Tunnetko lasikuidun sovellukset ja valmistustekniikat?

Teknologian jatkuvan kehittymisen myötä ihmisillä on yhä korkeammat vaatimukset materiaalien suorituskyvylle.Lasikuitu, tärkeänä komposiittimateriaalivahvisteena, sitä on käytetty laajalti huippuluokan laitteiden valmistuksessa, kuten ilmailu-, auto-, rakennus- ja elektroniikkateollisuudessa erinomaisten ominaisuuksiensa, kuten korkean moduulin, keveyden ja säteilynkestävyyden, ansiosta. Lasikuidun valmistustekniikan ja sovellusten ymmärtämisellä on suuri merkitys lähitoimialojen kehityksen edistämisessä.

 

1. Lasikuiduraaka-aineet

 

Lasikuitu on -suorituskykyinen epäorgaaninen ei--metallinen materiaali, joka koostuu pääasiassa SiO2:sta, Al2O3:sta, CaO:sta ja MgO:sta, ja sen osuus kuitukoostumuksesta on noin 90 %. Se koostuu pääasiassa luonnollisista mineraaliraaka-aineista, kuten pyrofylliitistä, kaoliinista, kvartsihiekasta, kalkkikivestä, dolomiitista, borokalsiitista ja boromagnesiitistä. Nämä mineraaliraaka-aineet jauhetaan malmijauheeksi tietyn kaavan mukaisesti, sekoitetaan kemiallisten raaka-aineiden, kuten boorihapon ja soodan, kanssa ja valmistetaan sitten prosesseilla, kuten korkeassa lämpötilassa sulatus säiliöuunissa ja kuituveto.

 

Lasikuidun tuotantokustannuskoostumuksen näkökulmasta pyrofylliitin, kvartsihiekan, kalkkikiven ja muiden mineraaliraaka-aineiden osuus kustannuksista on noin 21,7 %, ja pyrofylliitin osuus on noin kolmasosa, ja kvartsihiekan ja kalkkikiven osuus yhdessä on myös tietty osuus.

 

1.1 Pyrofylliitti

Pyrofylliitti on kerrostettu alumiinisilikaattisavimineraali, jonka kiderakenne on 2:1 ja kemiallinen kaava Al2[Si4O10](OH)2. Pyrofylliitin käytön päätarkoitus lasikuidussa on tuoda Al2O3 korvaamaan alumiinijauhetta, mikä vähentää kustannuksia ja parantaa lasikuidun mekaanista lujuutta. Keskikokoinen -alumiinipyrofylliitti, jonka Al2O3-massaosuus on 16–22 %, on edullinen; liian korkeat tai pienet Al2O3-massaosuudet vaikuttavat merkittävästi tuotantoprosessiin.

 

1.2 Kaoliini

Kaoliini tuottaa pääasiassa SiO2:ta ja Al2O3:a lasikuitutuotannossa. Lasikuituyritykset Euroopassa ja Amerikassa käyttävät lasikuituraaka-aineena enimmäkseen valikoitua tai korkealaatuista-kaoliinia pyrofylliitin sijaan. Kotimaassani kaoliini jaetaan pääasiassa hiili-sarjan kaoliiniin ja ei--hiili-sarjan kaoliiniin. Kovaa kaoliinia, jonka SiO2- ja Al2O3-pitoisuudet täyttävät lasikuituraaka-aineiden vaatimukset, voidaan käyttää vakaana ja korkealaatuisena lasikuitujen valmistuksen raaka-aineena vähentämällä Fe2O3- ja TiO2-pitoisuutta rikastustekniikoiden, kuten magneettierotuksen ja vaahdottamisen, avulla sekä alentamalla COD-arvoa kalsinoinnin avulla.

 

1.3 Kvartsihiekka

Kvartsihiekka, joka tunnetaan myös nimellä piidioksidi, koostuu pääosin piidioksidista ja on tärkeä raaka-aine lähes sadalle teollisuustuotteelle, mukaan lukien lasi, elektroniikka ja sähkölaitteet. maassani on runsaasti kvartsivaroja, mukaan lukien luonnonkide, kvartsihiekkakivi, kvartsiitti, jauhettu kvartsi, suonikvartsi, luonnonkvartsihiekka ja graniittipegmatiittikvartsi.

 

Kvartsihiekkaa levitetään useimmille provinsseille ja alueilla, mutta sen resurssit ovat hajallaan ja sitä tuotetaan pääasiassa pienillä ja keskikokoisilla{0}}alueilla. Tärkeimpiä kotimaisia ​​kvartsihiekan tuotantoalueita ovat: Donghai ja Xinyi Jiangsun maakunnassa; Qichun Hubein maakunnassa; Fengyang ja Bengbu Anhuin maakunnassa; Heyuan Guangdongin maakunnassa; Zhundong Xinjiangin maakunnassa; Yinan Shandongin maakunnassa; ja Lingshou Hebein maakunnassa.

