異形玻纖增強聚對苯二甲酸丁二酯的生產(chǎn)控制

異形玻纖增強聚對苯二甲酸丁二酯的生產(chǎn)控制

0異形光纖的生產(chǎn)所謂的纖維介質(zhì)不同于圓形纖維，其結(jié)構(gòu)形式為。隨著電子產(chǎn)品向著輕薄方向發(fā)展，對產(chǎn)品平展性的要求越來越高。異形玻璃纖維憑借其自身優(yōu)勢在材料市場上脫引而出，成為新生寵兒。這是因為異形纖維與常規(guī)圓形玻璃纖維相比具有以下特點：（1）具有較高的物理機械性能。異形纖維截面周長比當(dāng)量圓纖維的截面周長提高20%～35%，因而有利于提高玻璃纖維與樹脂等結(jié)合強度，從而提高了玻璃鋼的力學(xué)性能。（2）異形纖維扁而薄，在同等性能條件下，有利于加工成薄形制品。（3）異形纖維的流動性與當(dāng)量圓纖維相比可提高12%～22%，有利于制品的加工和成型。（4）異形纖維增強的玻璃鋼制品的低翹曲性更好目前世界上能生產(chǎn)異形纖維的公司比較少，這是因為異形玻璃纖維生產(chǎn)的難度大大高于圓形纖維。在實際的生產(chǎn)中，要得到合格的異形玻璃纖維，關(guān)鍵要嚴格控制其扁平度。通常，異形纖維的扁平度用異形比和集中度來表示。異形比表示異形纖維截面長直徑與短直徑的關(guān)系。如圖3所示，異形比T為纖維的長邊長度a與短邊長度b之比。為讓異形比具有代表性，通常我們說的異形比指的是一束纖維中所有纖維異形比的均值。國內(nèi)能穩(wěn)定規(guī)?；a(chǎn)的市場還處于初步發(fā)展階段，所以異形纖維的異形比還暫無正式的通用國際標準。在公司內(nèi)部，1∶3玻纖的異形比處于2.7～3.3范圍，1∶4玻纖的異形比處于3.6～4.4。因為異形比在上述范圍時，客戶反映使用異形纖維生產(chǎn)的產(chǎn)品的翹曲性能滿足要求。當(dāng)然，除了異形比要穩(wěn)定外，異形纖維的異形比集中度要高。異形纖維異形比的集中度指的是異形比檢測數(shù)據(jù)中符合控制范圍內(nèi)數(shù)據(jù)所占的比例。以1∶4玻纖舉例，3.6～4.4范圍內(nèi)數(shù)據(jù)占比越高表示異形比集中度越高，說明纖維的均勻性越好，那么使用這種纖維生產(chǎn)的產(chǎn)品的低翹曲性和產(chǎn)品性能越優(yōu)良。公司通過多年的生產(chǎn)實踐，對異形玻璃纖維扁平度進行了有效的控制，實現(xiàn)了異形玻璃纖維的量產(chǎn)。本文介紹了異形玻璃纖維扁平度的生產(chǎn)控制要點，并對生產(chǎn)出的異形玻璃纖維增強復(fù)合材料的力學(xué)性能進行了研究。1拉制異形纖維素基本條件眾所周知，玻璃纖維通常是熔融玻璃液通過漏板漏嘴/漏孔后在某一速度下被機械地拉制成纖維，期間需要快速冷卻成型，再涂覆浸潤劑和集束。因此從纖維成型機理分析，欲拉制出異形玻璃纖維必須滿足以下2項基本條件。首先，設(shè)計出使熔融玻璃液能形成所需扁平截面的漏板，也就是該漏板必需保證使玻璃液產(chǎn)生形變使其截面形態(tài)符合設(shè)計要求，這是拉制異形纖維的首要條件。其次，要使這種已具有扁平截面的玻璃絲不受或少受表面張力的影響，需要強制冷卻固化的條件下使異形截面保持到成纖。所以，影響異形玻璃纖維扁平度的因素歸納起來，主要有漏板設(shè)計、漏板溫度控制和冷卻固化條件等。下面對各因素的影響作逐一分析。1.1漏板及不同時長形漏板漏板的設(shè)計是能否拉制出異形玻璃纖維的首要因素。漏嘴與漏孔的形狀和結(jié)構(gòu)幾乎先天就決定了異形纖維的形狀，而漏嘴形狀和結(jié)構(gòu)的相互配置影響異形纖維的均勻性。為了得到異形纖維，人們一直在嘗試通過不同的漏板設(shè)計來實現(xiàn)生產(chǎn)目的。目前，至少有2種設(shè)計能達到要求。一種是將兩個漏嘴布置在相互靠近的地方，在成纖時合并粘在一起。