無堿玻纖如何耐“高烤”

     纖維材料大致上可分為天然纖維和人造纖維兩大類。天然纖維可分為有機(jī)纖維（如植物纖維）和無機(jī)纖維（如石棉）。人造纖維也可分為有機(jī)纖維（如高分子有機(jī)纖維）和無機(jī)纖維（如玻璃纖維）。天然有機(jī)纖維和人造高分子有機(jī)纖維耐溫性能差，而天然無機(jī)纖維如石棉具有耐高溫性能，但可惜它具有高致癌性，許多國家通過立法禁止、限制其生產(chǎn)和使用。
　　
　　SiO2含量決定纖維耐高溫性能
　　
　　石英纖維、高硅氧玻璃纖維和無堿玻璃纖維之所以耐高溫性能差距這么大，原因是其纖維中的SiO2含量不同。雖然這3種纖維均以SiO2為其主要組分，但含量相差較大：石英纖維是一種高純度人造無機(jī)纖維，SiO2含量>99.9%（可當(dāng)做組分之一）,可耐1200℃高溫，其軟化點(diǎn)高達(dá)1730℃；高硅氧玻璃纖維的SiO2含量>96%，可耐900℃~1000℃高溫；而無堿玻璃纖維的SiO2含量只有54%左右，其長期工作溫度一般<300℃。
　　
　　拿高硅氧玻璃纖維來講，其原始玻璃纖維中SiO2含量為60%~70%，其耐溫性能并不高，但它經(jīng)酸瀝濾后，其纖維中SiO2含量等于96%，才達(dá)到較高耐溫性能成為高硅氧玻璃纖維。當(dāng)然對(duì)其再進(jìn)行酸瀝濾，可進(jìn)一步提高SiO2含量（如達(dá)到98%以上），則可再次提高其耐溫性能。但是，由于經(jīng)酸瀝濾，去除纖維中非SiO2組分，強(qiáng)度下降，非SiO2組分去除越干凈，SiO2含量越高，其強(qiáng)度越低，這有可能影響到應(yīng)用，當(dāng)然從生產(chǎn)成本上考慮也不合算，所以高硅氧玻璃纖維SiO2含量≤96%，其耐溫性能只能達(dá)到900℃~1000℃左右。
　　
　　酸瀝濾參數(shù)選擇至關(guān)重要
　　
　　高硅氧玻璃纖維原始玻璃成分可分兩大類，即二元系和三元系。二元系為SiO2-Na2O，三元系為Na2O-CaO-SiO2和Na2O-B2O3-SiO2（我國為三元系），不管二元系還是三元系的原始玻璃成分，熔化拉制而成的原始玻璃纖維中均存在分相，即產(chǎn)生SiO2富集相和Na2O∶B2O3富集相，而后者易溶于酸。高硅氧玻璃纖維就是根據(jù)此原理，把原始玻璃纖維用熱酸液處理，去除非SiO2組分，使纖維形成微孔硅氧管架結(jié)構(gòu)，SiO2含量達(dá)≥96%。再經(jīng)熱燒結(jié)使微孔閉合，骨架結(jié)構(gòu)趨于緊密，強(qiáng)度有所提高而成為高硅氧玻璃纖維。當(dāng)然有的還須經(jīng)表面化學(xué)處理，以滿足用戶后續(xù)制作加工以及應(yīng)用性能要求。
　　
　　無堿玻纖維是硅酸鹽玻璃中一種堿金屬氧化物含量<1%的玻璃態(tài)纖維，其典型成分為：SiO2-53.56%，B2O3-10.75%，Al2O3-15.2%，CaO-14.5%，MgO-4.16%，Na2O-1.75%。無堿玻璃纖維中也存在分相，所以可以采用高硅氧玻璃纖維酸瀝濾方法，去除纖維中部分非SiO2組分，從而提高纖維中的SiO2含量，提高其耐高溫性能。
　　
　　國內(nèi)高硅氧玻璃纖維酸瀝濾主要采用連續(xù)式和間歇式兩種方法，紗線類主要采用間歇式酸瀝濾。對(duì)于無堿玻璃纖維，無論紗線類或是織物，建議采用間歇式，這樣既可減少投資，又利于提高生產(chǎn)率，減少酸氣泄露。當(dāng)然其酸瀝濾工藝參數(shù)也應(yīng)與高硅氧玻璃纖維酸瀝濾工藝參數(shù)有差別。
　　
　　根據(jù)無堿玻璃纖維性能特點(diǎn)，筆者提出了幾點(diǎn)不成熟的建議。
　　
　　一是選擇合適浸潤劑生產(chǎn)無堿玻璃纖維。
　　
