电子级玻纤纱布生产中的若干技术问题

浅谈电子级玻璃纤维纱、布生产中的若干技术问题危良才我国电子级玻璃纤维诞生于上个世纪九十年代初期，它在池窑的“母体”内孕育成长，并随着池窑的逐步发展而不断完善壮大。我国电子玻纤工业从坩埚拉丝工艺迈入池窑拉丝工艺,不是一个单纯的量变，而是实现了质变。正是因为这个第一轮的质变，又导致了第二轮的量变。所以，我国电子玻纤工业就是在不断的“量变到质变”及“质变促量变”中蓬勃发展，突飞猛进。电子级玻璃纤维纱、布（以下简称电子纱与电子布），属于电绝缘玻璃纤维产品范畴。它是电绝缘玻璃纤维系列产品中的一支新秀。由于它的生产技术难度大、产品质量要求高，被业界视为电绝缘玻璃纤维系列产品中的高新技术产品，是覆铜板及印制电路板必不可少、不可替代的基础材料。1．电子布的厚薄分类标准国外电子布在开发初期，是沿用电绝缘玻璃纤维布电工用标准。当时，美国采用的是ASTM-D579标准。之后,美国在此基础上,又按电子工业应用要求,对玻纤布的物化性能等质量要求,不断修订完善。直到上个世纪八十年代后期,才由美国IPC协会负责起草,制订了IPC玻璃纤维布标准。IPC协会的前身是印制电路板协会,美国以及欧洲的一些主要1的玻璃纤维纱、玻璃纤维布及覆铜板厂商都是它的会员，都参与了该标准的讨论和制订。这个IPC标准立即获得了囯际同行的一致认可,于是成为公认的国际通用标准。后来这个标准于1997年6月进行了第一次修订。2002年6月进行了第二次修订,称为印制电路板用处理E玻璃纤维布规范,被命名为IPC-4412标准。现在全球通用的电子布标准,是IPC协会根据全球电子工业发展提出的最新要求,于2006年6月修订制定的,命名为IPC-4101B标准。电子布可根据其不同的物化性能及功能分类，但是，生产上常用的还是按电子布的厚薄來分类：1．1厚型电子布厚度为0。151mm以上的电子布。如常用的7628电子布，其厚度为0。173mm，即为厚型电子布。1．2薄型电子布厚度为0。150-0。051mm的电子布。如常用的2116电子布，其厚度为0。094mm，即为薄型电子布。1．3极薄型电子布厚度为0。050-0。026mm的电子布。如现用的106电子布，其厚度为0。033mm，即为极薄型电子布。1．4超薄型电子布厚度为0。025mm以下的电子布。如现用的101电子布，其厚度为0。024mm，即为超薄型电子布。2．电子纱生产技术要领常用电子纱牌号有G-75、E-225、D-450，现又新增了DE-300、D-900、D-1800、BC-1800、BC-3000及C-1200、C-1800等,其2单丝直径原为5、7、9微米,现又扩大到4及4.5微米。2.1拉丝工序电子纱的生产工艺特性是,采用池窑多孔大漏板多分拉工艺，强制冷却，改性淀粉型浸润剂，辊动式单丝涂油浸渍，严格气流及温湿度控制，并采用大卷装变频调速拉丝及漏板温度补偿技术拉制而成。现将其生产技术要领分述如下:2.1.1微粉配料在池窑生产中，有一个非常重要的问题，那就是对玻璃原料成份的控制及其配料质是的管理。这一点对电子纱生产来说尤其重要。日本专家在珠海技术指导时，不是到池窑生产现场去观察拉丝作业情况，而是先到化验室去了解玻璃原料的各项化验数据，再到配料间检查配合料的配制质量。日本专家说，玻璃原料的质量是池窑拉丝作业稳定的关键，只要对玻璃原料成份控制好，配合料质量佳，拉丝作业肯定好。池窑拉丝的E玻璃,属于铝硼硅酸盐玻璃,是一种比较难熔的玻璃,因此要求采用微粉配料,并且对其中难熔的铝、硅成份原料的粒度要求达到300目。对其它各种粉料的粒度也有严格的要求：如叶蜡石及硅砂300目筛余不超过1%，方解石300目筛余不超过20%，硼钙石及萤石200目不超过15%。为确保叶蜡石的3化学成份均匀，在粉料混合前，还要采用专业设备进行均化处理。要求叶蜡石微粉的Al203含量波动在+-0.4%之内,Fe203波动在0.2-0.5%之内,并且SO30.8%为宜。否则,将会影响玻璃熔制时的窑内气氛和气泡排出。