玻璃纖維生產(chǎn)工藝技術(shù)優(yōu)化與效益分析

＊杜培剛 王玉琪

（山東玻纖集團(tuán)股份有限公司 山東 276000）

引言

玻璃纖維作為一種多功能材料，在建筑、航空航天、汽車工業(yè)、電子設(shè)備、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。隨著技術(shù)和市場(chǎng)的不斷發(fā)展，制造商不斷面臨著提高競(jìng)爭(zhēng)力、降低成本和改善質(zhì)量的壓力，為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，玻璃纖維生產(chǎn)工藝技術(shù)的優(yōu)化已成為一項(xiàng)迫切的任務(wù)[1]。玻璃纖維的生產(chǎn)工藝涉及多個(gè)關(guān)鍵工序，包括拉絲、捻線、準(zhǔn)備、織造和后處理，工序之間的協(xié)調(diào)和優(yōu)化可以顯著影響產(chǎn)品的性能和成本。所以，本文將深入研究每個(gè)工序，并探討如何利用最新的技術(shù)和方法來改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗、減少廢棄物產(chǎn)生、改善產(chǎn)品質(zhì)量等效果。

1.玻璃纖維生產(chǎn)工藝技術(shù)優(yōu)化要點(diǎn)

(1)拉絲工序優(yōu)化

拉絲工序是玻璃纖維生產(chǎn)中至關(guān)重要的步驟，直接影響到最終纖維的物理性質(zhì)、機(jī)械性能和生產(chǎn)效率。拉絲工序的首要任務(wù)是將原料的玻璃混合料在池窯中高溫熔化成玻璃液，在這個(gè)階段，溫度、時(shí)間和熔化過程的控制非常關(guān)鍵。優(yōu)化熔化過程可以通過采用先進(jìn)的電阻加熱、感應(yīng)加熱或燃燒加熱技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更高的能源效率和溫度均勻性。此外，要注意控制玻璃液的化學(xué)成分，以確保最終的玻璃纖維具有所需的化學(xué)穩(wěn)定性。在熔化完成后，玻璃液通過拉絲裝置拉制成細(xì)纖維，拉絲裝置通常包括拉絲機(jī)、模塊和冷卻系統(tǒng)。優(yōu)化拉絲工序需要仔細(xì)控制拉絲速度、溫度梯度和拉伸力，先進(jìn)的拉絲機(jī)設(shè)計(jì)和材料選擇可以改善拉絲的均勻性和穩(wěn)定性，減少纖維斷裂和污染。玻璃纖維的直徑對(duì)其性能影響較深，優(yōu)化拉絲速度和材料供應(yīng)率可以實(shí)現(xiàn)一致的纖維直徑，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。使用先進(jìn)的拉絲機(jī)控制系統(tǒng)，可以在生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整纖維直徑，以確保其在規(guī)定范圍內(nèi)。比如，通過采用可調(diào)節(jié)的拉絲速度，可以根據(jù)產(chǎn)品要求輕松調(diào)整纖維的直徑。同時(shí)，使用高精度的拉絲機(jī)構(gòu)，如電子測(cè)量系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并調(diào)整拉絲過程中的直徑，確保其始終在規(guī)定的范圍內(nèi)。

(2)捻線工序優(yōu)化

捻線工序在玻璃纖維生產(chǎn)中會(huì)直接影響到最終纖維產(chǎn)品的機(jī)械性能和工藝穩(wěn)定性，其中原絲經(jīng)過初捻機(jī)的處理，需要實(shí)現(xiàn)單股低捻的特性，以便后續(xù)的織造工序的加工，而后需要精確控制初捻機(jī)的參數(shù)，包括捻度、張力、卷繞速度等，以確保所獲得的成品紗具有所需的低捻特性。同時(shí)，捻線工序還需要考慮紗線的均勻性和穩(wěn)定性，在電子布等高要求的應(yīng)用中，紗線的均勻性對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，優(yōu)化捻線工序可以通過控制原絲的拉絲工藝參數(shù)、紡紗機(jī)的速度和張力等方面來實(shí)現(xiàn)[2]。此外，適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑和加工條件也對(duì)紗線的均勻性有重要影響。同時(shí)，捻線工序的優(yōu)化還需要考慮紗線的成品率和廢品率，高效的初捻機(jī)和質(zhì)量控制系統(tǒng)可以降低廢品率，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，定期的維護(hù)和設(shè)備監(jiān)測(cè)也是確保工藝穩(wěn)定性和產(chǎn)品一致性的關(guān)鍵因素。

(3)準(zhǔn)備工序優(yōu)化

①整經(jīng)

