淺述玻璃纖維加工過程中造成毛羽的原因及解決措施

1、淺述玻璃纖維加工過程中造成毛羽的原因及解決措施葛安華摘 要：從玻璃纖維生產(chǎn)各工序出發(fā)，并以浸潤(rùn)劑、拉絲技術(shù)為 重點(diǎn)，從技術(shù)、環(huán)境等方面分析了玻纖毛絲產(chǎn)生的原因?？偨Y(jié)了 一些來自生產(chǎn)實(shí)踐的可減少毛絲危害的措施。通過浸潤(rùn)劑配方； 適宜的拉絲工藝參數(shù)；浸潤(rùn)劑的使用；保持原絲一定的含油率； 降低摩擦阻力； 合理的烘干制度； 合適的加工溫濕度等措施有效 地減少了毛羽的產(chǎn)生。關(guān)鍵詞：玻璃纖維；毛羽；原因；解決措施0 前言毛羽現(xiàn)象一直是困擾玻璃纖維生產(chǎn)的重要問題。解決毛羽問題實(shí) 際上是一個(gè)系統(tǒng)工程，從浸潤(rùn)劑到拉絲、烘干、退解、織造，每道工 序均有許多值得關(guān)注的細(xì)節(jié)，但在生產(chǎn)中往往容易忽視。引起玻纖毛 絲的原

2、因很多， 從生產(chǎn)工藝角度來分析有： 玻璃融化不好及澄清不良、 拉絲工藝參數(shù)設(shè)置不合理、烘干工藝或原絲調(diào)理工藝不當(dāng)?shù)?。從浸?rùn) 劑角度來分析有：成膜劑配方不合理、浸潤(rùn)劑含量偏低、浸潤(rùn)劑使用 環(huán)節(jié)不當(dāng)?shù)?。從加工工藝的角度分析有：環(huán)境溫濕度、退解（絡(luò)紗） 工藝、原絲調(diào)理工藝、烘干工藝等。本文主要從浸潤(rùn)劑技術(shù)、玻璃熔 制工藝、拉絲工藝、加工環(huán)境、退捻（絡(luò)紗）工藝、烘干工藝等幾個(gè) 方面分析毛羽產(chǎn)生的原因及預(yù)防。1 、玻璃纖維玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，主要成分 為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鈉等。玻璃纖 維單絲的直徑從幾個(gè)微米到二十幾米個(gè)微米，相當(dāng)于一根頭 發(fā)絲的1/20-1/5，每

3、束纖維原絲都有數(shù)百根甚至上千根單絲組成，通常作為復(fù)材料中的增強(qiáng)材料，電絕緣材料和絕熱保 溫材料，電路基板等，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。 玻璃纖維之特性：(1) 拉伸強(qiáng)度高，伸長(zhǎng)小(3%)。(2) 彈性系數(shù)高，剛性佳。彈性限度內(nèi)伸長(zhǎng)量大且拉伸強(qiáng)度高，故吸收沖擊能量大。(4)為無機(jī)纖維，具不燃性，耐化學(xué)性佳。吸水性小。(6) 尺度安定性，耐熱性均佳。(7) 加工性佳，可作成股、束、氈、織布等不同形態(tài)之產(chǎn)品。(8) 透明可透過光線。(9) 與樹脂接著性良好之表面處理劑之開發(fā)完成。2、玻璃纖維的性能S-2玻 璃HiPer-texR玻璃T玻璃中國(guó)咼強(qiáng)2#E玻璃密度,g/cm32.462.522.542

4、.492.542.58軟化點(diǎn)，乜1056963952975-830-860Log3, C15651379-12451160-1196液相溫度，匸15001279-13201065-1077也T,心65100-7595-119膨脹系數(shù)，心O7/匕29413328-49-60折射率1.5211.56-1.571.546-1.558拉伸強(qiáng)度，MPa4380-4590-4135475041003100-3800楊氏模里，GPa88-918685.5868576-783、毛羽的危害由于玻纖高模量、 低伸長(zhǎng)率， 加工過程中易產(chǎn)生高張力， 從而發(fā)生 脆性斷裂。無堿纖維脆性最小，中堿次之。玻纖紗斷裂時(shí)，一個(gè)斷

