玻璃纤维的质料介绍pdf 时间: 2024-11-20 17:44:55 |   作者: 冷拉方钢

  玻璃质料 窗玻璃：又称钠钙硅玻璃，首要成分Na2O-CaO-SiO2 还有MgO 等。 玻璃的质料：石灰石（CaCO3 ）、白云石（MgCO3-CaCO3 ）、纯碱（Na2CO3 ）、芒硝（Na2SO4 ）、 石英砂（SiO2 ）等。 用上述质料，粉磨，并按必定的份额混合均匀后（加一部分水，进步均匀度及其他工艺上的 要求），然后入玻璃窑熔制。 玻璃熔制进程包括：硅酸盐的构成，玻璃体的构成，弄清，均化及冷却。 石灰石、白云石、纯碱、芒硝都会发生气体，这样不只对玻璃构成无害，而且有利于玻璃的 弄清与均化，工厂一般还要参加一部分弄清剂，生成许多的气泡，气泡在上浮的进程中，复 合小气泡，这便是玻璃弄清的机理。 Na2CO3+SiO2 =(高温)Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=(高温)CaSiO3+CO2 玻璃熔制概论 1.质料熔化 1.1 硅酸盐构成 1.1.1 质料自身的加热改变 1.1.2 质料间彼此加热反响 1.1.3 质料加热之蒸腾丢失 1.2 玻璃液构成 1.3 影响熔化要素 2.玻璃液弄清 2.1 气体间之转化与平衡 2.2 气体与玻璃液彼此效果 2.3 弄清剂之化学效果 2.4 弄清之物理效果 3.玻璃液均化 3.1 不均物的熔解与分散均化 3.2 玻璃液的对流均化 3.3 气泡上升拌和均化 4.玻璃液冷却 4.1 硫酸盐的热分化 1 4.2 溶解气体分出 4.3 玻璃液流股间的化学反响 4.4 含钡玻璃发生二次气泡 4.5 电化学反响 5.玻璃熔制之影响要素 5.1 玻璃组成 5.2 质料物理状况 5.2.1 质料的挑选 5.2.2 颗粒的粗细 5.2.3 质料的水分 5.2.4 碎玻璃影响 5.3 投料办法 5.4 弄清剂 5.5 助熔剂 5.5.1 氧化锂 5.5.2 霞石 5.5.3 高炉炉渣 5.6 熔解操控 5.6.1 温度操控 5.6.2 压力操控 5.6.3 气氛操控 5.6.4 液面操控 5.6.5 泡鸿沟 熔制技能改进的影响 玻璃熔制概论： 玻璃熔制包括许多杂乱的进程，为一系列之物理、化学、物理化学改变；在加热进程中发生 之改变如下表： 物理改变 化学改变 物理化学改变 质料加热 固相反响 共熔体构成 2 质料脱水 碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐分化 固态的熔解与液态互熔 成分熔化 水化合物分化 玻璃液、火焰、气泡间效果 晶相转化 化学结合水的分化 玻璃液与耐火材料效果 成分蒸腾 硅酸盐的构成与彼此效果 从加热质料到熔制成玻璃液，依据熔制进程的不同分为以下五种阶段： 1.硅酸盐构成：在加热进程中，质猜中各种组成经化学、物理改变后，大部分之气体产品皆 已蒸腾，此阶段完结了玻璃熔解首要反响进程，玻璃质料转化成硅酸盐和SiO2 组成的不透 明烧结物；以容所出产之钠钙硅玻璃而言，此阶段温度约在800~900℃完结。 2.玻璃之构成：持续加热后，烧结物开端熔融，原先的硅酸盐和 SiO2 彼此分散与熔解，烧 结物将改变通明的玻璃液，但玻璃液中还含许多气泡，其化学成分没有均匀； 以钠钙硅玻璃而言，此阶段温度约在1200~1250℃左右。 3. 玻璃液弄清：持续加热后，玻璃黏度逐步下降；并释放出玻璃液内之可见气泡，直到 气泡悉数扫除；就钠钙硅玻璃而言，此阶段温度约1400~1500℃，而玻璃黏度在10Pa．s 左 右。 4.玻璃液均化：玻璃液长期处于高温下，经过对流、分散等效果，其化学组成逐步趋于均 匀，玻璃液中的节瘤与条纹因为分散、熔解、对流等效果而消失，化学组成与折射率趋于一 致；均化温度可在低于弄清温度下完结。 