玻璃纤维湿法制品

第六节玻璃纤维湿法制品定义：以短切玻璃纤维为主要原料或以矿物棉为主要原料采用造纸湿法成型技术生产的薄毡或纸统称为玻璃纤维湿法制品。一、玻璃纤维湿法制品分类1、玻璃纤维薄毡-连续玻璃纤维短切湿法毡80年代末，天津、常州分别从英国、德国引进了湿法薄毡生产工艺技术和装备，使我国玻璃纤维薄毡产量、质量跨入一个新阶段，到90年代末，国内以短切纤维为主要原料的湿法簿毡年生产能力达2.2亿m2。在这期间，南京玻纤院依靠自已力量，在湿法薄毡成型工艺、纤维分散及粘结剂、分散剂等助剂方面研究开发有了突破性进展，建成了拥有自主知识产权年产200万m2的玻璃纤维表面毡生产线。2一、玻璃纤维湿法制品分类2、玻璃棉纸-微纤维玻璃棉湿法成型纸以微纤维玻璃棉或其它矿物棉为主要原料，湿法生产玻璃棉纸。早在60年代就开始探索试验，70年代初南京玻纤院正式立项研究，并建立试验基地，90年代初建成第一条玻璃棉纸生产线。产品有二大类，一类为用作过滤材料—空气过滤纸等，另一类为吸附材料—蓄电池玻纤隔板。由于这种产品市场需求快速增长，促进了产量、质量的提高，90年代末玻璃棉纸国内年生产能力达4000t，部分产品出口。3二、玻纤薄毡1、原材料选择短切玻璃纤维成分选择主要决定于薄毡的最终应用。最普遍的是E玻璃和C玻璃。短切玻璃纤维种类：含浸润剂的短切纤维和水拉短切丝(不含浸润剂)。含浸润剂的短切纤维是在拉丝过程中施加了专用的有助于纤维在水中分散的水溶性浸润剂，存放时间可达到6个月以上，这种短切纤维中浸润剂含量一般＜1%。水拉短切丝储存期不得超过72h，否则会因表面水解而粘连，强度下降。纤维长度和单丝直径之比影响玻璃纤维在水溶液中的分散均匀性。常规纤维的长径比为500～1000范围内。短切玻璃纤维的单丝直径一般为3～16μm，长度为3～25mm；用量最多的是直径9～13m，长度为6～25μm的短切纤维。4二、玻纤薄毡2浆液配制中化学助剂及对薄毡性能影响为了使短切纤维浆液满足薄毡生产工艺和产品性能要求。浆液中必须添加其他化学助剂如分散剂、粘结剂、增稠剂、消泡剂、偶联剂等。2.1分散剂分散剂是一种表面活性剂。在浆液有效将纤维均匀分散成单根纤维，分散剂应符合以下要求：(1)分散剂必须在低浓度下有效地使玻璃纤维在水中均匀地分散。(2)分散剂必须在玻璃纤维含量高的情况下也是有效的。不致于耗费过多的能量和水来分散玻璃丝。(3)分散剂必须适应常规的湿法生产设备，生产过程中不会产生不必要的泡沫，不会腐蚀机械设备。(4)分散剂易得到的、价廉的，可以直接加入纤维一水体系中。常用的分散剂有脂肪酸和聚乙烯、聚酰胺缩聚物的聚氧乙烯化的衍生物。脂肪酸可以含有C8～C30碳原子，最好是C12～C18。5二、玻纤薄毡表2-12短切纤维分散效果类型纤维分散浓度（%）稀释纤维成形浓度（%）胺氧化物浓度（mg/L）衍生瓜耳树胶浓度（质量%）玻纤长度（mm）纤维直径（μm）合适范围0.1～2.00.01～1.005～5000.05～0.503～703～20较理想0.1～1.00.2～0.510～2000.1～0.36～505～18最佳模式0.50.03200.212166二、玻纤薄毡。对玻纤分散等级可以划分为5个等级：①最差，表示纤维集束成团，很少有单根纤维存在；②→④表示聚集成团纤维逐渐减少，空白样品是指没有加入表面活性剂的试样，其表现同①一样。⑤最好，表示聚集成团纤维完全分散开来，全部以单根纤维状态出现。玻纤分散的评价方法：100ml表面活性剂的水溶液加入lg短切玻纤，混合后，搅拌15min，观察纤维分散状态，并对其分散状态打分。选用的表面活性剂溶液浓度在10～100mg/LE玻璃玻纤直径为15µm，长度为38mm7二、玻纤薄毡2.2粘结剂常用粘结剂：脲醛树脂、聚乙酸乙烯乳液、丙烯酸酯树脂。（1）脲醛树脂：非离子型，最好阳离子型固含量60%PH8～9（10%溶液）粘度（20℃）5000～8000mPa•s水中溶解度能稀释到1/10游离醛3%以下8二、玻纤薄毡（2）聚乙酸乙烯乳液：非离子型，阳离子型，不含软化剂，有聚乙烯醇胶体保护。