 

1.4 Kemialliset raaka-aineet

Pääasiallisia lasikuitujen valmistuksen kemiallisia raaka-aineita ovat boorihappo ja sooda, joista valmistetaan liimausaineita. Lasikuitutuotannossa liimausaineet sitovat kuitumonofilamentit tehokkaasti filamenteiksi ja estävät filamenttien välisen tarttumisen aukirullauksen aikana. Ne myös suojaavat kuituja kulumiselta eri valmistusvaiheiden aikana. Muodostettujen tuotteiden erilaisista prosessivaatimuksista riippuen liimausaineet antavat kuiduille tiettyjä erityisominaisuuksia, kuten niputettavuuden, pilkkoutuvuuden ja dispergoituvuuden, ja voivat parantaa kuitujen ja hartsimatriisin välistä yhteensopivuutta ja adheesiota.

 

2. Lasikuidun valmistustekniikka

 

2.1 Säiliöuunin piirustusmenetelmä

Säiliöuunien vetomenetelmä on tällä hetkellä pääasiallinen lasikuidun valmistusmenetelmä. Tämä menetelmä sulattaa lasiraaka-aineet sulaksi lasiksi korkean lämpötilan uunissa{1}} ja vetää sitten sulan lasin ohuiksi filamenteiksi huokoisen rei'itetyn levyn läpi. Säiliöuunin vetomenetelmällä on etuja, kuten korkea tuotantotehokkuus, vakaa tuotteen laatu ja alhaiset kustannukset, ja se on tärkein lasikuidun valmistustekniikka maassani.

2.1.1 Raaka-aineen valmistelu

Lasikuidun pääraaka-aineita ovat pyrofylliitti, harvinaiset maametallit, kvartsihiekka, kalkkikivi, dolomiitti, borokalsiitti ja boromagnesia. Nämä raaka-aineet vaativat tiukkaa seulontaa ja käsittelyä niiden puhtauden ja laadun varmistamiseksi.

2.1.2 Sulamisprosessi

Raaka-aineet sekoitetaan tietyssä suhteessa ja lisätään sitten uuniin sulatusta varten. Uunin lämpötila on yleensä 1500-1600 astetta. Jatkuvaa sekoittamista tarvitaan sulatusprosessin aikana sulan lasin tasaisuuden varmistamiseksi.

2.1.3 Kuituvetoprosessi

Kuituvetoprosessi on ratkaiseva vaihe lasikuidun valmistuksessa, ja se vaikuttaa suoraan lopullisen kuidun fysikaalisiin ominaisuuksiin, mekaanisiin ominaisuuksiin ja tuotantotehokkuuteen. Kun sula lasi valuu ulos uunista, se vedetään hienoiksi filamenteiksi rei'itetyn stensiilin läpi. Kaavaimen aukko ja reikien lukumäärä valitaan vaaditun lasikuidun halkaisijan ja tehon mukaan. Lämpötilaa, nopeutta ja muita parametreja on valvottava huolellisesti kuidunvetoprosessin aikana lasikuidun laadun varmistamiseksi. Suurin vaikutus lasikuidun pituuteen on käsittelyn aikaisella pyörimisnopeudella, jota seuraavat lietemassaosuus ja käsittelyaika, joiden vaikutus on suhteellisen lähellä.

2.1.4 Kiertoprosessi

Lasikuitutuotannon kiertoprosessi vaikuttaa suoraan loppukuitutuotteen mekaanisiin ominaisuuksiin ja prosessistabiilisuuteen. Alkukiertäjän käsittelyn jälkeen raakafilamentin on saavutettava alhainen -kiertymäominaisuus yhdessä säikeessä helpottaakseen myöhempiä kudontaprosesseja. Siksi alkuperäisten kierreparametrien tarkkaa hallintaa, mukaan lukien kierre, kireys ja kelausnopeus, tarvitaan sen varmistamiseksi, että saadulla valmiilla langalla on vaaditut matalat -kierreominaisuudet.

2.2 Upokaspiirustusmenetelmä

Upokasvetomenetelmä on perinteinen menetelmä lasikuitujen valmistukseen. Tässä menetelmässä lasiraaka-aine asetetaan upokkaan, sulatetaan sulaksi lasiksi korkeassa lämpötilassa ja vedetään sitten sula lasi hienoiksi filamenteiksi manuaalisesti tai mekaanisesti. Upokasvetomenetelmällä on etuja, kuten yksinkertaiset laitteet ja pienet investoinnit, mutta sen alhainen tuotantotehokkuus ja epävakaa tuotteiden laatu ovat johtaneet siihen, että suuret-lasikuituvalmistajat ovat luopuneet sen käytöstä.