5.玻璃液冷却：经过上述四个阶段后，玻璃质量契合了要求，将玻璃液的温度冷却200~300 ℃ 左右，使玻璃黏度到达成形所需的数值，约在102~103 Pa ．s 左右。 以上述五个阶段次序，是在逐步加热的状况下进行研讨，而实践上熔制进程并不严厉依照以 上次序进行；玻璃熔制设备一般分为坩埚窑与池窑两种，在坩埚窑中五个阶段于同一空间不 一同间内完结，而云玻熔解设备属池窑，在池窑中熔制进程五个阶段在不同空间同一时 间完结；池窑玻璃熔解的五个阶段间之彼此联系如下图1：( 以云玻窑炉为图例) 图1：玻璃液熔制进程 现代窑炉投料口温度约在 1350℃以上，硅酸盐和玻璃构成两个阶段简直一同完结，而澄 清与均化亦同步进行，故也将熔制进程简分两阶段，即质料熔化、玻璃液精练；熔化阶段把 质料熔成玻璃液，精练阶段将不均质玻璃液进一歨改进成均质玻璃，并使冷却到成形所需黏 度。 1.质料熔化： 1.1 硅酸盐构成： 玻璃质料首要由硅砂和碳酸盐(碳酸钙、碳酸钠、碳酸镁)组成，其他质料还有霞石、硼砂等， 3 以及芒硝、碳粉等辅佐质料；在硅酸盐构成阶段，各质料自身、各质料彼此间发生多样反响 改变，终究成硅酸盐与SiO2 不通明烧结物。 1.1.1 质料自身的加热改变： 质料自身加热进程中历经各种改变，如表1 所示；这些改变可归类为以下四类： l 多晶改变：具有多晶型之质料在必定温度下转化晶型。 l 盐类分化：各种碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐在必定温度下发生分化放出气体。 l 脱水：扫除结晶水、结构水和化学结合水。 l 熔融：由固态转化为液态。 表1：首要的组成原材料在加热进程中之改变 类别 成分 加热反响/ 温度℃ 多晶改变 石英 β -石英→α -石英 575 α -石英→α -鳞石英 870 芒硝 斜方→单斜 235 盐类分化 硝酸钠 NaNO3 →Na2O+1/2O2+NO ↑ 350 菱镁矿 MgCO3 →MgO+CO2 ↑ 300℃开端，700 ℃完结 石灰石 CaCO3 →CaO+CO2 ↑ 500℃开端，＞894℃剧烈 纯碱 Na2CO3 →Na2O+CO2 ↑ 700 白云石 MgCO3 ．CaCO3 →MgO+CaO+CO2 ↑ 700 芒硝 Na2SO4 →Na2O+ SO3 ↑ ＞1200 脱水 硼酸 H3SO3 →HBO2+H2O ↑ 100 4HBO2 →H2B4O7+H2O ↑ 140 五水硼砂 Na2B4O7.5H2O→2B2O3+Na2O+5H2O ↑ 400~500 熔融 硝石 固态→液态 306℃ 硼酸 固态→液态 577℃ 五水硼砂 固态→液态 741 ℃ 纯碱 固态→液态 855℃ 芒硝 固态→液态 885℃ 霞石 固态→液态 1170℃ 1.1.2 质料间彼此加热反响： 各质料彼此杂乱反响，这些反映首要构成复盐、固相反响、构成硅酸盐及生成低共熔物如表 2 所示，表中所列进程为试验室中，从低温逐步上升到高温状况下进行 的，约在800~1100℃ 4 间完毕硅酸盐构成反响，而在实践出产上往往把质料直接加热到 1300℃的区域内，因而各 种反响一同进行，极短时间内就完结了硅酸盐反响阶段。 