整經(jīng)主要任務(wù)是將捻線工序制成的紡織紗制成經(jīng)軸。首先，整經(jīng)的張力控制是至關(guān)重要的，張力的不均勻分布可能導(dǎo)致紗線斷裂或織造時(shí)的問題。因此，使用先進(jìn)的整經(jīng)機(jī)和張力傳感器，以確保紗線在整經(jīng)過程中保持適當(dāng)?shù)膹埩鶆蛐?。其次，整?jīng)過程中的卷繞速度和張力需要精確控制，以確保經(jīng)軸的形成。采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以提高整經(jīng)的一致性和效率，同時(shí)減少操作人員的依賴性。比如，可使用先進(jìn)的整經(jīng)機(jī)配備高精度的張力傳感器和控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)紗線的張力，并根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整。如果某一段紗線的張力較低，控制系統(tǒng)可以自動(dòng)增加張力，以保持整經(jīng)過程中的一致性。

②漿紗

漿紗包括將紗線并軸制成織軸，并對(duì)其進(jìn)行浸漬處理，以提高紗線的強(qiáng)度和潤(rùn)滑性。首先，漿紗過程中的浸漬液配方和浸漬時(shí)間需要經(jīng)過精確的控制，可以通過控制漿液濃度、浸漬輥的速度和溫度來實(shí)現(xiàn)，以確保紗線充分浸漬，并獲得所需的性能。其次，漿紗工序需要考慮紗線的潤(rùn)滑性。適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑選擇和浸漬過程的控制可以減少紗線之間的摩擦，從而降低紗線的磨損和斷裂率。

③穿綜筘

穿綜筘的主要任務(wù)是為織造工序做好一切準(zhǔn)備，確?？椵S可以無縫地進(jìn)入織機(jī)。優(yōu)化穿綜筘包括以下關(guān)鍵方面：第一，穿綜筘需要考慮織軸的尺寸和形狀，準(zhǔn)確測(cè)量和調(diào)整織軸的參數(shù)是確保織軸順利穿過織機(jī)的關(guān)鍵步驟[3]。第二，穿綜筘需要進(jìn)行細(xì)致的檢查和清潔，以確?？椵S上沒有殘留的污垢或異物，可以通過采用高效的清洗設(shè)備和視覺檢測(cè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

(4)織造工序優(yōu)化

織造工序在玻璃纖維生產(chǎn)中占有重要地位，其優(yōu)化對(duì)最終產(chǎn)品的性能、效率和可持續(xù)性具有直接影響，主要采用噴氣織機(jī)作為織造設(shè)備，通過五大運(yùn)動(dòng)步驟（開口、引緯、打緯、卷取和送經(jīng)）將經(jīng)緯紗織造成電子布，以滿足工藝要求。

織造工序的首要任務(wù)是選擇合適的織機(jī)設(shè)備和技術(shù)，采用噴氣織機(jī)作為織機(jī)設(shè)備的選擇是為了提高織造效率和織品質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)備的選擇需要考慮織物密度、紗線粗細(xì)、織機(jī)速度等多個(gè)因素，以確保滿足產(chǎn)品規(guī)格和工藝要求。其次，為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的織品，需要精確控制這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)。例如，開口和引緯階段需要確保緯紗的均勻引入，打緯階段需要控制紗線的緊張度和打緯力度，以避免緯線斷裂。卷取和送經(jīng)階段需要協(xié)調(diào)，以確保織物的均勻卷取和輸送[4]?？椩旃ば虻某晒€依賴于選材和紗線管理，選擇合適的玻璃纖維紗線和涂覆材料是確?？椘沸阅艿年P(guān)鍵因素，紗線的粗細(xì)、強(qiáng)度和涂覆劑的性質(zhì)都會(huì)影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，織造工序需要定期檢查和維護(hù)紗線供應(yīng)系統(tǒng)，以確保紗線的一致性和質(zhì)量。

(5)后處理工序優(yōu)化

處理工序在玻璃纖維生產(chǎn)中是不可或缺的，能夠顯著改善玻璃纖維及其制品的性能，特別是針對(duì)一些弱點(diǎn)，如不耐折、不耐磨、硬挺、難定型等問題。

