本發(fā)明涉及玻璃纖維制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種使用離心噴吹工藝制備玻璃微纖維的方法。
背景技術(shù)：
玻璃纖維（英文原名為：glass fiber或fiberglass）是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，種類繁多，優(yōu)點(diǎn)是絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高，但缺點(diǎn)是性脆，耐磨性較差。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造成的，其單絲的直徑為幾個(gè)微米到二十幾米個(gè)微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的1/20—1/5，每束纖維原絲都由數(shù)百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維通常用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料，電絕緣材料和絕熱保溫材料，電路基板等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。玻璃纖維產(chǎn)品形態(tài)各異，品種用途廣泛，按形態(tài)和長(zhǎng)度可分為連續(xù)玻璃纖維和棉狀短纖維。其中連續(xù)玻璃纖維種類繁多，用途廣泛，主要有：制造紡織制品的玻璃纖維原絲，可以用作電氣絕緣材料，也可以經(jīng)涂層處理用于建筑、環(huán)保行業(yè)；無(wú)紡材料市場(chǎng)需求和產(chǎn)量最大，廣泛用作為增強(qiáng)塑料基材；特種功能纖維和織物主要應(yīng)用在高新技術(shù)領(lǐng)域，滿足對(duì)特殊功能的要求。
玻璃纖維生產(chǎn)工藝分為坩堝拉絲法和池窯拉絲法：坩堝拉絲法由于存在能耗高、產(chǎn)量低、質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低、自動(dòng)化程度低等諸多弊端，現(xiàn)已逐漸被池窯拉絲工藝取代，池窯拉絲工藝把各種原料在窯爐中熔化后，直接經(jīng)過(guò)料道送至專用鉑合金漏板，熔化好的玻璃液從漏板流出后通過(guò)不同生產(chǎn)工藝可以制成連續(xù)纖維和棉絮狀短纖維。窯爐熔化部和料道都有合理嚴(yán)格的溫度制度控制，這種方法溫度制度合理，節(jié)省能源消耗，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，利于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、自動(dòng)化生產(chǎn)，已經(jīng)成為當(dāng)今的主流技術(shù)。
棉狀短纖維因外觀呈棉絮狀，又常稱為玻璃棉，其以形成玻璃的石英砂、長(zhǎng)石、白云石等硅酸鹽礦物為原料，經(jīng)窯爐熔化后通過(guò)供料道和漏板進(jìn)入拉絲成纖工藝。玻璃棉成纖工藝主要由火焰噴吹法和離心噴吹法。離心噴吹法采用池窯拉絲工藝，玻璃液直接從供料道經(jīng)漏板流入離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)的離心噴頭內(nèi)，離心噴頭帶有大量直徑小于1mm的小孔，玻璃液在離心力作用下從小孔內(nèi)擠出并在環(huán)形火口噴射出的高溫高速氣流作用下?tīng)可斐刹ＡЮw維，經(jīng)集棉裝置收集后進(jìn)入后道成型工序。離心噴吹法生產(chǎn)的玻璃棉纖維直徑一般為5—8μm，經(jīng)表面噴涂樹(shù)脂并固化成型后制成制定規(guī)格的棉板或棉氈，主要用于對(duì)保溫、防火要求較高的建筑、工業(yè)管網(wǎng)等領(lǐng)域。