　　由于這種纖維要進(jìn)行酸瀝濾，在酸瀝濾時(shí)，纖維表面這層浸潤劑首先應(yīng)除去，以便于進(jìn)行離子交換，加快酸瀝濾進(jìn)程。因而這種浸潤劑只要保證具有較好的拉絲工藝性和紡織工藝性即可，而且這層浸潤劑在酸液中易去除，其產(chǎn)生的產(chǎn)物不會(huì)影響酸瀝濾進(jìn)程。也就是說這種浸潤劑與通常無堿玻璃纖維生產(chǎn)用的浸潤劑應(yīng)有所不同，有必要進(jìn)行專題研究。當(dāng)前建議選用石蠟型浸潤劑，因?yàn)樵摻�潤劑具有良好的拉絲工藝性和紡織工藝性，技術(shù)很成熟，價(jià)格又便宜。當(dāng)然，應(yīng)對(duì)這種浸潤劑配方做一些調(diào)整，以使其在酸處理時(shí)更易去除。也有必要對(duì)纖維含油率做一些試驗(yàn)，使其達(dá)到最佳含油率。
　　
　　二是先進(jìn)行脫蠟再進(jìn)行酸處理。
　　
　　采用石蠟型浸潤劑生產(chǎn)的無堿玻璃纖維進(jìn)行酸瀝濾以制備耐高溫玻璃纖維是國內(nèi)當(dāng)今較合適的選擇。由于石蠟型浸潤劑中油質(zhì)潤滑組分含量高，所以其在玻纖表面形成的連續(xù)膜不利于離子交換，而且這些油類物質(zhì)與酸液發(fā)生反應(yīng)可能產(chǎn)生一些影響酸瀝濾速度的反應(yīng)物，所以先經(jīng)熱處理（脫蠟），把纖維表面這層浸潤劑薄膜去除，使其成為裸纖維，有利于纖維和酸液進(jìn)行離子交換。當(dāng)然，這可能會(huì)增加生產(chǎn)成本。
　　
　　國內(nèi)對(duì)玻纖進(jìn)行脫蠟按其熱處理溫度通常分為高、中、低三檔。由于本產(chǎn)品要進(jìn)行酸瀝濾，所以不必像作為增強(qiáng)材料那樣對(duì)脫蠟要求那么高，其次由于纖維經(jīng)酸瀝濾強(qiáng)度大幅下降，所以要求經(jīng)脫蠟纖維強(qiáng)度保留率越高越好，因而應(yīng)采用低溫脫蠟為宜。
　　
　　三是選用合適的酸瀝濾工藝參數(shù)。
　　
　　酸液濃度。
　　
　　它對(duì)酸瀝濾速度有一定影響，濃度大一些，其酸瀝濾速度可能快些，但濃度對(duì)纖維腐蝕性大，所以選用低一點(diǎn)的濃度是有利的。
　　
　　酸液溫度。
　　
　　溫度高，離子動(dòng)能大，離子交換速度快，但溫度高，對(duì)纖維腐蝕厲害，所以也宜采用中低溫度（如80℃~90℃）。
　　
　　酸瀝濾時(shí)間。
　　
　　開始一段時(shí)間反應(yīng)速度較快，經(jīng)一定時(shí)間后反應(yīng)趨于平穩(wěn)，根據(jù)本產(chǎn)品要求（SiO2含量<85%）時(shí)間不宜太長，而且視不同耐高溫等級(jí)選用不同的酸瀝濾時(shí)間。
　　
　　總之，這3個(gè)酸瀝濾工藝參數(shù)的選擇，既要保證無堿玻璃纖維經(jīng)酸處理后SiO2含量達(dá)到其耐溫等級(jí)的要求，又要保證一些關(guān)鍵組分不致消失量太大而影響性能。又如Ai2O3，若其損失太多，纖維強(qiáng)度則會(huì)下降得很厲害。
　　
　　無堿玻纖耐高溫性能亟須提高
　　
　　無堿玻璃纖維較之高分子有機(jī)纖維和天然有機(jī)纖維具有較好的耐溫性能，所以在國民經(jīng)濟(jì)一些較高溫度領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。
　　
　　例如，我國水泥、鋼鐵等均為世界第一大生產(chǎn)國，汽車也是世界第一生產(chǎn)大國，同時(shí)又是世界上汽車零配件生產(chǎn)大國，因而我國炭黑工業(yè)發(fā)展勢頭也十分迅猛。而水泥、炭黑、冶金生產(chǎn)均離不開高溫過濾材料。這是適應(yīng)我國工業(yè)高速發(fā)展之需要，也是滿足保護(hù)環(huán)境的要求，而且水泥和炭黑煙氣過濾不僅能除塵，還是可回收的高檔產(chǎn)品，所以它不但具有社會(huì)效應(yīng)，也具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。