固含量40%PH值4（10%溶液）粘度（20℃）24000mPa•s密度1g/cm3酸值5.5mgKOH/g稀释度用水无限稀释9二、玻纤薄毡（3）丙烯酸酯树脂乳液：阳离子型粘结剂施加方式是喷淋，也可以浸渍。固含量40%PH值2.5～3.5（10%溶液）粘度（20℃）100～1000mPa•s密度1.04g/cm3稀释度用水无限稀释10二、玻纤薄毡表2-13分散性能与粘结性能的相互关系粘结剂与分散剂在湿法毡生产过程中的作用可理解为：分散剂的使用为了提高纤维分散效率，粘结剂为了提高纤维之间粘结作用，二者互有相反作用。如何选择对它们的施加方式与含量比例，有重要意义。分散剂水平分散添加剂加入手糊片材制品中的浓度（mg/L）脲醛树脂-毡片强度（MPa）低010400.190.200.19中010400.170.150.16高010400.150.080.0811二、玻纤薄毡2.3湿法薄毡生产中使用的其它助剂湿法薄毡生产中使用的其它化学助剂包括：偶联剂、白水增稠剂、消沫剂。2.3.1偶联剂甲基三甲氧基硅烷是常用偶联剂，提高FRP中玻璃纤维和树脂界面的联接强度。2.3.2白水增稠剂白水增稠剂的使用目的是增加水的粘度，防止纤维因重力过早下沉，破坏玻纤在水中的“悬浮”状态，但增稠剂的用量比较小，应控制在0.1%～0.2%左右,可选用的增稠剂：羧乙基纤维素、聚丙烯酰胺类。12二、玻纤薄毡2.3.3消沫剂消沫剂的作用是除去纤维分散过程产生的泡沫，造纸工业的消沫剂多元醇长链脂肪酸酯也适用于薄毡生产2.3.4酸度调节PH值对纤维在浆液中的分散性，见图2-54。pH值对矿物棉-微纤维玻璃棉在水溶液中分散效果极为明显。图2-54浆料PH值和纤维分散性的关系13二、玻纤薄毡2.3.5浆液配制的浓度选择短切纤维在浆料中浓度越稀越有利于玻璃纤维的分散，为了制得高质量的玻璃纤维薄毡，工业生产过程中都采用很稀的料浆浓度。玻璃纤维料浆浓度、纤维长度与分散性的关系见图2-55。由图可见，玻璃纤维在低浓度下分散性好。图2-55料浆浓度、纤维长度与分散性的关系14二、玻纤薄毡3玻纤薄毡生产工艺及装备玻璃纤维湿法薄毡生产工艺流程；玻纤短切→称量配料→制浆(分散、储浆)→上浆→脱水→成型→施胶→烘干固化→纵切→卷取→包装。1-纤维供料；2-分散罐；3-贮存罐；4-供料泵；5-稀释罐；6-供料泵；7-网前箱；8-斜网成型线；9-粘结剂；10-干燥炉；1l-固化炉；12-切割部；13-卷收部图2-56为玻璃纤维湿法薄毡生产工艺装备示意图15二、玻纤薄毡砭纤维短切玻璃纤维的短切方式：纵向滚刀短切和开刀丝横向短切二类一般短切纤维含水率为6%～10%。3.1.2浆料的制备浆料制备工艺：称量后短切纤维投入含有各种必要化学助剂的水溶液的疏解机中分散成单根纤维，用泵将浆料进入配浆罐配制成悬浮液、再送入储浆罐待用。制备浆料主要装备：分散罐（约5m³）、悬浮搅拌罐（约20m³）、混合罐（约60m³）16二、玻纤薄毡3.2成型工艺和主要装备湿法毡的成型：真空圆筒成形机和斜长网成形机二种。斜长网成形机：网前箱、聚酯成型网和真空箱脱水箱组成，见图2-57。当浓度为0.03%的玻纤浆液经佈浆管流到斜长网成形机上，经真空抽吸，纤维沉积于网带上形成毡坯。毡片经过二次真空脱水后，送到施胶机。图2-57斜长网机的构造示意图17二、玻纤薄毡3.3施加粘结剂施加粘结剂设备由溢流式或浸渍式施胶器、聚酯施胶网和真空箱等组成。配制好粘结剂泵入施胶器，浸渍或溢流方式将粘结剂施加到毡片上，多余的粘结剂经真空抽吸再回到粘结剂罐中循环使用。施加量一般毡重的3%～20%，对于屋面毡一般为15%。目前常用的粘结剂有脲醛、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸酯、三聚氰胺等。制造屋面毡时，常用热固性的脲醛树脂与一定量的热塑性树脂(如丙烯酸酯共聚物)配合使用，以改善毡材质量，提高抗撕裂强度。