火焰噴吹法生產(chǎn)的玻璃纖維平均直徑可達(dá)0.5—3μm，一般將平均直徑小于3μm的玻璃棉稱為玻璃微纖維，其纖維直徑小，加工成的制品柔軟、導(dǎo)熱系數(shù)更低、吸附能力更強(qiáng)、吸聲效果更好，是非常優(yōu)異的絕熱、吸聲、過(guò)濾材料，目前主要用作過(guò)濾材料和生產(chǎn)鉛酸蓄電池隔板。火焰噴吹法一般采用坩堝拉絲法，需將玻璃球二次熔化，玻璃液從坩堝漏孔中流出被牽伸成一次絲，進(jìn)入燃燒室噴出的高溫高速火焰區(qū)形成微纖維。火焰噴吹法生產(chǎn)的微纖維直徑離散度較大，并且其由于生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝落后，操作環(huán)境差，導(dǎo)致其具有產(chǎn)量低、能耗高、成本高的缺陷，限制了其更廣泛的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明披露了一種使用離心噴吹工藝制備玻璃纖維的方法，具體技術(shù)方案如下：
一種使用離心噴吹工藝制備玻璃微纖維的方法，使用的設(shè)備主要包括離心噴吹機(jī)，包括以下步驟：
步驟一、原料選擇：原料包括石英砂、鈉長(zhǎng)石、鋰長(zhǎng)石、白云石、方解石、螢石和化工原料五水硼砂、純堿和水，其中，各種原料配比為：石英砂240—280kg、鈉長(zhǎng)石60—85kg、鋰長(zhǎng)石20—30kg、白云石25—35kg、方解石25—30kg、螢石3.5—5kg、五水硼砂60—72kg、純堿80—95kg，水的質(zhì)量占總質(zhì)量的的2—5%，石英砂中SiO2的含量不低于99%，五水硼砂中Na2B4O7的含量不低于69%，純堿中Na2CO3的含量不低于99%，鈉長(zhǎng)石中Al2O3的含量不低于18%，白云石中（CaCO3+MgCO3）的含量不低于96%，方解石中CaCO3的含量不低于54%，鋰長(zhǎng)石中LiO2的含量介于2%—3%之間；
步驟二、窯爐熔制：將上述原料準(zhǔn)確稱重，混合均勻，利用往復(fù)式自動(dòng)投料機(jī)均勻薄層投入窯爐內(nèi)，熔制成成分穩(wěn)定、均勻的玻璃液，用來(lái)熔制玻璃液的窯爐溫度控制在1380—1400℃之間；
步驟三、玻璃液組分測(cè)定：使用儀器設(shè)備對(duì)經(jīng)過(guò)步驟二熔制成的玻璃液的組分進(jìn)行測(cè)定，保證玻璃液中SiO2、B2O3、Al2O3的含量比值在規(guī)定的范圍內(nèi)，其中SiO2的含量比值在64%—67%之間，B2O3的含量比值在6%—%之間，Al2O3的含量比值在3.5%—4.5%之間；
步驟四、離心噴吹成纖：將經(jīng)過(guò)步驟三測(cè)定合格的玻璃液進(jìn)入料道并經(jīng)安裝在料道下部的漏板流出進(jìn)入離心噴吹機(jī)附帶的高速旋轉(zhuǎn)的離心噴頭，在離心力作用下，玻璃液從離心噴頭四周的小孔中甩出，溫度控制在950—1090℃之間，玻璃液粘度控制在10—103.5 Pa.s之間，安裝在料道下部的漏板為單孔圓柱型，漏嘴孔徑25—36mm、漏嘴長(zhǎng)度70—100mm，材質(zhì)為06Cr25Ni20合金鋼，離心噴吹機(jī)附帶的高速旋轉(zhuǎn)的離心噴頭外徑360mm，小孔孔徑0.65—0.85mm、孔數(shù)11000—37000個(gè)，成纖時(shí)旋轉(zhuǎn)角速度為2300—2800r/min，溫度為900—1030℃；
步驟五、經(jīng)過(guò)步驟四離心噴吹成纖后的玻璃絲在離心噴吹機(jī)的環(huán)形噴火口射出的高溫高速氣流作用下被拉伸成平均直徑1—3μm的玻璃微纖維，離心噴吹機(jī)的環(huán)形噴火口由直徑為365mm的內(nèi)圈和直徑為377—383mm的外圈組成，與高速旋轉(zhuǎn)的離心噴頭上沿間距14—30mm，環(huán)形噴火口外圈分布著空氣噴嘴，步驟五中高溫高速氣流是離心噴吹機(jī)燃燒室內(nèi)天然氣和空氣混合燃燒后的氣體，遇環(huán)形火口橫截面積變小后壓力升高、流速加快，進(jìn)入離心噴吹機(jī)燃燒室內(nèi)空氣流量500—900m3/h，天然氣與空氣流量的配比為1：12—1：15，高溫高速氣流在環(huán)形噴火口出口處的流速為240—290m/s，溫度為1180—1350℃。
