玻璃纖維分束器工藝技術改進研究與應用

張善俊，安智廣，唐國成，公言潤，劉興月

（山東玻纖集團有限公司，臨沂 276800）

0 前言

玻璃纖維產業(yè)在歷經了產能擴張的陣痛后，在2020年四季度迎來新一輪復蘇周期，玻纖產業(yè)受下游應用需求的刺激，產品價格不斷提漲。為提高玻纖分束紗的市場競爭優(yōu)勢，在保證產品質量的前提下，節(jié)約成本成為重要環(huán)節(jié)之一。

降低生產成本，最重要的影響因素就是優(yōu)化生產工藝技術、降低浸潤劑消耗和提高玻璃纖維拉絲成絲率［1］。現各玻纖企業(yè)生產分束紗都在使用大流量漏板，其安裝漏板長度的方向與拉絲機排線軸的方向呈90°。因此玻璃纖維在第一分束器與第二分束器轉角時受較大的張力，容易在酚醛樹脂分束器上造成纖維斷裂。同時涂覆在玻璃纖維上的浸潤劑，受力會從絲束中脫離造成浸潤劑的大量浪費。

拉絲分束工藝位置示意圖如圖1所示：

圖1 平行漏板生產工藝線

1 工藝技術設計

1.1 分束器材質的選擇

在實驗中，材料的選擇和受力時包角對玻璃纖維斷絲和浸潤劑擠出有較大影響。通過對不銹鋼、酚醛樹脂層壓板、石墨的對比實驗中發(fā)現，不銹鋼材質生產成本較高而且容易被浸潤劑侵蝕；酚醛樹脂層壓板在使用時，由于玻璃纖維通過時包角小和材質打磨問題，容易出現斷絲和浸潤劑擠出問題；石墨加工成本低且耐磨，能夠滿足設計要求。

1.2 分束器的工藝設計原理

根據拉絲工藝生產線特點，要通過增大玻璃纖維與第一分束器的接觸點包角，來減少浸潤劑損失，同時將材質由酚醛樹脂層壓板改為石墨分束輪。

玻璃纖維與第二分束器的接觸，使用旋轉方式降低相互之間摩擦力，同時接觸點材質由酚醛樹脂層壓板改為碳纖維棒。

1.3 分束器的結構和使用

1.3.1 第一集束器

主體結構將原常規(guī)分束板更改為分離式集束輪，根據生產工藝要求的分束數，選擇斜向集束輪個數并串聯在支撐架上。根據不同生產工藝需求絲束間距，在集束輪中間位置增減相同斜度的墊片調整槽間距；兩側使用與斜向集束輪斜度相同的固定套，最后使用彈簧和止退螺母進行調節(jié)和固定。

1.3.2 第二集束器

如圖2所示，其主體結構為不銹鋼材料，整體長度同常規(guī)分束板長度，寬度根據固定架后方位置擋板位置設計。玻璃纖維與絲束接觸點由原傳統(tǒng)的酚醛樹脂板更改為圓柱型的碳纖維棒，且碳纖維棒由固定架連接在分束板本體上能夠自由旋轉，圓柱形碳纖維棒與玻璃纖維接觸后，會隨著玻璃纖維的拉動而旋轉，從而極大的降低了接觸點的摩擦力和擠壓力。

