玻璃纤维制造工艺（玻璃纤维生产过程的5个阶段）

玻璃纤维是一种比人们想象的要古老得多的复合材料。它在现代生产方法之前就为人所知。形成所有现代复合材料起源的第一个已知增强材料是玻璃纤维。腓尼基人、埃及人和希腊人知道如何将玻璃溶解成细纤维。然而，将玻璃纤维变成商业产品需要几个世纪的时间。直到 1930 年代，才有可能大规模生产。始于 1930 年代的工艺转变为大规模生产连续纤维，后来在商业上用作结构增强材料。Games Slayter、John Thomas 和 Dale Kleist 在 1933 年至 1937 年间由 Owens-Illinois Glass Co.（俄亥俄州托莱多）的员工提交的专利申请记录了重要的发展，这些发展导致该行业从不连续的玻璃纤维逐渐改变羊毛生产。4微米（百万分之一米）的小直径和数千米的连续玻璃长丝的生产在工业上当然在工业上已经展开了突破。这些突破使该工艺在商业上可行且具有成本效益。专利系列中的最后两项专利名为 ğ Textile Material takv 和 cam Glass Fabric son 已宣布玻璃纤维将作为纺织品增强材料。

这些专利于 1938 年颁发，同年欧文斯-伊利诺伊州和康宁玻璃厂 (Corning, NY) 加入欧文斯科宁玻璃纤维公司 (OCF)。新公司以玻璃纤维品牌销售其玻璃纤维。没过多久，许多其他制造商就进入了市场。凭借众多工艺和产品创新，这些制造商为全球每年约 4 至 5 百万吨的结构复合材料增强市场做出了贡献。

玻璃纤维生产工艺

纺织级玻璃纤维由在 1720°C (3128°F) 下熔化的二氧化硅 (SiO2) 沙制成。SiO2 也是天然存在的岩石石英中的基本元素。然而，石英的结构是结晶的。所以它有一个非常坚硬和非常规则的原子结构。超过 99% 是 SiO2。SiO2被加热到1200°C（2192°F）以上。然后冷却介质。因此，SiO2 结晶。它变成石英。可以通过改变温度和冷却速度来生产玻璃。这会根据所需的特性改变所生产玻璃的质量。如果纯SiO2在加热到1720°C（3128°F）时迅速冷却，可以防止结晶。生产过程产生了一种无定形或随机序列的原子结构，称为玻璃。尽管不断改进和改进，今天的玻璃纤维制造商遵循这种高温/快速冷却策略，尽管规模更大，其过程几乎与 1930 年代开发的过程相同。

生产过程可分为五个基本阶段：

混合熔融纤维化覆盖干燥/包装第 1 步：批处理

活性商业玻璃纤维只能由二氧化硅制成。但是，添加了其他组件以根据要使用的区域提供操作温度降低方法和其他有用的功能。例如，用于电气应用的 E 玻璃、SiO2、Al2O3（氧化铝或氧化铝）、CaO（氧化钙或熟石灰）和 MgO（氧化镁或氧化镁），它们被开发为比原来的碱石灰更耐碱性的替代品有成分的玻璃。然后，E-增加玻璃配合料的熔化温度之间的差异和增加形成晶体结构的温度之间的差异，以防止在该纤维化中使用的喷嘴堵塞，B2O3（氧化硼）硼通过添加然后通过 B2O3（氧化硼）将硼添加到 E-玻璃纤维批料中。这提供了两个好处。这种E-玻璃纤维增加了纤维化溶解并形成晶体结构的温差，从而防止喷嘴堵塞。为提高机械强度而开发的 S 玻璃纤维基于 SiO2、Al2O3、MgO 配方。在拉伸强度是所需的最重要特征的应用中，它包含更高比例的 SiO2。在玻璃生产的第一阶段，由于其应用领域，这些材料被仔细称重并以精确的数量混合。在现代制造企业中，混合是通过使用计算机化的称重单元和封闭的材料处理系统来自动化的。例如，在现代化的生产设施中，每种材料通过气动输送机输送到指定的多层存储箱（筒仓），能够容纳 1.98 至 7.36m³ 的材料。在每个隔间下方都有一个自动称重和进料系统，可以将每种成分的准确数量转移到气动混合器中。