更不允许有难熔矿物质如硬水铝石、刚玉及铬矿石等。在玻璃原料配合与熔制过程中,有两个起混合作用的程序。第一个起混合作用的是玻璃原料的配制,第二个起混合作用的是玻璃熔窑。这两个混合程序前后配合,各司其责,共同担负熔制出优质玻璃液的任务,滿足拉丝工艺要求。如果忽视前一个混合程序,就会加重后一个混合程序的负担。假若玻璃原料的配制质量不佳,全靠玻璃熔窑来均化,就会导致玻璃熔制的“消化不良”,一旦玻璃熔化质量恶化,就会严重影响拉丝作业。生产实践证实,粒度是影响玻璃原料均匀性的主要因素。玻璃原料的粒度分散性太大,就不可能实现最有效的混合。在玻璃原料的混合过程中,混合和反混合（即分层），这两个相互矛盾的现象几乎同时发生。粒度分散性大,分层效应就愈显著,反之,就愈小。如果玻璃原料的粒度适当,配合料的均匀性就好,不仅能降低玻璃熔制温度,更主要的是能够熔制出化学均匀性及热均匀性好的高质量玻璃液,满足拉制电子纱的工艺要求。2．1．2气流控制生产实践证明，控制池窑拉丝成型的气流，对稳定池窑拉丝4作业，提高原丝产质量有着十分重要的作用。这是因为拉丝成型区的气流变化，会使玻璃丝根温度，甚至漏板本身的温度发生变化，从而导致单丝直径发生变化，引起原丝号数的变化，即产生原丝直径的内不匀。当气流的流量和流速过大时，丝根对周围介质的热传递就会增加，这就会使丝根玻璃的粘度大于成型要求的粘度范围，以致在单丝上产生外加的张力。当这种张力大于单丝的断裂应力时，就会产生断头、飞丝现象，从而导致被廹中止拉丝操作。同样，当气流的流量和流速过小时，由于丝根玻璃液的冷却程度不充分，就会使丝根玻璃液的粘度小于成型所要求的粘度范围，同样也会造成断头、飞丝现象。此外，从相邻四周补入拉丝成型区的气流，以及从拉丝机向上的定向微气流（拉丝机头旋转形成）均带有大量玻璃纤维细毛羽、飞溅的雾状浸润剂颗粒，以及在空气中四散飘浮的杂质。这些东西一旦碰撞到高速拉制的原丝上，就会在瞬间形成一个巨大的冲击力，将拉制中的原丝碰断。据国外文献介绍，高速拉丝时，由于原丝丝束与空气剧烈摩擦，可使原丝丝束的总张力增加40%，导致飞丝，迫使拉丝作业中断。如果在拉丝作业时有效地控制成型区气流，使单丝周围的空气，能以与单丝相近的气流速度，及相同的气流方向流动，就可5大大减少单丝与空气的摩擦力，就不致于产生飞丝、断头现象。还要指出的是，池窑拉丝一般都安装多孔大漏板，以大幅度提高拉丝产量。但是，多孔漏板的漏嘴密度要比普通漏板大得多，漏嘴行距之间没有足够的面积来安装冷却片，即使能安装少量的冷却片，又因为冷却片面积太小，而玻璃液的流量又大，就冷却片的热交换能力来说，也远远滿足不了丝根冷却的要求。因此，必须采用热交换能力较强的气流冷却法。2．1．3窑底鼓泡一般气泡是指一种肉眼可见的气体夹杂物。国外学者曽对无碱铝硼硅酸盐玻璃（即E玻璃）中的气泡作过分析,发现主要是SO2和CO2,约占气体总量的70%左右。这些气泡是在玻璃的熔制、澄清和均化过程中产生的。另外,配合料的颗粒不均匀、澄清剂用量不足或熔制和澄清温度偏低,都会使熔化中的玻璃产生大量的气泡。在正常熔制过程中,碳酸盐和硅砂发生反应,大量的CO2在料隙中逸出。隨着熔化的继续进行，融熔体逐渐把未融熔的料包围起来,使配合料中的气体不能顺利逸出,而部份溶解于玻璃液中。气体溶解到一定饱和程度后,开始从液相转移成气相,产生微小的气泡。隨着玻璃液中气体不断向气泡中扩散,气泡直径逐渐增大,上升速度加快,直到玻璃液面气泡破裂,泡中气体向窑内释放。为了加速排除玻璃中的微气泡，珠海厂在池窑底部装了两排6鼓泡器。鼓泡头为铂铑合金材料,鼓泡介质为高度净化的压缩空气,泡频为20-60个/分钟。为了最大限度减少小气泡,在窑底人为制造大气泡。第一道鼓泡器安装在池窑熔化部底部,靠近投料口。它可以有效地控制玻璃液面,保证配合料入窑后能够逐步熔化,起到冲散料堆,防止未熔化的生料越过泡界线的作用。第二道鼓泡器设在澄清部底部,靠近主通路。