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纖維（如植物纖維）和無機纖維（如石棉）。人造纖維也可分為有機纖維（如高分子有機纖維）和無機纖維（如玻璃纖維）。天然有機纖維和人造高分子有機纖維耐溫性能差，而天然無機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纖維，SiO2含量>99.9%（可當(dāng)做組分之一）,可耐1200℃高溫，其軟化點高達(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，強度下降，非SiO2組分去除越干凈，SiO2含量越高，其強度越低，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，筆者提出了幾點不成熟的建議。
　　
　　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，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，因為該浸潤劑具有良好的拉絲工藝性和紡織工藝性，技術(shù)很成熟，價格又便宜。當(dāng)然，應(yīng)對這種浸潤劑配方做一些調(diào)整，以使其在酸處理時更易去除。也有必要對纖維含油率做一些試驗，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，這可能會增加生產(chǎn)成本。
　　
　　國內(nèi)對玻纖進(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材料那樣對脫蠟要求那么高，其次由于纖維經(jīng)酸瀝濾強度大幅下降，所以要求經(jīng)脫蠟纖維強度保留率越高越好，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，但濃度對纖維腐蝕性大，所以選用低一點的濃度是有利的。
　　
　　酸液溫度。
　　
　　溫度高，離子動能大，離子交換速度快，但溫度高，對纖維腐蝕厲害，所以也宜采用中低溫度（如80℃~90℃）。
　　
　　酸瀝濾時間。
　　
　　開始一段時間反應(yīng)速度較快，經(jīng)一定時間后反應(yīng)趨于平穩(wěn)，根據(jù)本產(chǎn)品要求（SiO2含量<85%）時間不宜太長，而且視不同耐高溫等級選用不同的酸瀝濾時間。
　　
　　總之，這3個酸瀝濾工藝參數(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，纖維強度則會下降得很厲害。
　　
　　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纖維和天然有機纖維具有較好的耐溫性能，所以在國民經(jīng)濟一些較高溫度領(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效應(yīng)，也具有良好的經(jīng)濟效益。