5、裂點(diǎn) 形成兩根毛絲。從毛絲的形態(tài)來分還可分為長(zhǎng)毛絲、短毛絲、絨毛、毛 團(tuán)等。毛絲可造成以下危害。（1）造成紗線強(qiáng)度降低。（2）給后道工序使用帶來困難，如單絲涂塑窗紗用玻纖細(xì)紗和長(zhǎng)纖增 強(qiáng)熱塑性塑料用玻纖長(zhǎng)絲， 對(duì)紗的光潔度、 完整性和集束性要求很高， 稍有毛絲即不能正常生產(chǎn)。2 毛絲產(chǎn)生的原因及解決措施2.1 原絲浸潤(rùn)劑含量偏低會(huì)造成原絲集束不良，單根散絲極易磨斷磨 毛，出現(xiàn)大量的毛絲。解決措施：（1）適當(dāng)提高浸潤(rùn)劑固含量，研究發(fā)現(xiàn)中堿池窯生產(chǎn)的原絲由于噴 霧等原因，需要適當(dāng)提高浸潤(rùn)劑固含量才能保障原絲含油率。（2）提高浸潤(rùn)劑附著力，在浸潤(rùn)劑中添加聚乙烯醇（ PVA ）、聚乙烯 吡咯烷酮（ P

6、VPK ）等高粘度物質(zhì)，可使浸潤(rùn)劑粘度提高。（ 3）控制噴霧流量，及時(shí)檢查霧化狀態(tài)。（4）及時(shí)解決單絲涂油器石墨輥出現(xiàn)魚眼和花輥現(xiàn)象，就及時(shí)清洗 或更換涂油輥。2.2 玻璃熔化不好或澄清不良毛絲，由于未融化好的玻璃存在結(jié)石、氣泡等缺陷會(huì)在加工過程中造成單纖維斷裂而產(chǎn)生毛羽 解決措施：（1）穩(wěn)定玻璃的熔制工藝，提高熔化質(zhì)量。（ 2）使用鼓泡技術(shù)強(qiáng)化玻璃的澄清。2.2 浸潤(rùn)劑配方對(duì)毛羽的影響。浸潤(rùn)劑成膜劑、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑等成 分均對(duì)毛羽的產(chǎn)生有重要的影響。解決措施：（ 1） 選用適當(dāng)?shù)某赡?。環(huán)氧酯，利用環(huán)氧酯基團(tuán)反應(yīng)活性大、易 開環(huán)的特點(diǎn)，接上各種浸潤(rùn)劑性能所需的分子鏈段。線性飽和聚酯， 在浸潤(rùn)

7、劑中還可起到潤(rùn)滑增塑作用，用作硬質(zhì)紗增塑劑，滲透快，不 易遷移。還可用于樹脂型紡織浸潤(rùn)劑，柔軟、爽滑、減少毛絲。水性 聚氨酯。 水性聚氨酯成膜后強(qiáng)度高、 彈性好，對(duì)玻纖保護(hù)集束作用好， 可減少毛絲。（ 2） 選用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑潤(rùn)滑劑對(duì)減少玻纖毛絲起著至關(guān)重要的作 用，玻纖浸潤(rùn)劑中使用的潤(rùn)滑劑大致可分為非離子及陽離子潤(rùn)滑劑兩 大類。非離子潤(rùn)滑劑有：乙氯基脂肪酸硫酸鹽及其衍生物、咪唑啉、 二甲基硅油乳液、磷脂酸等。陽離子潤(rùn)滑劑有：脂肪酸季銨鹽、脂肪 酸磷酸氫鹽、脂肪酸四乙烯或胺絡(luò)合物等。玻纖表面強(qiáng)烈吸附水分，并使水分子極化，水分子中H+與SiO-,AIO-牢固結(jié)合，造成0H-向外，所以玻纖表面為陰離

8、子性的。因此玻纖潤(rùn)滑劑中廣泛采用陽離子型潤(rùn) 滑劑，其與玻纖表面結(jié)合良好，減少毛絲。對(duì)于硬質(zhì)紗浸潤(rùn)劑可采用23種陽離子潤(rùn)滑劑，而軟質(zhì)紗浸潤(rùn)劑為使膜柔軟、增塑，一般為非離子潤(rùn)滑劑與陽離子潤(rùn)滑劑同時(shí)使用。浸潤(rùn)劑配方中潤(rùn)滑劑的用量一 定要適當(dāng)。一般陽離子濕態(tài)潤(rùn)滑劑用量在0.2% 以下，過多則易造成原絲筒變形，如果是硬筒拉絲就會(huì)形成喇叭筒，軟筒拉絲就會(huì)造成原 絲筒塌筒、退解困難，都會(huì)造成毛絲。干態(tài)潤(rùn)滑劑的用量也要控制適 當(dāng)，過多則影響紗的集束性，尤其在成膜劑的玻璃化溫度較低，膜整 體偏軟的情況下，這樣退紗或織造時(shí)易粘附于機(jī)件上，形成黑色粘稠 物，會(huì)引起毛絲。（ 3） 選用適當(dāng)?shù)呐悸?lián)劑。浸潤(rùn)劑中偶聯(lián)劑與玻