这里的玻璃液粘度较小,鼓泡器连续鼓泡,形成一个自然向上的玻璃液流,原来下层低温玻璃液的位置,得到上层高温玻璃液的不断补充。这就加速了玻璃液的液流速度,从而实现了玻璃液的热均化。据日本专家告知，池窑内的厚泡（大泡）、薄泡（小泡）和镜面（无泡）都不宜过多，要形成一定的比例。厚泡过多时，对玻璃液澄清不利；薄泡过多时，易形成泡层的重叠；镜面状态则会将火焰温度反射出去，不利于表层玻璃液将热量往下传递；而适量中泡既有利于玻璃液继续排泡，又利于玻璃液的热传递。据称，10万米长度的玻璃纤维原丝中，通常含有100-800个微气泡。这些微小到连肉眼也无法看清能气泡，虽然不会影响拉丝作业，但却会影响到电子纱与电子布的强度，还会影响到覆铜板与印制电路板的电绝缘可靠性。因为印制电路板在制造过程中，需要钻孔及孔内喷镀，如果所钻的孔与这种微气泡相连，其镀液和铅液就会渗入到这种微气7泡形成的空洞中，使印制电路板的电绝缘性能下降，甚至形成异常逥路产生短路。2．2捻线工序高性能的电子布需要优质的织造用纱。电子布的某些重要特性几乎完全取决于经纬纱，其它质量特性也与经纬纱的质量特性密切相关。此外纱的织造工艺性能也在很大程度上影响着织物质量和织造效率。织造用纱的质量特性部分依赖于原丝，此外与捻线工艺也有密切关系。特别是近代电子布的织造用纱捻线工艺发展更趋高速、低捻、大卷装。捻线线速度已由原先的100m/min发展到160m/min；捻度由原先的40捻/m降低到目前的28捻/m。捻线工序的生产工艺特征是采用热风干燥，积极式退介，单向低捻，不并股，无接头，无毛羽。电子纱原丝丝筒在初捻机上的退解，是靠装置在纱架上的丝筒自身旋转来实现的，被称为积极式退解。这种退解方式对原丝的磨损最小，可消除原丝在退解过程中的断头，是一种先进的退解方式。电子纱为单股纱，捻度为28捻/米。采用这种单股低捻方式，不仅确保了电子纱原有强度不受损失，还提高了其织成的布的结构稳定性和树脂对布面的浸透性，并可改善用其制成的覆铜板的钻孔加工性和表面平滑性。电子纱在退解过程中，采用初捻机上热风干燥方式，使涂敷8在原丝表面上的浸润剂进一步固化，形成一层保护膜，使其在纺织加工中不致磨擦起毛。2．3整经工序电子布对于经纱张力的均匀性要求很高，因此，精密控制整经张力，保持经纱张力的一致性是整经工艺的关键。电子布生产通常采用分批整经工艺。分批整经的经纱张力一般分单纱张力、整经运转张力及卷绕压力等几个部分。各个部分都有专用的张力装置来调整和控制。分批整经工艺，就是将数百根经纱，按照工艺要求的密度，张力均匀地分批卷绕到经轴上，然后用并轴上浆的方法，将几个经轴并合成一个经纱片，浸渍浆液，经锡林烘干卷绕成密度和张力符合织造要求的织轴。2．4浆纱工序浆纱是经纱准备工程的重要工序之一。织造过程中的经纱在织机上受到反复的摩擦和冲击作用，往往会受到损伤，产生毛羽，严重时会造成断头，降低织造效率和织物质量。上浆的目的就是要提高经纱的织造性能。浆纱工程包括调浆和上浆两个部分。调浆就是浆液的调制。上浆就是使经纱通过某些特制的浆液，经浸渍和烘干后，部分浆液渗入经纱内部，增大了纤维之间的粘附力，从而使经纱强度增加。浆液的另一部分被覆于纱线的表面，形成一层薄薄的浆膜，9以提高经纱在织造时的耐磨性能。2．4．1调浆把一定配方比例的浆料和一定数量的水，在调浆设备里配制出浆液的过程称为调浆。浆液是全部浆纱工艺的基础。上浆使用的浆料的主要成分有改性淀粉和PVA等,同时,包括各种助剂。浆液的调制是在调浆桶里进行,首先按浆料的配方秤取各种原料的数量,再按照调浆的作业标准顺序要求加入浆料和水,连续搅拌而成。调制好的浆液质量好坏,直接决定经纱上浆的性能,严格控制好浆液质量非常重要。对浆液的质量具体要求如下:2.4.1.1浆液应具有良好的粘着性和浸透性,以保证对纱线有适当的被覆和浸透。2.4.1.2保持稳定的粘度、浓度,使经纱能达到规定的上浆率。2.4.1.3浆液经烘干后,能形成柔软、坚韧、光滑而富有弹性的浆膜。2.4.1.4具有良好的退浆性。2.4