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工程硕士论文:分析中碱无捻粗纱的生产工艺和性能

发布时间:2021-08-11
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1前言

 

随着玻璃钢,尤其是纤维缠绕玻璃钢管罐和拉挤型材的迅猛发展,带动了国内成型用中碱无捻粗纱的发展。其低廉的价格,优良的耐酸性能,较高的力学性能,充裕的来源及良好的工艺性能,使其逐渐取代部分无碱纤维而成为国内玻璃钢缠绕和拉挤成型的主要增强之一。1987年以来,南京玻璃纤维研究设计院与马鞍山市玻纤厂研制开发出缠绕型和拉挤型中碱无捻粗纱,已在数十条缠绕和拉挤生产线上应用。在使用过程中通过不断调整拉兹、络纱工艺和浸润剂配方,使纱的物理和工艺性能不断提高。本文就此进行介绍。

 

2生产工艺

 

2.1拉丝工艺

 

采用单台400孔代铂炉,平左拉大卷装拉丝工艺,单丝直径13μm。为使原丝单丝够均匀涂上浸润剂并形成完整的保护膜,减少原丝与浸润槽之间的磨擦,改善原丝在浸润槽的断头飞丝现象。我们采用了单丝涂油器。用耐腐耐高温的高纯石墨作涂油转辊的材料。为便于原丝烘干和退解,提高原丝筒卷装量,在排线上采取螺旋钢丝排线和软筒内退工艺。原丝筒卷装量可达2~3kg。该纱的拉丝工艺基本参数见表1。

 

 

2.2浸润剂的配制

 

本文所述无捻粗纱用于缠绕和拉挤,属软质纱。根据缠绕拉挤成型工艺的特点,我们要求浸润剂能赋予该纱以下几种性能:(1)柔软,纤维表面光滑,有良好的集束性,张力均匀,无毛丝(2}与不饱和聚醋树脂有良好的相溶性,有较快的浸透速度;(3)有良好的成膜性,能够在纤维表面形成均匀连续的保护膜,使纤维有较好的耐磨能力;(4)纤维获得疏水性表面,制成的玻璃钢制品有较好的力学性能和耐水性。

 

根据上述要求,我们选用的浸润剂主要包括下列组份。

 

(1)成膜剂,它是浸润剂的主要成份,其作用是通过粘接作用将原丝单丝集束,在原丝表面形成保护膜,赋予原丝柔软性,并直接影响树脂对纱的浸润速度。鉴于缠绕和拉挤成型玻璃钢的基体以不饱和聚醋树脂为主,我们采用水溶性聚醋树脂乳液A和水溶性聚醋树脂B为主成膜剂。其中A组份的特点是成膜性好,对不饱和聚醋树脂浸透性优异,有一定的粘结性,成膜后有一定的硬挺性。B组份的特点是与聚醋树脂相溶性较好,纤维乎感柔软。同时选用水溶性环氧树脂C作为辅成膜剂。该树脂水溶液可渗透到纤维空隙中形成均匀薄膜,受热干燥后,分了相互交联,有效地将原丝单丝粘结在一起,增加原丝集束性和耐磨性。由于环氧端基极性较大并有反应活性高的烃基,和具有电负性的玻璃纤维表面相互间存在偶极作用,这种物理吸附作用有利于提高原丝的拉仲强度。同时树脂C还可适当提高玻纤原丝的硬挺性。考虑到环氧树脂过多不利于不饱和聚醋树脂对纤维的浸润,因而应适当加以控制用量。

 

(2)润滑剂。无捻粗纱在拉丝,络纱及使用过程中,表面要与相关的工艺工装(如集束轮、涂油辊、排线轮、络纱机导纱杆和缠绕、拉挤设备上的纱架导纱装置等)相互磨擦。为尽可能减少由此造成对纤维表面的损伤,可选用适量的润滑剂加入浸润剂中。我们选用的润滑剂D属阳离子表面活性剂,它同时具有一定的抗静电作用并有利于稳定浸润剂体系。

 

(3)偶联剂。经过对比,最后选用了硅烷型偶联剂K,结构式为CH2=C(CH3)-COO-R-Si(OMe)3。该偶联剂分了中含有双键,在玻璃钢固化反应中可与不饱和聚酷树脂中的双键起交联反应。

 

偶联剂K在使用中要预先调成水溶液,这一过程是水解过程。通过调整水溶液的pH值可以控制偶联剂的水解和缩聚速度。同时要注意控制搅拌速度和时间,避免因快速搅拌造成缩聚速度加快。配好的偶联剂一般应控制在3d以内用完。放置时间过长,水解液中单体比例下降,多聚体增加,影响其反应活性,降低偶联效果。

 

(4)其它助剂。除上述三类材料外,还有其它助剂,如用于调节浸润剂和水解液酸度的有机酸,用于增加浸润剂膜的柔韧性和改善纤维表面乎感的柔软剂F等。

 

2.3原丝烘干

 

浸润剂为水溶液,90%以上是水,尽竹在拉丝过程中由于拉丝机头高速旋转而产生的离心力将原丝中部分水份甩掉,但原丝筒中仍含大量水份,一般在6%~8%。含水率过高既影响到原丝的退解,又影响树脂对纤维的浸润和与树脂的结合,增加了浸渍时间,玻璃钢制品的力学强度也随之下降。因此对中碱无捻粗纱,我们控制水份含量在0.15%以下。这就要求在整个生产过程中有一道原丝烘干工序。我们采用了间隙式烘房,通过电热风对原丝烘焙。通过多年的实践,对影响烘十效率的因素进行了,归纳起来主要有以下几点:(1)烘干温度应从低到高逐步增加。实际烘干温度一般控制在110~140℃。

 

(2)适当加大送风速度。同时要通过过滤装置降低烘房内空气湿度,增加烘干效率。

 

(3)原丝筒厚度不可过大,尽可能减少内层水份向表层迁移的行程,在可能的条件下,应尽量加大原丝筒直径和长度,从而达到既不降低原丝筒卷装量,又缩短烘干时间的日的。

 

2.4络纱

 

为满足缠绕和拉挤工艺要求,我们采用了新型大卷装无捻粗纱络纱机,卷装量达20kg以上,解决了过去存

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