工短切后在酸溶液中分散,观察拉丝效率和短切纱分散性,结果见表1。

表1 浸润剂固含量以及短切纱分散性

由表1可知,w(浸润剂固体)=0.8%～1.75%,短切纱的分散率高于79%,且能满足拉丝过程中对润滑性的要求。1#和2#浸润剂固含量高,原丝表面浸润剂的含量也会提高,造成短切纱在酸溶液中出现结团现象。在酸沥滤过程中需要消耗一部分酸溶液处理短切纱表面的浸润剂,才能对玻璃纤维本身进行酸沥滤反应,因此浸润剂固含量高低也会影响酸沥滤效率。

2.2 浸润剂配方中润滑剂选择实验

浸润剂配方见表2。

表2 浸润剂配方 w/%

按照表2配方设计,分别配制浸润剂拉制原丝,将原丝开刀后短切为6～9 cm短切纱。称取3 g纱,置于1 kg酸溶液中,100 r/min搅拌5 min后观察分散性。按照1#～9#配方分别配制浸润剂,进行拉丝实验和短切纱分散实验,结果见表3。

表3 不同浸润剂配方的拉丝情况与短切原丝分散性1)

由表3可知,浸润剂中w(润滑剂)=1.0%,拉丝过程原丝缠绕张力变小,丝饼出现喇叭口现象,影响拉丝正常作业。配方中w(润滑剂)<0.8%,原丝的喇叭口现象减轻。w(润滑剂)=0.5%～0.6%,原丝未出现喇叭口现象,说明为最佳添加量,既可以满足拉丝作业的稳定性,又可以使原丝在酸溶液中不结团。但在酸溶液中短切纱出现纤维状分散现象,与成膜剂加量低有关,因此在确定润滑组分基础上,增加成膜剂加量,提高原丝的集束性。

2.3 成膜剂加量实验

不同配方成膜剂加量见表4。

表4 不同配方成膜剂加量 w/%

成膜剂加量实验及分散性见图1。

样品

由表4和图1可知,配方中成膜剂的用量增加后,原丝的集束性能明显提高。为了达到提质增效,增收节支的目标,通过生产效率和配方成本核算,确定配方中w(成膜剂)=1.2%的6#为最优配方。

按照6#配方配制浸润剂生产钠硅酸盐玻璃纤维原丝,拉丝过程顺利,原丝筒的满筒率高于95%。将原丝短切后按照正常酸沥滤工艺处理,取样测试短切纱SiO2含量,结果见表5。

表5 短切纱SiO2含量

由表5可知,用6#浸润剂生产的钠硅酸盐玻璃纤维短切纱经过酸沥滤后,w(SiO2)>96%,确保产品的耐温性符合产品质量要求。

3 结 论

主要研究钠硅酸盐玻璃纤维短切纱用浸润剂配方,配方设计思路主要以满足拉丝生产要求为前提,达到酸沥滤生产过程中对原丝分散性的目的。从原料的选型、润滑剂和成膜剂的加量平衡点进行实验,并通过成本分析,设计出符合生产要求的浸润剂配方。配方中w(润滑剂)=0.5%～0.6%,w(成膜剂)=1.2%,可以满足拉丝作业的稳定性,又可以使原丝在酸溶液中不结团。采用6#配方生产的短切纱经过深加工制作成玻璃纤维针刺毡,广泛应用于隔热保温、过滤除尘等领域。由于其优良的耐温耐烧蚀性能,在热防护和保温材料领域得到了客户认可。