丙烯酸酯类型主要用于玻璃钢的表面毡和蓄电池隔板毡，聚乙酸乙烯酯主要用于地板毡和贴墙材料用毡。19二、玻纤薄毡3.4增强型湿法薄毡的制造为了改善湿法薄毡的性能，特别是提高纵向强度、横向强度、抗撕裂性和柔软性等，来满足某些特殊使用要求，丝束增强、加筋增强是增强薄毡强度是最有效的方法。丝束增强薄毡石棉纤维和微纤维玻璃棉与短切玻纤混合抄取成型，其抗撕裂强度比单一标准玻纤薄提高60%～150%。加筋增强薄毡按2～10cm间隔将连续玻璃纤维纱线封埋于毡坯中起着加筋作用的泼玻纤薄毡称之加筋增强薄毡。如图2-58加筋用的连续玻璃纤维纱线，常用淀粉型浸润剂，原丝多数为34～68tex，捻度为30T/m左右的低捻纱。20二、玻纤薄毡1-网前箱；2-人口；3-出口；4-真空箱；5-导管；6-斜网机；7-毡坯；8-耙件；9-纱筒；10-棒管；11-单根纱图2-58用连续纱线增强的装置21二、玻纤薄毡3.5烘干固化、卷取施加粘结剂的毡片，其含水率在50％左右，在180～260℃温度下烘干固化，干燥后薄毡中粘结剂含量为20％左右。热风循环加热方式效率高、加热均匀、质量稳定。4.064m宽的成毡机组，车速152m/min，76g/m2薄毡的年产量达2万吨。切边卷取系统采用恒张力自动控制装置。22二、玻纤薄毡4湿法薄毡的基本性能及影响因素4.1玻璃纤维湿法毡的克重一般为30～150g/m2，用量最多的是30～80g/m2的产品。4.2厚度一般在0.3～1.2mm范围内，最常用的为0.3～0.6mm。4.3抗拉强度200mm×50mm的试样，纵向抗拉强度一般为130～350N，横向抗拉强度为110～230N。薄毡的纵向与横向抗拉强度比为1:1到4:1的范围。23二、玻纤薄毡影响玻璃纤维湿法薄毡强力的主要因素4.3.1短切纤维含湿量的影响短切纤维含湿量应控制在8%～12%。含湿量低于工艺要求，短切纤维分散不匀，出现集束都会导致薄毡强力下降。短切纤维含湿量下降的原因。(1)原丝筒在运输和短切过程延迟而使含湿量下降。(2)短切纤维由短切工序运到投料工序或存放时间过长造成含湿量下降。4.3.2短切纤维分散不均匀对薄毡强度的影响短切纤维分散不均匀，在毡面上出现集束状等缺陷导致薄毡强度一下降。24二、玻纤薄毡4.3.3粘结剂含量对薄毡强力的影响（1）薄毡粘结剂含量低于标准值10%～15%时，薄毡强力下降。（2）薄毡粘结剂含量高于标准值10%～15%时薄毡发脆，柔韧性下降，易折断，同时在急速烘干过程中，毡面易起皱纹。影响粘结剂含量的因素（1）粘结剂施加器内粘结剂浓度超过（5%～6%）;真空抽力不足，（2）粘结剂施加器流量过大，流量控制失灵、误操作导致薄毡粘结剂含量上升。4.3.4成品毡含水量对薄毡强力的影响成品薄毡烘干后其含水量小于1%。成品薄毡含水量越高使粘结剂和短切玻璃纤维潮解分化越严重，强度下降越严重。严格控制烘干温度制度，防潮包装。25二、玻纤薄毡4.4耐折度玻璃纤维湿法薄毡的耐折度，主要取决于玻璃纤维的单丝直径、粘结剂种类和烘干温度等，其耐折度在28～50MIT范围内。26二、玻纤薄毡5短切玻璃纤维湿法制品的应用玻璃纤维薄毡具有强度高、耐腐蚀、不易老化等特性，在与其它有机材料复合后制的产品中，也保持了这些特性，因此在很多领域制成了很有应用价值的制品。5.1防水、防腐用玻纤薄毡防水、防腐基材的玻纤薄毡技术指标见表2-14。表2-14玻纤薄毡主要技术指标项目防水基材卷防腐包覆毡506090506090单位面积质量(g/m2)50±560±690±650±460±590±6含胶量%＜30＜30----横向拉伸强度(N/mm)≥200≥240≥280≥200≥220≥280纵向拉伸强度(N/mm)≥75≥100≥200≥75≥90≥140横向撕裂强度(N/m)----≥100-加筋纱线密度tex32-----筋纱间距mm12～30＜30----水洗拉伸强度(N/50mm)≥80≥80≥100---透气率%5.5～18.927二、玻纤薄毡纵向加筋薄毡为基材做成