玻璃纤维拉丝成形环境工艺设计与应用.pdf

技 术 开 发 F 一 g i as s 穆允广，等：玻璃纤维拉丝成形环境工艺设计与应用 中图分类-：T Q1 7 1 7 7 6 3 3 文献标识码：A 玻璃纤维拉丝成形环境工艺设计与应用 穆允广，杨浩，杨坤，柳丽娜(泰 山玻璃纤维 有限公司，泰安 2 7 1 0 0)摘要：从热量平衡理论及生产实践两方面讨论 了理想的拉丝成形环境工艺状态、拉丝成形环境工艺的基本服务对象及需 要达到 的要求；讨论 了在 生产 实践 中影 响拉丝工 艺环境的主要 因素 冷却水、喷雾水、空调风的控制 目标与 方法。藉此研究 讨论希望对稳 定拉 丝作业和产品质量有一定帮助。关键词：玻璃 纤维；拉丝成形环境；工艺设计应用 De s i g n a n d App l i c a t i o n o f En vi r o n me n t a l Co n di t i o ns f o r Gl a s s Fi be r Fo r m i ng M U Yun g ua n g，YANG H a o，YANG Ku n，LI U Li n a (T a i s h a n F i b e r g l a s s I n c ，T a ia n 2 7 1 0 0 0)Ab s t r a c t：I n a s p e c t s o f b o t h t h e r ma l e q u i l i b r i u m t h e o r y a n d p r o d u c t i o n p r a c t i c e，t h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e d e s i r a b l e fi b e r f o r mi n g c o n d i t i o n s，t h e i r b a s i c t a r g e t s o f s e r v i c e a n d t h e c o n t r o l s o f ma i n f a c t o r s a ffe c t i n g t h e e n v i r o n me n t，s u c h a s c o o l i n g wa t e r，wa t e r s p r a y a n d a i r c o n d i t i o n i n g，h o p i n g t h a t t h i s s t u d y i s o f c e r t a i n h e l p t o s t a b i l i z e t h e fib e r f o r mi n g p r o c e s s a n d t h e p r o d u c t q u a l i t y K e y wo r d s：g l a s s fi b e r：fi b e r f o r mi n g e n v i r o n me n t；p r o c e s s d e s i g n；a p p l i c a t i o n 1 理想情况下 的拉丝成 形环境 工艺状态 拉丝成 形是把 玻璃液 经漏板分 流成若 干细小 玻 璃丝的过程。玻璃液经历了一个由液态到固态的转 变，同时伴随着一个能量的释放与吸收的过程，拉 丝成 形环境 工艺就 是解决 热量收支 平衡 的过程。拉 丝作业过程中主要的放出热量元件为：玻璃液、漏 板；主要 吸收热量 元件为：循环冷 却水、喷雾水和 收稿 日期：2 0 1 卜0 3 1 5 作者简介：穆允广，男，1 9 7 7 年 生，泰山玻璃纤维有 限公司技术 部副主任工程师。玻璃 纤 维 2 0 1 1 年 第6 期8 空调风。理想 的拉丝成 形环境应 该保 持拉丝 空间一 个恒定 的温度，即放热 元件释 放热量应 该等 于吸热 元件 吸收 的热 量，这 是拉丝成 形工 艺环境稳 定的基 础。玻璃纤维 企业往往 会在 换季和特 殊天气 时 出现 的一 些生产和 产 品异 常，一 部分原 因就是 因为外 界 温度和 湿度 等 自然 条件 的变 化干扰 了成形 室的热量 平衡造 成 的。