圖2 旋轉式玻璃纖維用下分束器墊板與常規(guī)墊板對比圖

2 實驗過程與分析

2.1 可燃物的影響

在浸潤劑固含量不變的情況下，玻璃纖維的可燃物與拉絲涂油器線速度有直接關系［2］，可燃物計算公式如下：

式中：

LOI——試樣的可燃物含量，%；

M0——坩堝的質量，g；

M1——干燥后的試樣及坩堝的質量，g；

M2——灼燒后的試樣及坩堝的質量，g。

表1為不同線速度下可燃物檢測數據：

表1 涂覆速度和可燃物含量對應表

通過數據檢測，在恒定范圍內隨著涂油線速度的上升可燃物含量隨著增加。

表2為相同產品在相鄰爐位相同漏板流量下，涂油輥線速度使用11.5±0.1 m/min時，使用新式分束器后濕紗狀態(tài)下的可燃物含量。

表2 分束器更換前后濕紗可燃物檢測數據

通過數據檢測，使用旋轉式玻璃纖維用下分束器墊板后可燃物含量平均上升0.03%。

表3為分束器更換前后濕紗可燃物檢測相同的前提下，對不同纖維直徑的品種進行70 d的浸潤劑噸紗油耗數據統(tǒng)計跟蹤。

表3 分束器更換前后同濕紗可燃物下油耗數據

從表3中可以看出，更換第一集束器和第二集束器墊板后，濕紗可燃物均值明顯地上升，因為更換集束器后，玻璃纖維轉向時受力減小，從玻璃纖維中浸潤劑脫離量較以前每噸紗均下降4 kg。

2.2 原絲產量的影響

新設計的集束器在玻璃纖維拉絲附件定期作業(yè)方面存在巨大優(yōu)勢。在同品種同工藝參數的情況下新分束器連續(xù)五天結皮和磨損輕微，不影響拉絲正常作業(yè)效率，經過統(tǒng)計，使用新分束器在24 h每臺生產爐位可節(jié)約定期作業(yè)時間T1=6 min。其產量公式如下：

式中：

V——拉絲速度，m/min；

Q——漏板流量，kg/h；

T——拉絲時間，s；

tex——線密度，g/km。

2.3 玻璃纖維斷絲率影響

為了更好地判斷新舊集束器對玻璃纖維斷絲的影響，分別對使用新舊集束器的同一品種，同樣參數下的不同纖維直徑的品種進行70 d的現場數據統(tǒng)計跟蹤，每天同時間段8 h內記錄纖維直徑分別為16μm、13μm、11μm產品的斷線次數。其纖維直徑計算公式和統(tǒng)計數據如下：

式中：

d——纖維直徑（計算結果四舍五入取整數），μm；

T——原絲線密度，tex;

n——纖維根數;

K——玻璃轉換系數。

其中K的計算過程如下：

① 密度×體積=Tex/纖維根數100

② 2/4

從表4數據可以看出，不同直徑的玻璃纖維在纖維直徑增加后，斷線次數明顯減少，同時新分束器使用后，玻璃纖維在分束器斷紗次數明顯減少，常規(guī)纖維直徑13μm的分束紗使用新分束器在24 h每臺爐位可節(jié)約時間T2=4.95 min（平均每次上車時間2 min，每8 h減少斷紗次數0.825次），且隨著纖維直徑的減小越加明顯。

表4 分束器斷紗次數統(tǒng)計

2.4 經濟效益

綜上所述，現生產線生產400 tex產品（即每千米克重400 g）爐位150臺，平均流量Q=75 kg/h，作業(yè)效率η=98%，每噸紗浸潤劑損耗降低量m=4 kg。

每年每臺生產爐位因定期作業(yè)減少和斷絲率降低總節(jié)約時間T=（T1+T2）min×365=3 996.75 min，在拉絲機轉速V=1 500 m/min時，生產的分束紗提升產量為：M1=V×T×爐臺數×tex×η=352.5 t。同時,生產爐位浸潤劑年節(jié)約量為：M2=Q×24 h×365 d×η×m×爐臺數=386.3 t。

2.5 社會效益

在提升產品質量的同時，即減少了同樣數量的廢絲（固廢）；同樣，在節(jié)省浸潤劑的同時，即減少了同樣數量的廢水（污水）排放量，降低了純水用量和污水處理量，實現節(jié)能減排，社會效益明顯。

3 結論

（1）改進后的分束器不僅適用于玻璃纖維分束紗產品，其設計特點和原理同樣適用于直接紗和電子紗生產線。

（2）本項目攻關，主要是通過設計改造玻璃纖維與分束器接觸的材料和接觸方式，改善了拉絲分束器處因張力過大造成的斷絲和定期作業(yè)時間過長的問題。

（3）本項目同時解決了分束紗浸潤劑從玻璃纖維中脫離，降低了浸潤劑的噸紗耗用量。

（4）新設計使用的分束器在打磨和更換上較酚醛樹脂板容易，節(jié)約人工和材料成本。

綜上所述，通過工藝技術改造，一方面可提升產量，另一方面降低生產過程中的浸潤劑消耗，經濟效益十分明顯，具有較好推廣應用價值。