本發(fā)明的有益效果：采用本發(fā)明披露的技術(shù)方案能夠生產(chǎn)平均直徑1—3μm的玻璃微纖維，既具有纖維直徑小于普通離心噴吹法玻璃棉，也具有火焰噴吹法所不具備的產(chǎn)量大、能耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品可以廣泛應(yīng)用于VIP（真空絕熱板）、交通運(yùn)輸?shù)纫蟊馗魺岬念I(lǐng)域，用于高檔建筑的隔音防火領(lǐng)域，部分代替火焰噴吹法玻璃微纖維用于鉛酸蓄電池玻纖隔板等。
具體實(shí)施方式
為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限定。
實(shí)施例一、平均直徑2.5—3.0μm規(guī)格玻璃微纖維的生產(chǎn)方法
1、按規(guī)定將各原材料準(zhǔn)確稱重，混合均勻，勻速薄層投入窯爐內(nèi)，熔制成成分穩(wěn)定、均勻的玻璃液，玻璃液溫度為1090℃時(shí)對(duì)應(yīng)的粘度為101.7—102.1Pa.s，料道內(nèi)通過(guò)電加熱方式形成溫度穩(wěn)定的玻璃液流，供給漏板；
2、選擇漏板漏嘴孔徑35mm，調(diào)節(jié)料道內(nèi)玻璃液溫度1090℃，調(diào)節(jié)漏板電流使玻璃液流量為240—250kg/h，調(diào)節(jié)離心機(jī)變頻器至離心噴頭轉(zhuǎn)速2400—2500r/min，離心器孔徑0.8mm、孔數(shù)17145個(gè)，空氣流量650—700m3/h，環(huán)形噴火口外圈直徑381mm，高溫高速氣流流速為250—260m/s；
3、微調(diào)天然氣用量，使天然氣與空氣配比約為1:13—1:14，高溫高速氣流溫度為1220—1250℃，可獲得平均直徑2.5—3μm的玻璃微纖維。
實(shí)施例二、平均直徑2.2—2.6μm規(guī)格玻璃微纖維生產(chǎn)方法
1、按規(guī)定將各原材料準(zhǔn)確稱重，混合均勻，勻速薄層投入窯爐內(nèi)，熔制成成分穩(wěn)定、均勻的玻璃液，玻璃液溫度為1070℃時(shí)對(duì)應(yīng)的粘度為101.7—102Pa.s，料道內(nèi)通過(guò)電加熱方式形成溫度穩(wěn)定的玻璃液流，供給漏板；
2、選擇漏板漏嘴孔徑32mm、玻璃液溫度1070℃、玻璃液流量190—200kg/h，離心噴頭轉(zhuǎn)速2400—2500r/min，離心噴頭孔徑0.75mm、孔數(shù)20320個(gè)，空氣流量650—700m3/h，環(huán)形噴火口外圈直徑381mm，高溫高速氣流流速250—260m/s；
3、微調(diào)天然氣用量，使天然氣與空氣配比約為1:13—1:14，高溫高速氣流溫度為1240—1270℃，可獲得平均直徑2.2—2.6μm的玻璃微纖維。
實(shí)施例三、平均直徑1.5—2.0μm規(guī)格玻璃微纖維生產(chǎn)方法
1、按規(guī)定將各原材料準(zhǔn)確稱重，混合均勻，勻速薄層投入窯爐內(nèi)，熔制成成分穩(wěn)定、均勻的玻璃液，玻璃液溫度為1060℃時(shí)對(duì)應(yīng)的粘度為101.6—102Pa.s，料道內(nèi)通過(guò)電加熱方式形成溫度穩(wěn)定的玻璃液流，供給漏板；
2、選擇漏板漏嘴孔徑26mm、玻璃液溫度1060℃、玻璃液流量140—160kg/h，離心噴頭轉(zhuǎn)速2700—2800r/min，離心噴頭孔徑0.7mm、孔數(shù)30530個(gè)，空氣流量750—800m3/h，環(huán)形噴火口外圈直徑379mm，高溫高速氣流流速270—290m/s；
3、微調(diào)天然氣用量，使天然氣與空氣配比約為1:12—1:13，高溫高速氣流溫度為1260—1290℃，可獲得平均直徑1.5—2.0μm的玻璃微纖維。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。