如：外界气温 升高可 能引起 喷雾水和 空调 风温度 的升高，则吸热 元件 的吸收热 量 的能 力 减弱，成形 区 间的温 度升 高，从而 引起玻 璃纤维丝 根的增长和丝束温度 的升高，漏板的作业状况和浸 润剂 的涂覆 就会受 到影响，职工 的作业环境 变差，万方数据穆允广，等：玻璃纤维拉丝成形环境工艺设计与应用 拉丝成品率、产品可燃物含量和含水率都将受到影 响。2 拉丝成 形环境 工艺 的基本服务对象及要 求 2 1 玻璃 纤维丝根 玻璃纤 维丝根 即玻璃液 从漏嘴 出来 以后 到转变 为固态这段距离上的玻璃液形态。它像一个倒锥体，长度 因玻璃液粘 度不 同而有差 异，一般5 7 m m。每 种 玻璃 配方都有 适宜拉 丝 的最佳 丝根状 态，丝根 状 态关系到拉丝张力、作业稳定性，最终影响到拉丝 成品率。所以，每次玻璃配方变化以后都应该及时 调整各工艺环境参数，寻找最适宜拉丝的丝根状态，因此保证 成形丝 根的适 宜性和稳 定性是控 制拉丝 成 形工艺环境的关键。只有玻璃纤维丝根满足拉丝的 要求且稳定，才能保证玻纤纱产品线密度稳定、原 丝成形张力均匀一致，避免出现如散丝、分束率、断头 飞丝等产 品质量 问题。2 2 玻璃纤维涂覆浸润剂时的玻纤单丝温度 涂覆 浸润剂 时 的玻 纤单丝温度 要适合 浸润剂 的 特性。如 果纤维冷 却不足，过热 的纤维 与浸 润剂接 触将 影 响浸 润剂组 分的作用 发挥，从而影 响产 品的 性 能。因此 必须将 玻纤 原丝与浸润 剂涂覆 时 的温度即红外线 检测 的涂油辊 前的温度)控制在 一定 的 范 围内。2 3 操作工人工作环境 拉丝 成形环 境工艺 的基本服 务对象还 要考虑操 作工人的工作环境，尽可能舒适，实现企业的人性 化管理。3 拉丝成形环境工艺的基本控制对象及热 平衡分析 拉丝成形环境工艺的基本控制对象为：冷却水、喷雾 水和空 调风，可 调节基 本参数 为温 度和 流量，稳定温 度和流 量是稳 定拉丝 成形工 艺环境 的基 础。各参数是可 以通过热平衡 公式计算 出来 的。拉丝成 形环境 工艺 的控 制 目标 是达 到拉丝成形 F e r g l a s s 技 术 开 发 区中，各元件吸收的热量应该等于在该区域中，放 热元件放 出的热量。根据这 一控制 目标，考察 的控制对 象主要 为漏 板底板 至涂油 辊这段距 离空 间内的热量 变化情况。主要放 出热量 的元件：漏 板底板 和玻璃液。主要 吸 收热量 的元件：冷却器、喷雾水、空调风。作业通 路水包、电极 夹、通水 软管属 于次要元件，忽 略不 计。通过以上分析可知，在成形玻璃液温度、漏板 作业温度 和流量 一定的情况 下，冷 却水、喷雾水、空调风 的温度 与流量必须 稳定，只有这样才 能保证 拉丝成形环 境工艺的稳定性。4 拉丝成形环境 工艺应 用 组成拉丝成形环境工艺的基本元素为：冷却水、喷雾水、空调风。它们通过传导、对流、辐射等多 种热量传递方式带走漏板和通路释放到成形室 内的 热量，从而维持玻璃纤维成形区和作业区温度和湿 度 的稳 定性，从而保证拉 丝作业 的顺利进行。4 1 冷却器 冷却器 是吸收玻 璃液丝根 和漏板底 板辐射 热的 主要 元件。热 量 以辐射 和对流 的方式将 热量置换 给 冷 却片，冷 却片再传 导到给循 环冷却 水，将热 量带 到 室外。冷却 器 的冷 却能力受 到冷却水 进水温度 和 水流 量 的影 响，同时又受到冷 却片材质 的影响。实 践证 明：当冷 却水 的温 度 降低 和流量增 大到一 定程 度后，其 吸收热量 的能力将不 再显著。冷却水 的温 度不 宜过低，如果冷 却水温度 太低 的话，热 的水 蒸 气容 易在片上 冷凝，使 冷却片 容易 附着挥 发物，影 响冷 却器 的使 用和产 品质量，一 般 以2 8 3 0 较适 宜。冷却 器 的冷 却能力与 冷却片 的换热效 率有 关，最早 的冷 却片 的材 质为银 片，因为银 片 的导热 系数要比铜的好，相同条件下银片冷却器冷却效果 要好，但成本 高。冷 却器的冷 却能力 同时又受 到冷 却 片表面积大 小和颜 色的影 响，表面积越 大，颜 色 越接近黑体(吸收率为1)，吸收辐射热的能力越强，冷却效果越 明显。