而另外一種是采用無漏嘴漏板設(shè)計，玻璃液通過長形漏孔后形成扁平形狀。相比較而言，第二種設(shè)計更容易實現(xiàn)生產(chǎn)需要。總之，異形纖維截面的獲得都依賴于漏板設(shè)計的合理性與應(yīng)用的可行性。1.2泄漏保險絲溫度控制拉制異形玻璃纖維對溫度比較敏感，一般溫度宜低不宜高，因此必須嚴格控制玻璃液溫度。1.2.1漏板溫度對異形纖維拉伸性能的影響玻璃熔體處于介穩(wěn)狀態(tài)，都有析晶（失透）傾向。玻璃不產(chǎn)生結(jié)晶的上限和下限溫度，稱為析晶上限溫度和析晶下限溫度。其中玻璃的析晶上限溫度熱力學(xué)上稱為液線溫度。傳統(tǒng)玻璃纖維達到拉絲粘度時所需要的溫度必須超出液線溫度，至少要高出40～50℃以上，一般要高出80℃。而異形纖維的生產(chǎn)則要求低溫。一般情況下，異形纖維的拉絲溫度略高于液線溫度，在滿足纖維成型要求的同時又不能影響拉絲作業(yè)。原因在于，異形纖維對扁平度的要求。以圖4中異形纖維異形比與漏板溫度關(guān)系為例。當(dāng)溫度控制較高時，玻璃液的粘度低，從漏嘴/漏孔處落下后受表面張力作用更加趨向于圓柱形，纖維的異形比變小。而溫度控制較低時，玻璃液的粘度高，拉絲過程中纖維張力大難以形成穩(wěn)定絲根，更有甚者產(chǎn)生析晶。即使能拉絲，纖維的異形比較大，不合要求。因此，為使異形纖維的扁平度滿足要求，需要將漏板溫度控制在合理的范圍內(nèi)，而且保持漏板溫度的穩(wěn)定。1.2.2漏板低溫區(qū)后單絲異形比出現(xiàn)差異異形纖維生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)局部析晶、飛絲或出現(xiàn)斷頭后未及時處理等異常情況，造成漏板溫度不均，從而導(dǎo)致單絲異形比出現(xiàn)差異。為此，均勻漏板溫度顯得尤為重要。一般情況下，漏板出現(xiàn)低溫區(qū)后低溫區(qū)域的單絲異形比較大。如果低溫區(qū)較少，建議將低溫區(qū)原絲列流處理直至溫度均勻為止。如果漏板出現(xiàn)低溫區(qū)較多，甚至整塊漏板不均勻，建議排料至漏板溫度均勻，嚴重的情況下更換漏板。1.3漏前冷卻片處冷卻異形纖維成型的關(guān)鍵就是使扁平形狀的玻纖成型后立即快速地被冷卻。冷卻條件好，纖維保持變形度就高，反之亦反。一般情況下，玻璃纖維的成型需經(jīng)過2次冷卻過程，即漏嘴處冷卻和成型區(qū)冷卻，如圖5所示。漏嘴處冷卻是采用金屬冷卻片對玻纖絲根吸熱，再由冷循環(huán)水帶走熱量，起到快速冷卻的作用，對纖維成型至關(guān)重要。成型區(qū)冷卻一般采用噴霧水和冷卻風(fēng)冷卻，冷卻玻纖，使其適合拉絲作業(yè)；潤濕玻纖，方便粘附浸潤劑；凈化纖維周圍的空氣，同時降低環(huán)境溫度。因此，需要重點關(guān)注冷卻片冷卻效果。漏板溫度不變的情況下，調(diào)整冷卻片的位置可以改變異形纖維的扁平度。上下調(diào)整冷卻體會使該區(qū)原絲異形比整體變大或變小。而左右調(diào)整單片冷卻片則會使冷卻片兩邊的原絲異形比出現(xiàn)相反變化。所以一旦確定了冷卻體和冷卻片位置，生產(chǎn)過程中盡量不作變化。1.4其他生產(chǎn)條件1.4.1拉絲機的旋轉(zhuǎn)調(diào)整度在漏板設(shè)計、漏板溫度控制和冷卻固化條件都穩(wěn)定后，生產(chǎn)過程中可以對拉絲機轉(zhuǎn)速進行微調(diào)，起到對原絲整體異形比輔助調(diào)整的作用。1.4.2提升人員素質(zhì)在異形纖維的生產(chǎn)過程中操作人員的重要性比較突出。由于生產(chǎn)中的細微變化可能引起原絲扁平度出現(xiàn)大波動，所以相對傳統(tǒng)纖維的生產(chǎn)而言，異形纖維的生產(chǎn)對人員素質(zhì)要求更高。