9、纖表面以-Si-O-Si- 健結(jié)合，修補(bǔ)玻纖表面微裂紋，阻止玻纖在微裂紋應(yīng)力集中處斷裂，可 減少毛絲。對(duì)于增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑，偶聯(lián)劑變質(zhì)或偶聯(lián)劑水解不良也是造 成毛絲的因素之一。2.3 浸潤(rùn)劑使用不當(dāng)造成的毛羽。由于浸潤(rùn)劑使用過程中溫度的變化 造成浸潤(rùn)效果的變化，及循環(huán)油固含量的變化都會(huì)影響原絲浸潤(rùn)劑含 量進(jìn)而造成加工過程中產(chǎn)生毛羽。解決措施：（1）嚴(yán)格控制好小循環(huán)的浸潤(rùn)劑固含量及其波動(dòng)（嚴(yán)格控制好噴霧 角控制好噴霧水侵入浸潤(rùn)劑的侵入量） ；（2）嚴(yán)格控制好各個(gè)小循環(huán)所帶涂油器的數(shù)量；（3）嚴(yán)格控制好浸潤(rùn)劑溫度；（4）嚴(yán)格控制原絲餅的原始含水率。原絲餅的含水率反應(yīng)原絲束“吃 油”的好壞和充分程度；過

10、多的原絲含水率又會(huì)造成浸潤(rùn)劑的遷移加 重。因此，原絲餅的原始含水率必須嚴(yán)格控制。2.4 拉絲工藝參數(shù)設(shè)置不合理也容易造成毛羽。拉絲工藝參數(shù)設(shè)置不 合理容易造成原絲成型不好、張力過大等。解決措施有以下幾點(diǎn)：（1） 調(diào)節(jié)工藝位置，尤其是控制好扇形單絲在石墨輥上的包角和集束 輪位置。將單絲包角盡可能調(diào)整小，一般為 3o 左右，這樣可以有效地 降低拉絲張力。同時(shí)集束輪槽要定期轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，否則會(huì)磨寬， 造成原絲散絲并產(chǎn)生毛絲。（2） 根據(jù)不同的浸潤(rùn)劑性能及原絲品種選擇不同的卷繞比。卷繞比 機(jī)頭轉(zhuǎn)速 /排線轉(zhuǎn)速。即排線旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，機(jī)頭的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。卷繞比的 意義在于控制卷繞角、原絲纏繞的重復(fù)性，決定了退

11、解效率和絲餅退 繞效率。卷繞角越高，成型約穩(wěn)定。為使得絲餅順利退解，一般要大 于6。如絲餅重量小，厚度小，可使用較小的角度。平行排絲會(huì)造成 退解時(shí)脫圈。主要控制速比不能為整數(shù)或整分?jǐn)?shù)，一般在三位小數(shù)以 上。（3）根據(jù)原絲品種選擇不同的排線鋼絲。螺旋排線鋼絲為原絲提供一 個(gè)高速移動(dòng)，并按預(yù)定模式纏繞到原絲筒上。螺旋排線的幾何形式是 基于阿基米德曲線，并產(chǎn)生線性運(yùn)動(dòng)，但原絲的性能會(huì)改變這種運(yùn)動(dòng) 并導(dǎo)致產(chǎn)生波形動(dòng)作。排線鋼絲規(guī)格（形狀、材料）是決定排線效果 的極為重要的因素。排線鋼絲形狀不準(zhǔn)確、局部過度磨損（造成形狀 改變）、排線鋼絲變形、安裝不準(zhǔn)確（指高、低端安裝時(shí)的外露尺寸 和每副排線鋼絲安裝的