玻 璃 纤 维 2 0 1 1 年 第6 期 9 万方数据技 术 开 发 Fib e r gl as 穆允广，等：玻璃纤维拉丝成形环境工艺设计与应用 4 2 喷雾水 喷 雾水在 冷却 原丝和空 间温度 的过程 中扮演着 极其重要的角色，喷雾水水温一般控制在 1 6左右。喷雾水主要通过显热和潜热两种汽化形式吸收热量，喷雾水 由1 6升到1 0 0发生的是汽化显热，吸收 的热量较 少，总吸 收热量 为3 5 2 8 k J k g(水 的 比热 为4 2 k J k g)；由1 0 0的水转 化为 1 0 0的蒸 汽 发生 的是汽化潜 热，将 吸收 大部分 的热量，水 的 汽化 潜热为 2 2 5 6 k J k g。因此，我们希望水 的粒度 能更小，发挥更大的吸热作用。如何将喷雾水加工 为更小的粒度是我们努力的目标。粒度越小，同样 体积 的水形成 的表面 积越大，发生汽 化 的水 越 多，吸收的辐射热也越多。因此喷嘴的形式、安装方式、水 的穿透能 力 以及 喷雾量对 冷却 原丝和 降低空 间温 度都很重要。通过一些资料看出，国外玻纤公司的 冷却水喷雾量明显高于国内玻纤企业，在这一过程 中，要注 意产 品含 水率 的要求在 一定程 度上 限制 了 喷雾 水 的使用量。目前 一些玻 纤企业采 用双流 体喷 嘴，双流 体喷 嘴就是借 用压缩 空气将 水雾化成 更小 颗粒，同时增强 了穿透能力，因此冷却 效果很强。4 3 空调风 空调风也在整个拉丝成形环境工艺中起着至关 重要 的作用，它一方 面是 降低 丝束温 度 的需要同 时又 是稳定丝 根周 围温度场、气流场 的需要。另一 方面 它还是保 证工人 舒适操 作环境 的需要。目前 较 通用 的漏板 空调风 布置如图1 所示：图1 漏板 空调风 布置图 玻璃纤维 2 0 1 1 年 第6 期 1 0 漏嘴 空调风箱 玻璃纤维 漏嘴 上 的每 一根玻璃 纤维在 下行 时将 带动 周围 的空气形 成下行 的气流，该气流 一方面在 丝根 部位 形 成负压，另一 方面 由于玻璃 纤维 的集 束导致 气流 聚 集碰撞 在丝根 以下形 成紊流。漏板 空调风箱 出风 口与水平方向保持一定的角度(a)并采用孔板均 风过滤，空调风一方面吹向丝束强制冷却玻璃纤维 丝束，另一方 面被 吸入负压 区，在漏 嘴周 围形成 了 稳定 的温 度场 和气流 场，从 而保证 了成形丝 根 的稳 定性。漏板 周 围如 果没有补 充空调 风，漏板 周 围温 度不均匀且含有杂质的空气将被吸入负压区，造成 丝根的不稳定，可能造成原丝线密度的波动或断头。在漏 板下方、前后 位置布 置两个 空调风箱 可 以有 效 解 决以上 问题。除了漏板需要配置空调风外，成形室整体空间 也需要配 置一 定温湿度 的空调 风，一 方面保证 拉丝 工人舒适 的操 作环境，温度 一般控S JJ 2 o左 右，湿 度一 般控 制在 7 5 左 右。同时保证 成 形室 内微 正压(2 5 P a)，以防止 成形室外灰尘被 吸入成形室，影响拉丝作业 的稳 定性。冷却水、喷雾 水、空 调风组成 了整个 拉丝成 形 环境工艺的基础，三者相辅相成，如何保证三者各 指标值的合理性和稳定性是拉丝作业和产品质量的 稳定性 的根 本保证。5 结论 随着我国玻璃纤维工业的迅速发展，玻璃纤维 工艺技术也逐渐 步入 了精细化、规范化发展的轨道，产 品的竞争 归根结底 还是工 艺技术和 管理水平 的竞 争。玻璃纤维 拉丝成 形环境工 艺也 愈来愈受 到各玻 纤生 产企业 的关注和 重视，已经 由原来 的粗 放型 的 设计 与管理逐 步 向精 细化转 变，先进 的设备 与控制 器件也逐步被应用到玻璃纤维拉丝成形环境工艺中，对 生产 的稳 定性和产 品 品质 的提 升起 到 了很好 的推 动作用。圄 一 一 一，J 一 V，、一 r、v 三 万方数据玻璃纤维拉丝成形环境工艺设计与应用玻璃纤维拉丝成形环境工艺设计与应用作者：穆允广，杨浩，杨坤，柳丽娜作者单位：泰山玻璃纤维有限公司,泰安,271000刊名：玻璃纤维英文刊名：Fiber Glass年，卷(期)：2011(6)本文链接：http:/