表二：各质料间彼此加热反响 类别 加热反响 温度℃ 多晶改变 MgCO3+Na2CO3→Na2Mg(CO3)2 ＜300 CaCO3+ Na2CO3 →Na2Ca (CO3)2 ＜400 CaSiO3+MgSiO3 →CaSiO3.MgSiO3 600~1280 固相反响 Na2SO4+2C→Na2S+2CO2 ↑ 400 ℃开端，500 ℃剧烈反响 Na2S +CaCO3 →Na2CO3+CaS 500℃ 构成硅酸盐 Na2Mg(CO3)2+SiO2 →Na2SiO3+MgSiO3+2CO2 ↑ 340~620 MgCO3+SiO2 →MgSiO3+CO2 ↑ 450~700 ， 620 ℃速度最快 Na2Ca(CO3)2+2SiO2 →Na2SiO3+CaSiO3+2CO2 ↑ 600~830 CaCO3+SiO2 →CaSiO3+CO2 ↑ 600~920 Na2CO3+SiO2 →Na2SiO3+CO2 ↑ 720~900 MgO+SiO2 →MgSiO3 980~1150 CaO+SiO2 →CaSiO3 1010~1150 生成低共熔物 Na2SO4 →Na2S 740 Na2CO3 →Na2S 756 Na2CO3 →Na2Ca(CO3)2 780 Na2SO4 →Na2CO3 795 Na2SO4 →Na2SO3 865 石英颗粒、低共熔物、硅酸盐熔融 1200~1300 表2 所述，乃是以反响型态作为类别区别主轴，为更便利了解硅酸盐构成和玻璃液构成进程， 将以 容 所出产之钠钙硅玻璃为例，分以主质料(SiO2+CaCO3+Na2CO3) 、弄清剂 (SiO2+CaCO3+Na2CO3+Na2SO4+C)两项进程，依温度递加之进程细说如下： l 主质料(SiO2+CaCO3+Na2CO3)的硅酸盐构成和玻璃液构成进程： ○1 100~120℃质料水分蒸腾。 ○2 低于600℃时，由固相反响生成碳酸钠-碳酸钙复盐。 CaCO3+ Na2CO3 → Na2Ca(CO3)2 ○3 575℃发生石英多晶改变，因体积改变发生裂缝，利于硅酸盐构成。 5 β -石英 → α -石英 ○4 600℃左右时，开端逸出CO2 ；是由O2 所构成的复盐与SiO2 效果的成果； 此反响 在600~830℃规模内进行。 Na2Ca(CO3)2+2SiO2 → Na2SiO+CaSiO3+2CO2 ↑ ○5 720~900℃时，碳酸钠与SiO2 反响。 Na2CO3+SiO2 → Na2SiO3+CO2 ↑ ○6 740~800℃时，Na2Ca(CO3)2-Na2CO3 低温共熔物构成并熔化，开端与SiO2 反响。 Na2Ca(CO3)2+ Na2CO3+3SiO2 → 2Na2SiO3+CaSiO3+2CO2 ↑ ○7 813℃时，Na2Ca(CO3)2 复盐熔融。 ○8 855℃时，Na2CO3 熔融。 ○9 912℃时，CaCO3 分化。 CaCO3 → CaO+CO2 ↑ ○10 960℃时，Na2Ca(CO3)2 分化。 Na2Ca(CO3)2 → Na2O+CaO+2CO2 ↑ ○11 1010℃时，CaO 与SiO2 构成硅酸盐。 CaO+SiO2 → CaSiO3 ○12 1200℃~1300℃构成玻璃，并进行玻璃熔液的均化。 l 弄清剂(SiO2+CaCO3+Na2CO3+Na2SO4+C)的硅酸盐构成和玻璃液构成进程： ○1 100~120℃时，排出吸附水分。 ○2 235~239℃时，芒硝(Na2SO4)发生多晶改变。 Na2SO4(斜方晶体) → Na2SO4(单斜晶体) ○3 260℃时，焦炭开端分化，部分物质蒸腾出来。 ○4 400 ℃时，芒硝与焦炭开端固相反响。 Na2SO4 +2C → Na2S+ 2CO2 ↑ ○5 500℃时，开端有硫化钠生成并与碳酸钠发生固相反响。 Na2S +CaCO3 → Na2CO3+CaS ○6 500℃以上，有偏硅酸钠和偏硅酸钙开端生成。 Na2S+Na2SO4+2SiO2 → 2Na2SiO3+S+SO2 ↑ CaS+Na2SO4+2SiO2 → Na2SiO3+ CaSiO3+S+SO2 ↑ 上述反响在700~900℃时加速进行。 ○7 575℃左右，β -石英改变为α -石英。 6 ○8 740 ℃时，因为呈现Na2SO4 -Na2S 低温共熔物，玻璃的构成开端。 ○9 740~880 时，玻璃的构成进程加速进行。 ○10 800℃时，CaCO3 的分化进程完结。 ○11 855 ℃时，Na2CO3 熔融。 ○12 885℃时，Na2SO4 熔融。 ○13 900~1150℃时，硅酸盐的构成进程剧烈进行，氧化钙与过剩的二氧化硅反响，生成偏 硅酸钙。 CaO+SiO2→ CaSiO3 ○14 1200~1300℃时，玻璃构成进程完结。 现代玻璃出产对玻璃质料的要求 玻璃质料的成份操控、粒度操控和 COD （化学氧需要量）值操控是高效、优质和低耗 熔制玻璃的三要素。 玻璃质料的成份操控 关于玻璃质料，不只要求它的有用氧化物的含量高，有害杂质少，难熔重金属氧化物的 含量很少，更重要的是氧化物含量的动摇要小。现代化主动称量体系不能分辩质猜中氧化物 的改变，因而即便质料称量再准，若其氧化物含量改变很大，熔制出的玻璃的成份仍会动摇。 所以，有必要严控进厂的玻璃质料的成分，使它的动摇操控在工艺上答应的动摇规模内。 下表是世界上现在引荐的玻璃质料成分操控鸿沟，首要是对平板、瓶罐、器皿玻璃等钠 钙硅酸盐玻璃。 引荐的钠钙硅酸盐玻璃用首要天然玻璃质料的成分操控鸿沟表 质料称号 氧化物 鸿沟值（%） 允差 （%） 砂子 SiO2 ≥99.5 ±0.2 Al2O3 ＜0.3 ±0.05 Fe2O3 ＜0.05 ±0.01 白云石 酸不溶物 ＜0.5 ±0.2 Al2O3 ＜0.3 ±0.1 Fe2O3 ＜0.2 ±0.05 石灰石 酸不溶物 ＜1 ±0.2 Al2O3 ＜0.3 ±0.1 Fe2O3 ＜0.2 ±0.05 长石 Al2O3 ≈14.5 ±0.5 7 Fe2O3 ＜0.2 ±0.1 Na （K ）2O ≈10 ±0.5 鸿沟值数据下降，意味着杂质含水量增多，更重要的是意味着有用氧化物的允差变大。 表中所列数据与我国许多玻璃工厂的实在的状况相差悬殊，但这毕竟是尽力方针，阐明要 想进步熔化率，这是不行忽视的环节。 有的质料虽然在有用氧化物的含量和动摇方面都比较满足，可是含有过量的难熔重矿藏 （简称RHM ），这种质料也不能算是满足的，乃至底子不能用。因为难熔重矿藏在熔制玻璃 进程中极难熔解，残留在制品玻璃中构成玻璃缺点。下表是首要玻璃质猜中常见的难熔重矿 物称号。 一些首要玻璃质猜中常见的难熔重矿石 质料称号 难熔重矿藏的称号 砂子 硅线石 兰晶石 红线石 锆英石 尖晶石 刚 玉 铬铁矿 高岭土 石灰石 刚 玉 尖晶石 铬铁矿 白云石 刚 玉 尖晶石 铬铁矿 长石 硅线石 刚 玉 锆英石 铬铁矿 尖晶石 锡 石 蛇纹绿基石 这些难熔重矿藏的粒子愈大，完整地经过熔窑的时机就愈多。所以对难熔重矿藏从粒子 巨细和数量两个方面都作了规则。 查看办法是取400g 质料样品，在分液漏斗顶用重液 （如四溴乙烷）别离，再用纯碱溶洗， 终究在岩相显微镜下数粒数并辨别矿藏类型。 一般操控的极限如下： 按重量计：60 目筛上的RHM 最大含量=0.0003% ； 按粒子数目计：40 目筛上的最多粒子数=2 粒， 40 目筛下60 目筛上的最多粒子数=20 粒。 玻璃质料的粒度操控 自从关于用两个混合器串联的观念来形象描绘玻璃制备进程的观念被人们广泛了解后， 对怎么在前一级的固体混合器中制备均匀的合作料曾进行了广泛的研讨，定论十分明确：各 质料的粒度改变要小，而且几种质料之间的粒度要合理匹配。从那时起，操控质料的粒度就 成为对质料的不行少的要求。 8 下表是世界上对首要玻璃天然质料的粒度要求和我国大大都玻璃工厂现在首要玻璃原 料的粒度大致状况。 