12、對(duì)稱、端腳的平行度等等） 、材料過軟（沒有 一定的彈性、剛性） 、材料不純、不爽滑（材料本身低劣、有毛刺、裂紋等)。( 4 )漏板溫度不均勻產(chǎn)生的毛羽。漏板溫度不均勻致使拉絲過程中 單絲張力不均，造成原絲泡泡紗，加工過程中單纖維斷裂產(chǎn)生毛羽。 經(jīng)試驗(yàn)二者造成毛羽的程度相差 40% 。2.5 繞絲筒上原絲間粘并如果繞絲筒上原絲左右、上下之間粘并，在 退解時(shí)一股紗退出往往造成另一股紗受損，只要有一根或幾根單絲斷 裂就會(huì)造成大面積網(wǎng)狀毛紗，粘并嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成退解、脫圈。因此 這也是毛絲現(xiàn)象產(chǎn)生的一類重要原因。解決措施：(1)適當(dāng)降低原絲浸潤(rùn)劑含量。浸潤(rùn)劑含量過高時(shí)在原絲之間產(chǎn)生 粘并，造成退解時(shí)單纖

13、維斷裂引起毛羽。(2) 浸潤(rùn)劑配方中可添加少量具有隔離效果的潤(rùn)滑劑。既起到良好的 潤(rùn)滑作用，又可起到隔離防粘并效果。2.6 原絲爽滑性不夠，與導(dǎo)紗材料動(dòng)摩擦系數(shù)大摩擦是造成毛絲的最 直接原因。解決措施如下：(1) 提高導(dǎo)紗材料的光潔度和耐磨性。(2) 絡(luò)紗時(shí)將滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦，減少接觸點(diǎn)，磨擦系數(shù)。(3) 提高原絲的爽滑性。 第一是檢查浸潤(rùn)劑中干潤(rùn)滑劑用量是否足夠。 第二是浸潤(rùn)劑配方中添加高效的潤(rùn)滑劑。使用過程要注意潤(rùn)滑劑用量 不需要很大，否則容易引起散絲，加劇毛羽的產(chǎn)生。2.7 靜電過大靜電會(huì)造成原絲對(duì)各摩擦點(diǎn)的粘附，并造成紗線蓬松、散絲，增 加毛絲。因此在浸潤(rùn)劑中添加抗靜電劑，消除靜電

14、的不利影響。常用 的抗靜電劑有：無機(jī)抗靜電劑如氯化銨、氯化鋰、硝酸鋰等；有機(jī)抗 靜電劑如SN等。抗靜電劑的用量一般為 0.05%0.3%。配制浸潤(rùn)劑 時(shí)，抗靜電劑要充分稀釋后再加入配制罐中，避免電解質(zhì)濃度過高影 響成膜劑乳液的穩(wěn)定性。紡織紗退解時(shí)捻線機(jī)接觸紗線的各部件可抹 上一薄層有機(jī)抗靜電劑，實(shí)踐證明這樣也可有效地減少毛絲的產(chǎn)生。2.7 原絲筒溫濕度控制不好。解決措施： （1）根據(jù)不同的成膜劑體系制定適宜的調(diào)制工藝，特別是紡織細(xì)紗。 適宜的調(diào)理工藝有利于浸潤(rùn)劑更好的成膜，加工過程中可以對(duì)原絲提 供良好的保護(hù)，從而減少毛羽的產(chǎn)生。我們?cè)谏a(chǎn)單絲涂塑紗的過程 中對(duì)比同一批次的原絲在不同的調(diào)理工藝

15、下，毛羽產(chǎn)生的程度高達(dá) 56% 。（ 2）控制退解（絡(luò)紗）車間溫濕度。玻璃纖維加工過程中受溫、濕 度的影響極大，適宜的溫濕度可以減少加工過程中毛羽的產(chǎn)生。一般 情況下紡織紗控制在溫度 23 C左右、相對(duì)濕度60%左右比較合適。2.8 烘干工藝不當(dāng)造成的毛羽，原絲未完全烘干或烘干過度、紗線發(fā) 脆對(duì)都會(huì)引起玻纖制品的毛絲。解決措施： （1）原絲未烘干或未達(dá)到浸潤(rùn)劑成膜所需的烘干溫度及時(shí)間，浸潤(rùn) 劑中各組份分相，未充分融合成一完整膜，此時(shí)原絲集束抱合力差，散絲，同時(shí)紗線不滑爽，摩擦系數(shù)大，毛絲多。（2）原絲筒剛進(jìn)烘房時(shí)，起始溫度不能太高，并要加強(qiáng)排濕，尤其 是張力過大、卷繞過緊的原絲筒、超大原絲筒、

