高硅氧玻璃材料的生產(chǎn)與市場(chǎng)分析

作為一種承受著廣泛的技術(shù)和巨大成功的特殊材料，高硅氧纖維的應(yīng)用和開發(fā)取得了巨大成功。自美國h.i.thompson公司首次進(jìn)行工業(yè)節(jié)段以來，高硅氧纖維在其優(yōu)點(diǎn)和相對(duì)價(jià)格上已被廣泛應(yīng)用于振動(dòng)器防熱燃燒材料、耐高低溫?zé)崦舴磻?yīng)、高溫氣體處理、液體過濾、金屬硬化過濾和其他應(yīng)用領(lǐng)域。它具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)潛力。近年來，高硅氧纖維的需求也在增加。為提高高硅氧制品的應(yīng)用性能,國內(nèi)外公司都在進(jìn)行提高硅氧玻璃纖維制品強(qiáng)度與耐熱性的研究和開發(fā),部分制品已成功應(yīng)用于高溫氣體、液體和侵蝕性介質(zhì)的過濾和國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)高端領(lǐng)域。1高硅氧纖維材料的生產(chǎn)高硅氧玻璃纖維的生產(chǎn)是以合適的原始玻璃成分,按普通玻璃纖維的生產(chǎn)工藝制成紗、布等各種制品,經(jīng)過酸瀝濾和熱燒結(jié)工藝,即得到耐高溫性能接近石英纖維的高硅氧制品,對(duì)原始玻璃組分,目前主要有以E玻璃以及SiO2-B2O3-Na2O和SiO2-B2O3二元系統(tǒng)為原始玻璃組分,我國主要采用三組分的鈉硼硅酸鹽玻璃,其主要的制品生產(chǎn)工藝流程如圖1所示:在生產(chǎn)中,將高硅氧制品經(jīng)酸瀝濾,利用其結(jié)構(gòu)的分相,使B2O3和Na2O組分瀝濾出來轉(zhuǎn)入溶液中,使SiO2富集量達(dá)到96%以上的微孔硅氧骨架,然后再經(jīng)600～800℃的高溫?zé)釤Y(jié)定型,使微孔閉合,骨架結(jié)構(gòu)趨于緊密,而制得高性能的高硅氧玻璃纖維制品。2熱壓法非織造布復(fù)合飲料的特點(diǎn)(1)軟化點(diǎn)接近1700℃,可長(zhǎng)期在900℃環(huán)境下使用,瞬間可以耐數(shù)千度的氣流沖刷。(2)在有機(jī)和無機(jī)酸中(氫氟酸、磷酸和鹽酸除外),甚至在高溫下,以及弱堿中保持良好的性能穩(wěn)定。(3)對(duì)熱沖擊和超高輻射有較高的穩(wěn)定性,在高溫和高濕條件絕緣性能優(yōu)良,與高溫膠具有良好的黏結(jié)性能。(4)耐濕耐日光輻射并且抗震,可用于各種密封材料,制品結(jié)構(gòu)牢固,在許多高溫條件下保持柔軟性。(5)結(jié)構(gòu)及性能穩(wěn)定,對(duì)人體沒有危害,可代替陶瓷纖維和石棉纖維(高溫下發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變)。(6)防火溫度高,在汽油中燃燒不氧化、不變色,強(qiáng)度高,不會(huì)造成二次污染。(7)具有良好的耐磨性與絕緣性能,大多數(shù)情況下價(jià)格具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。(8)其骨架可以適當(dāng)?shù)靡钥刂?制作各種膜件,用于液體過濾、氣體分離或作為催化劑或酶的載體。正是有如此多的優(yōu)點(diǎn)和特性,高硅氧玻纖制品受到高度的重視和廣泛的研究,并已在許多要求苛刻的工作環(huán)境中大規(guī)模應(yīng)用,開發(fā)研究高性能的高硅氧玻纖制品將極具市場(chǎng)前景。3新一代高溫復(fù)合材料由于高硅氧玻璃纖維較石英等耐高溫?zé)o機(jī)纖維成本低,使用安全,目前在歐美等國家有若干公司圍繞高硅氧玻纖的高性能開發(fā)了一系列產(chǎn)品,著名的有美國ZIRCAR耐高溫復(fù)合材料公司、美國達(dá)科南方公司、德國Kelevers公司和美國H.I.Thompson公司等。而我國的研究開發(fā)基本上采用跟蹤法,總體上落后于國際水平,國內(nèi)持續(xù)研究時(shí)間長(zhǎng)并形成規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)研究的只有陜西玻璃纖維總廠和南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院。3.1“兩相”即生成2o高硅氧玻璃纖維其工藝原理是利用玻璃在熔融或冷卻過程中,二個(gè)或二個(gè)以上互不相溶的液相彼此分離,成微不均勻性,利用其結(jié)構(gòu)的分相而生產(chǎn)的,高硅氧玻璃成分去組成落于分相區(qū)內(nèi),當(dāng)玻璃冷卻或再加熱時(shí),會(huì)分離成兩相,一相幾乎全是SiO2,另一相則富有B2O3和Na2O,他們很容易被酸溶出。