世界上及我国首要玻璃天然质料的粒度散布 % 质料称号 粒度散布 粒径（mm ） 世界概略 我国概略 砂子 ＞0.6 0 16 ＞0.5 ＜2 11 ＞0.3 ＜20 26 0.1—0.3 首要部分 31 ＜0.1 ＜5 16 白云石 ＞2.0 ＜15 0 ＞1.0 ＞20 2 0.5—1.0 首要部分 25 ＜0.5 ＜10 28 ＜0.1 ＜10 45 石灰石 ＞2.0 ＜15 0 ＞1.0 ＞20 0 0.5—1.0 首要部分 6 ＜0.5 ＜10 53 ＜0.1 ＜10 41 长石 ＞0.4 0 24 ＞0.3 ＜5 22 0.1—0.3 首要部分 26 ＜0.1 ＜0 28 因为我国绝大大都玻璃工厂没有操控粒度，所以表中所列数据仅是概略值，即便同一工 厂，这批进厂的质料与下批进厂的质料，其粒度能相差许多，别的，可以精确的看出我国质猜中细 粒级组分的含量过多。 玻璃出产中另一大宗质料是纯碱，它是化工质料。世界上多用重碱（或叫粒状纯碱），它 的粒度更与砂子匹配，容重也比我国常用的粉状纯碱重近一倍。 下表是粉状纯碱和粒状纯碱的粒度散布。 粉状纯碱和粒状纯碱的粒度散布 % 9 粒度巨细（mm ） 粒度散布 粉状纯碱 粒状纯碱 ＞1.6 0.0 0.3 1.0?—1.6 0.0 22.8 0.5?—1.0 4.6 57.3 0.2?—0.5 10.6 19.3 0.1?—0.2 29.9 0.3 0.04?—0.1 48.4 0.0 ＜0.04 6.5 0.0 操控玻璃质料粒度的优点有： 1）减小各种玻璃质料的粒度分散性，能明显进步玻璃合作料的均匀性，来进步玻璃 熔化功率，减小玻璃成分的动摇，终究进步了玻璃制品的制品率和产品质量，削减相关本钱。这 一点前面已具体讨论过 2 ）能减小质猜中有用成分的动摇 例如砂子，其间含Al2O3 和Fe2O3 高的粘土质组成都呈细粉状存在于砂子中，假如将砂子 中＜0.1mm 的细粒级削减，那么SiO2 含量将会进步而且动摇也将减小。下表是我国某地砂 子精选前后的档次改变。 砂子精选前后档次改变 粒度巨细（mm ） 精选前（%） 精选后（%） ＞0.6 15.8 3.5 0.1~0.6 69.4 90.2 ＜0.1 14.8 6.3 SiO2 含量 87.33 98.21 SiO2 动摇量 ±0.14 原苏联70 时代注重了粒度操控的重要性，特别对砂子，建立了五个大型现代化精选砂 子的质料基地。发布的比较性数据如表所示 。 原苏联玻璃砂子基地精选前后档次比较 化学成分 精选前动摇规模 精选后动摇规模 SiO2 ±1 ±0.2 Al2O3 ±3.6 ±0.1 Fe2O3 ±0.03 ±0.01 3 ）对削减质猜中重矿藏有利 10 细粒级的砂子中含有较许多的难熔重矿藏（磁铁矿、钛铁矿、赤铁矿、褐铁矿、铬铁 矿、硅线石、兰晶石、金红石、电气石、锆英石等），这是些带有强上色才能的氧化铁、氧 化铬以及难熔氧化物。 下表是重矿藏含量与砂子粒级的联系。 重矿藏含量与砂子粒级间的联系 砂子粒级（mm ） 重矿藏含量 0.2~0.4 0.008~0.14 0.1~0.2 0.05~0.19 0.05~0.1 0.25~0.87 0.025~0.05 1 玻璃质料的COD 值操控 COD 值是化学氧需要量的英文缩写（Chemical Oxygen Demand ）。它的意义是各种玻 璃质猜中会程度不同地含有一些含碳物质，在玻璃熔制进程中，它们也和参加的碳粉相同， 影响着熔窑的熔制气氛。把这些含碳物质经过必定的测定办法并折合为 ppm.C 量来表明， 就称该测定

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