第 2 步：熔化

另一台气动输送机将纤维从批次组送至高温 (ta1400ºC / 2552ºF) 的天然气燃烧炉以熔化混合物。这些烘箱通常由玻璃流的辅助通道分为三个部分。第一部分接收第一批玻璃，在此发生熔化并提高气泡的均匀性，包括去除均匀性。然后将熔融玻璃转移到精炼厂，将温度降至 1370°C (2500°F)。熔炉的最后部分包括四到七个外壳，用于将熔融玻璃挤出成纤维。世界上的这些面包店公司继续在几个领域。使用更大的熔炉将年产量从 30,000 公吨增加到 40,000 公吨（6620 万磅到 8820 万磅）。最重要的发展之一是数字控制技术。当玻璃通过熔炉中的气体和氧气流速时，数字控制测量和管理玻璃的精确温度。它们还通过阻止可能导致气泡或纤维形成中断的其他中断，为纤维化设备提供更柔和、更规则的流动。氧气流量的控制非常重要。因为使用最新技术的熔炉使用几乎纯氧而不是自然空气并燃烧它。这有助于天然气燃料更有效地燃烧玻璃并加热。由于使用的能源更少，因此降低了运营成本。还使用了更环保的烤箱技术。减少 75% 的氮氧化物 (NOx) 排放和 40% 的二氧化碳 (CO2) 排放。烤箱很难操作。玻璃的熔化和处理会磨损覆盖熔炉内部的砖块。

玻璃纤维生产是一个永远无法切割的连续过程。生产开始后你不能停下来。为此，努力延长砖的使用寿命，也是窑炉技术发展的奋斗目标之一。工业为玻璃熔化带来了三种主要方法。（1）间接熔炼（又叫熔炼）（2）用大熔炉直接熔炼（3）用小熔炉直接熔炼，也叫paramelites。对于间接熔融法，熔融玻璃被切断。将其磨圆、冷却并装入直径约 15 毫米的大理石中。然后将它们运送到纤维生产设施，在那里它们被熔化用于纤维制造。大理石还有助于对玻璃进行目视检查，以实现更纯净的生产。这导致更一致的产品。在直接熔化过程中，熔炉中的熔融玻璃被直接转移到成纤机构。直接熔化已成为最常用的方法，因为它消除了中间步骤的成本和重新熔化大理石的成本。

第 3 步：原纤维化

它包括玻璃纤维形成或纤维化、挤压和衰减的组合。在挤压过程中，熔融玻璃通过一个由耐腐蚀的铂/铑合金制成的衬套，该衬套前面有 200 到 8,000 个非常细的孔。衬板采用电子加热方式，其温度受到精确控制，以保持恒定的玻璃粘度。当细丝以约 1204°C (2200°F) 的温度离开套管时，水射流会冷却细丝。减薄是将熔融玻璃的轧制流以机械方式拉入称为细丝的纤维元件中的过程。这些细丝的直径是人类头发的十分之一。高速卷取机以 2 km / 3 km / min 的圆周速度旋转捕获熔融电流并收集。这个速度比从灌木丛中出来的熔融玻璃要快得多。衬套价格昂贵，喷嘴设计对光纤至关重要。喷嘴直径决定灯丝直径。喷嘴的数量等于端数。一个 4,000 个喷嘴衬套可用于生产单个粗纱产品。套管还控制纤维产量或每块玻璃的纤维米量。十二生肖设计也是研究领域之一。特殊设计的长丝直径提高了性能，有助于总产量并降低成本。随着工业、纤维直径或微米级的范围以及进一步专注于复合增强材料，生产类型继续多样化。卷绕技术的发展使生产商的生产力提高了两倍。

第 4 步：涂层

在最后一步中，施加化学涂层或施胶剂。尽管术语粘合剂、施胶剂和施胶剂在行业中经常互换使用，但施胶剂是应用涂层的正确术语，施胶工艺是用于应用该工艺的工艺。涂料的添加量通常为 0.5 至 2.0 重量％。润滑剂可以包括粘合剂和/或偶联剂。润滑剂有助于保护细丝免受磨损。偶联剂用于改善纤维的给定树脂化学成分的树脂流出物，并增强纤维-基体界面中的粘合力。某些尺寸的化学品仅是聚酯树脂，有些仅与环氧树脂相容。其他可以与其他树脂一起使用。

第 5 步：干燥/包装

最后，将拉伸的、上浆的长丝收集成束。这些细丝51至1.624形成玻璃丝线。该线缠绕在类似于卷轴的成型鼓上。在水冷和定型之后，仍然湿的包装然后在烘箱中干燥。然后准备将其码垛、运输或加工成短切纤维、粗纱或纱线。灯芯是一组没有扭曲或扭曲的股线。例如，在多头粗纱包装中，有 10 到 15 根线缠绕在一起。粗纱需要额外的运输和加工步骤。