從玻璃結(jié)構(gòu)上看當(dāng)SiO2含量較高,而分子比Na2O:B2O3<1時(shí),玻璃中同時(shí)存在著[SiO4]四面體、[BO4]四面體和[BO3]三角體,其中一部分[BO4]四面體與[SiO4]四面體組成均勻、統(tǒng)一和連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而另一部分形成獨(dú)立的層狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),因此在玻璃中存在一定的分相。而SiO2相對(duì)酸很穩(wěn)定,B2O3-Na2O相則易溶于酸。高硅氧玻璃纖維的生產(chǎn)就是利用這種原理,將具有基礎(chǔ)玻璃成分的紗或織物在一定條件下進(jìn)行酸瀝濾,使B2O3-Na2O相轉(zhuǎn)如溶液中,留下微孔結(jié)構(gòu)的硅氧骨架,然后再經(jīng)600～800℃高溫處理,使微孔閉合,骨架結(jié)構(gòu)趨于緊密,從而獲得高穩(wěn)定性的纖維材料,這樣三組分的鈉硼硅酸鹽玻璃就轉(zhuǎn)化成高硅氧玻璃纖維了。3.2高硅氧氟生產(chǎn)工藝分析對(duì)高硅氧玻璃纖維的生產(chǎn),國內(nèi)外所采用的工藝大致相同,都經(jīng)過合適的原料拉絲成型、紡織加工、酸瀝濾、熱燒結(jié)和后表面處理等幾個(gè)步驟。3.2.1采用全電熔窯進(jìn)行高硅氧/雙熔制對(duì)高硅氧玻璃纖維生產(chǎn)的原料,目前兩種組分,其中部分廠家為了降低成本,也采用E玻璃進(jìn)行后序加工而制備高硅氧玻纖制品,我國一般都采用三元系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的纖維制品,但在其融化中,因B2O3和Na2O揮發(fā)較大,易造成成分的不穩(wěn)定和對(duì)耐火材料的侵蝕較嚴(yán)重,與傳統(tǒng)火焰窯相比,采用全電熔窯在1450℃左右進(jìn)行高硅氧球的熔制,則可大為減少揮發(fā)率和降低對(duì)耐材的侵蝕。3.2.2漏板和玻璃液的浸漬角高硅氧玻璃其硬化速度較低,拉絲溫度在1150℃左右,析晶上限溫度只有983℃,所以在拉絲過程中很少出現(xiàn)析晶現(xiàn)象,但玻璃液與漏板鉑金的浸潤角較小,所以在漏板設(shè)計(jì)中,要考慮各個(gè)因素的影響,并在拉絲中對(duì)強(qiáng)制冷卻氣流的控制以及專用浸潤劑都提出了較高的要求。3.2.3高硅氧玻纖制品的分相遷移速率酸瀝濾是將結(jié)構(gòu)中分相的非硅質(zhì)相在酸的作用下使其析出,以使結(jié)構(gòu)中SiO2含量達(dá)到96%以上。離子的分相遷移速率受酸的濃度、瀝濾時(shí)間、溫度以及酸液中H3BO3含量的大小及瀝濾速度等因素的影響,對(duì)各工藝的設(shè)定和各參數(shù)的合理控制是生產(chǎn)高硅氧玻纖制品的關(guān)鍵。尤其是溶液中H3BO3的含量對(duì)制品的斷裂強(qiáng)力有很大的影響,其影響關(guān)系如圖2。3.2.4熱燒結(jié)時(shí)間對(duì)微裂紋的影響經(jīng)酸瀝濾的高硅氧玻纖制品,其分相中易溶組分B2O3和Na2O等被酸瀝濾出來,留下連續(xù)的富SiO2的多孔骨架,需在600～800℃或更高的溫度下進(jìn)行熱燒結(jié),使其微孔閉合,強(qiáng)度有所恢復(fù),但當(dāng)溫度過高時(shí),將會(huì)使玻璃表面的微裂紋在內(nèi)應(yīng)力作用下擴(kuò)大,從而使制品的強(qiáng)力反而下降。同酸瀝濾一樣會(huì)對(duì)制品的物理力學(xué)性能產(chǎn)生較大的影響,其具體影響見表2。所以在生產(chǎn)中,需對(duì)熱燒結(jié)的溫度制度和燒結(jié)時(shí)間進(jìn)行合理的控制,在保證恢復(fù)最大強(qiáng)力的同時(shí)使制品在應(yīng)用條件下的線收縮率不大于3%。3.5.2表面處理劑的應(yīng)用后表面處理是改善高硅氧制品應(yīng)用性能的有效途徑,經(jīng)熱燒結(jié)處理的高硅氧制品,重新涂以浸潤劑后強(qiáng)度均會(huì)大大提高,表面處理劑可選用涂氧化鉻或蛭石添加偶聯(lián)劑等,通過后表面處理的高硅氧纖維其強(qiáng)力可提高一倍以上,制品的耐磨性和耐熱性也可通過后處理得以改善,選擇不同的后表面處理劑和后處理工藝,可獲得具有不同應(yīng)用性能的高硅氧制品。4生產(chǎn)工藝和設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用水平低高硅氧玻璃纖維作為一種特種纖維,以其優(yōu)異的性能,在我國得到了廣泛的研究,其制品在我國各工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用,從制備過程中玻璃成分的研究以及后序處理到新品種、新工藝、新設(shè)備的開發(fā),已取得了大量的研究成果,生產(chǎn)工藝日趨成熟。但相對(duì)國外的研究和產(chǎn)品,國內(nèi)的差距不小,主要表現(xiàn)為