主要反映為，要求操作人員對漏板溫度的變化更敏感，引絲操作更迅速、更熟練，而且還需要更耐心。出于異形纖維特殊性的要求，需要著重操作人員的培養(yǎng)。通過理論和實際操作的培訓(xùn)，逐步提升異形纖維生產(chǎn)的技術(shù)力量，最終實現(xiàn)提高生產(chǎn)力的目標。通過對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制優(yōu)化，CPIC成功生產(chǎn)出了異形比為1∶3和1∶4的異形纖維。2．有好的電導(dǎo)濕能力聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）作為結(jié)晶型熱塑聚酯，具有較高的耐熱性、韌性、耐疲勞性、耐磨性、耐候性、耐化學(xué)藥性等性能優(yōu)點。吸水率低，在潮濕環(huán)境中能保持較好的電性能，應(yīng)用比較廣泛。但是PBT也存在尺寸穩(wěn)定性不好、成型收縮率大、易翹曲，力學(xué)性能較低等缺點。使得PBT的應(yīng)用受到一定限制利用CPIC生產(chǎn)的異形比為1∶4的異形玻纖制備了異形玻纖增強PBT復(fù)合材料，研究了不同熔融指數(shù)的PBT樹脂、不同玻纖含量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。2.1性能測試結(jié)果在玻纖增強PBT復(fù)合材料中，PBT樹脂基體對復(fù)合材料力學(xué)性能影響較大，實驗了不同熔融指數(shù)的PBT樹脂；不同樹脂對復(fù)合材料力學(xué)性能測試結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，營口康輝的樹脂熔融指數(shù)較高，強度模量較好，但是沖擊強度略低。中石化的樹脂與巴斯夫的樹脂力學(xué)性能接近，但是巴斯夫的熔融指數(shù)最低。這可能主要與聚合工藝與質(zhì)量控制有關(guān)。PBT不同牌號的熔融指數(shù)不一樣，一般來說，對于化學(xué)結(jié)構(gòu)一定的PBT樹脂，其熔融指數(shù)越小，分子量越大，其強度、韌性、硬度、熱穩(wěn)定性等性能會更好。熔融指數(shù)高，分子量小，其流動性，加工成型性更好。2.2pbt復(fù)合材料拉伸性能在玻纖增強PBT復(fù)合材料中，玻纖起著骨架結(jié)構(gòu)增強作用，以承擔(dān)外加應(yīng)力與載荷，對復(fù)合材料力學(xué)性能影響較大；選用營口康輝PBT樹脂，制備了30%玻纖含量和50%玻纖含量增強PBT復(fù)合材料。考察不同玻纖含量對PBT復(fù)合材料力學(xué)性能影響，其測試結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，50%玻纖增強PBT復(fù)合材料在強度，模量優(yōu)于30%玻纖增強PBT復(fù)合材料。但是50%玻纖含量增強PBT沖擊強度略低于30%玻纖增強PBT樹脂。這主要是因為在玻纖種類相同的情況下，主要是與玻纖含量有直接關(guān)系。玻纖本身模量較PBT基體樹脂高很多，玻纖含量越高，其纖維密度越大，可抵抗的外力越大，因而PBT復(fù)合材料的模量和強度越高。在高玻纖含量下，玻纖與玻纖之間更容易接觸，摩擦而導(dǎo)致斷裂，又由于玻纖相對于樹脂比較脆，所以沖擊強度有一定下降CPIC和重慶恩斯特龍通用航空技術(shù)研究院有限公司合作，將異形纖維增強PBT復(fù)合材料用于制造用于通航噴藥飛機上的農(nóng)噴設(shè)備藥箱，拉伸強度指標較普通纖維增強的復(fù)合材料提高了21%，飛機藥箱整體重量減輕了10%，用戶使用感大幅度提升。高強耐蝕輕量化的異形纖維增強PBT復(fù)合材料選擇，為民用航空器產(chǎn)品的自主研發(fā)，開辟了新的方向。3漏板整體溫度(