16、直接無捻粗紗團(tuán)，更 要增大排濕量和熱風(fēng)循環(huán)。（3）采用微波烘干或微波輔助烘干，可降低遷移，對(duì)減少毛絲有幫 助。2.9 退捻（絡(luò)紗）工藝不當(dāng)產(chǎn)生的毛羽。退捻（絡(luò)紗）過程中由于紗 線高速運(yùn)動(dòng)，集束不好的單根纖維極易因張力過大而斷裂而產(chǎn)生毛 羽。解決措施： （1）根據(jù)不同的紗線選擇不同的成型方式及車速。由于紗線張力在 很大程度上決定于車速，因此必須嚴(yán)格控制車速在合適的范圍內(nèi)，特 別是紡織紗及硬質(zhì)紗。硬質(zhì)紗絡(luò)紗工藝不當(dāng)容易造成浸潤(rùn)劑膜破裂， 紗線硬挺度降低、集束性不好從而影響使用效果。（2）對(duì)紡織細(xì)紗根據(jù)不同的品種選擇合適的尼龍勾。A、尼龍鉤的形狀對(duì)毛羽的影響根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐得出， 曲率半徑大的尼龍鉤曲面

17、狀呈圓形， 與紗線 接觸的摩擦力相對(duì)小， 紗線彎折的幅度小， 斷裂的玻璃纖維少使 得毛羽少， 對(duì)紗線的硬挺度影響小； 而曲率半徑小的尼龍鉤曲面 呈三角形，與紗線接觸的摩擦力相對(duì)大，紗線彎折幅度大，使玻 璃纖維紗線容易斷裂而產(chǎn)生毛羽， 并且會(huì)影響紗線的集束性， 使 紗線硬挺度降低。如圖 1 所示。圓形曲線三角形曲線圖1尼龍鉤與紗線接觸示意圖圖2所示為采用質(zhì)量200,mg的尼龍鉤，形狀分別為三角曲面和圓形曲面，捻線后檢測(cè)的毛羽分布圖，分別檢測(cè)了管紗內(nèi)層、中層和外層的毛羽情況。從圖2可以看出，三角曲面對(duì)紗線毛羽的 影響更大，不利于玻璃纖維紗線的加捻； 而圓曲面對(duì)紗線毛羽影 響相對(duì)較小。此外，尼龍鉤在

18、與鋼領(lǐng)配合中，由于外形不同也會(huì) 形成紗線通路空間的大小不同， 造成對(duì)紗線毛羽的不同影響。 細(xì) 線為三角形曲面，粗線為圓形曲面。圖2B、尼龍鉤的材質(zhì)對(duì)毛羽的影響玻璃纖維紗對(duì)捻線機(jī)尼龍鉤的要求是具有良好的耐磨，尼龍 鉤長(zhǎng)期裸露在外面，會(huì)吸收空氣中的水分，影響尼龍鉤的重量， 從而影響紗線張力而容易產(chǎn)生毛羽。因此，尼龍鉤必須在密封條件下運(yùn)輸和保存，開封后的在使用后也要立即密封保存。C、尼龍鉤的重量對(duì)毛羽的影響如果尼龍鉤重量過重會(huì)造成氣圈小，紗線受到的張力過大， 就會(huì)增大尼龍鉤與紗線摩擦力， 會(huì)造成紗線斷裂，形成毛羽的幾 率加大。同時(shí)鋼領(lǐng)容易磨損，捻出的管紗卷繞硬度大，紗線硬挺 度降低，對(duì)減少成紗毛羽和斷頭都不利， 卷繞過程中會(huì)產(chǎn)生較多 毛羽。如果尼龍鉤重量過輕，紡紗張力過小，運(yùn)行不穩(wěn)定，氣圈 大，捻頭輕，紗線抖動(dòng)，氣圈膨脹，尼龍鉤與紗線摩擦相對(duì)小， 但易碰擊隔紗板產(chǎn)生毛羽，并且管紗卷繞硬度過小，容易變形， 不利于退解。我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中總結(jié)出加捻不同線密度的玻璃纖維紗， 應(yīng) 該選擇不同重量的尼龍鉤以適應(yīng)捻線卷繞工藝， 具體數(shù)據(jù)見表1。表1根據(jù)不同紗線線密度選擇不同重量的尼龍鉤玻璃纖維紗線線密度/tex1366834選用尼龍量/mgD、尼龍鉤使用時(shí)間對(duì)毛羽的影