2.2.1 Raaka-aineen valmistelu

Säiliöuunivetomenetelmän tapaan myös upokasvetomenetelmän raaka-aineet vaativat tiukkaa seulontaa ja käsittelyä. Pyrofylliitti, kvartsihiekka, kalkkikivi, borosilikaatti, sooda ja muut mineraaliraaka-aineet on sekoitettava tietyssä suhteessa erän valmistamiseksi.

2.2.2 Sulamisprosessi

Yllä mainitut raaka-aineet asetetaan upokkaaseen ja sulatetaan korkean lämpötilan{0}}uunissa. Jatkuvaa sekoittamista tarvitaan sulatuksen aikana, jotta sula lasi ei erottuisi.

2.2.3 Piirustusprosessi

Piirustus voidaan tehdä manuaalisesti tai mekaanisesti. Mekaanisesti vedetty sula lasi vedetään alemmasta perforaattorista muodostaen pisaroita. Nämä pisarat ohjataan alas, niiden annetaan jähmettyä ja sitten niputetaan yhteen ja kelataan tasaisesti pyörivälle kelausrummulle niputettujen kuitujen saamiseksi. Rullausrummun pyörimisnopeus määrää lasikuidun halkaisijan; jos käytetään yksireikäistä rei'itintä, voidaan saada monofilamenttikuituja. Lämpötilaa, nopeutta ja muita parametreja on valvottava huolellisesti vetoprosessin aikana lasikuitujen laadun varmistamiseksi.

3. Lasikuidun ominaisuudet

3.1 Suuri lujuus

Lasikuidun lujuus on selvästi tavallista lasia suurempi, ja vetolujuus on yli 1000 MPa. Se on erinomainen rakennemateriaali, joka ylittää monet metallit. Tämän ansiosta lasikuitu kestää vahvistetuissa komposiittimateriaaleissa suurempaa rasitusta, mikä parantaa sekä lujuutta että jäykkyyttä. Esimerkiksi autoteollisuudessa lasikuituvahvisteiset muovit voivat korvata joitain metalliosia, mikä vähentää ajoneuvon painoa ja säilyttää rakenteellisen lujuuden.

3.2 Korroosionkestävyys

Lasikuidulla on erinomainen korroosionkestävyys, mikä mahdollistaa pitkän{0}}käytön ankarissa ympäristöissä, kuten hapoissa, emäksissä ja suoloissa. Tämän ansiosta se säilyttää vakaan suorituskyvyn ankarissakin olosuhteissa ja pidentää tuotteen käyttöikää. Kemian- ja ympäristöaloilla lasikuitutuotteet, kuten putket ja varastosäiliöt, kestävät erilaisia ​​syövyttäviä aineita, mikä varmistaa tuotantoprosessien turvallisuuden ja vakauden.

3.3 Hyvä eristys

Lasikuitu on erinomainen eristysmateriaali, jolla on korkea resistiivisyys ja dielektrinen lujuus. Tämän vuoksi sitä käytetään laajalti sähkö- ja elektroniikkaaloilla, kuten johtojen ja kaapelien eristyskerrosten valmistuksessa sekä elektronisten komponenttien kapselointimateriaaleina. 3.4 Lämmönkestävyys: Lasikuidulla on korkea lämmönkestävyys, mikä säilyttää vakaan suorituskyvyn tietyllä lämpötila-alueella. Yleensä sen pitkäaikainen-käyttölämpötila voi olla 200-300 astetta, ja sen lyhytaikainen käyttölämpötila voi olla jopa korkeampi.

Korkeissa-lämpötiloissa, kuten lentokonemoottoreissa ja teollisuusuuneissa, lasikuituvahvisteiset komposiitit voivat korvata joitain metallimateriaaleja ja täyttävät korkeiden lämpötilojen vaatimukset.

3.5 Kevyt

Lasikuidun tiheys on pieni, noin 2,5-2,7 g/cm³, paljon kevyempi kuin teräs. Tämä tekee lasikuidusta kevyempää samalla tilavuudella, mikä auttaa vähentämään tuotteen painoa ja parantamaan kannettavuutta ja kuljetustehokkuutta.

Esimerkiksi ilmailualalla lasikuituvahvisteisten komposiittien käyttö voi merkittävästi vähentää lentokoneiden painoa, parantaa polttoainetehokkuutta ja parantaa lentosuorituskykyä.