①連續(xù)熱處理

連續(xù)熱處理的主要目的是改善玻璃纖維的物理性質(zhì)，如柔軟性、耐折性和定型性。在連續(xù)熱處理中，玻璃纖維織物通過高溫加熱，以減少單根纖維之間的摩擦系數(shù)，提高織物的柔軟性。此外，連續(xù)熱處理還能夠改善纖維的定型性，使織物更容易塑形。優(yōu)化連續(xù)熱處理的關(guān)鍵在于精確控制溫度、時(shí)間和張力，以確保所得到的織物具有所需的性能。首先，要考慮的是溫度控制。工藝師們需要仔細(xì)選擇適當(dāng)?shù)臏囟确秶?，通常在纖維的軟化溫度以上但未達(dá)到其熔點(diǎn)，這樣可以確保在不損害纖維結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)所需的改性效果。例如，在玻璃纖維制備中，通常會(huì)將織物暴露在高溫區(qū)域，溫度可能在1000℃左右，使纖維達(dá)到所需的軟化程度。此時(shí)，織物中的纖維會(huì)變得柔軟，摩擦系數(shù)降低，使其更適合用于復(fù)雜的應(yīng)用，如電子布、建筑材料或復(fù)合材料。其次，連續(xù)熱處理還需要考慮時(shí)間參數(shù)。在高溫環(huán)境下，織物需要在一定的時(shí)間內(nèi)暴露在熱源中，以確保纖維充分軟化和改性，時(shí)間取決于溫度和所需的改性程度。較高的溫度通常需要更短的處理時(shí)間，而較低的溫度則需要更長(zhǎng)的時(shí)間。通過仔細(xì)調(diào)整溫度和處理時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)織物性能的精確控制。在實(shí)際應(yīng)用中，連續(xù)熱處理可以采用不同的方法，例如，通過傳送帶將織物傳送至加熱區(qū)域，或者通過使用熱輥或熱氣流來暴露織物，方法的選擇取決于生產(chǎn)工藝和設(shè)備可用性。

②分批熱處理

分批熱處理的目的是進(jìn)一步改善玻璃纖維的柔軟性和定型性。分批熱處理通過將織物分成若干小段，然后分別進(jìn)行加熱處理，以確保每個(gè)部分都受到充分的熱處理，可以有效地減少織物中的硬挺部分，提高整體柔軟性。分批熱處理的優(yōu)化需要考慮溫度梯度、加熱時(shí)間和張力的控制，以實(shí)現(xiàn)最佳的效果。具體來講，首先，需要精確控制溫度梯度。不同的織物部分需要不同的溫度，通常從高溫逐漸降至低溫，有助于減少硬挺部分的熱處理，同時(shí)確保整個(gè)織物都經(jīng)歷了適當(dāng)?shù)臏囟葏^(qū)間。例如，在制備電子布時(shí)，溫度梯度的控制非常關(guān)鍵，高溫區(qū)域可以軟化織物中的硬挺部分，而較低溫度區(qū)域可以確保整體織物的柔軟性。其次，分批熱處理需要考慮每個(gè)織物部分的加熱時(shí)間，不同部分的加熱時(shí)間取決于其所處位置和所需的改性程度。通常硬挺部分需要更長(zhǎng)時(shí)間的加熱，以確保其充分軟化。通過仔細(xì)調(diào)整加熱時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)織物性能的精確控制。分批熱處理通常采用熱輥或類似的加熱設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，此類設(shè)備可以將織物傳送至不同溫度區(qū)域，并確保每個(gè)部分都經(jīng)歷了所需的溫度和時(shí)間條件。

③表面化學(xué)處理

表面化學(xué)處理旨在改善玻璃纖維的表面性質(zhì)，如潤(rùn)滑性和附著性。在這一步驟中，玻璃纖維織物通常會(huì)經(jīng)過表面涂覆或浸漬處理，以增加纖維的潤(rùn)滑性，減少纖維之間的摩擦系數(shù)，不僅有助于提高織物的柔軟性，還有助于減少纖維之間的磨損和損傷。此外，表面化學(xué)處理還可以改善織物與其他材料的附著性，使其更容易在制造過程中與其他部件粘合或包覆。優(yōu)化表面化學(xué)處理需要選擇合適的涂覆劑或浸漬液，以滿足特定的應(yīng)用需求，并確保均勻涂覆或浸漬。

2.玻璃纖維生產(chǎn)工藝技術(shù)優(yōu)化的效益分析

通過一系列技術(shù)改造，對(duì)改造前后的燃輔料成本、能耗、產(chǎn)量和質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比分析。

(1)燃輔料成本分析

通過工藝技術(shù)優(yōu)化，可以降低燃輔料成本，提高生產(chǎn)效率。燃輔料成本總計(jì)降低了20%。這一降低在生產(chǎn)規(guī)模較大的情況下，將對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生顯著影響，具體如表1所示。

表1 燃輔料成本改造前后對(duì)比

(2)節(jié)能降耗分析

工藝技術(shù)的優(yōu)化也帶來了節(jié)能降耗的顯著效益，優(yōu)化工藝技術(shù)使能源消耗降低了18.75%，不僅減少了能源支出，還有助于降低對(duì)環(huán)境的不良影響，如表2所示。

表2 節(jié)能降耗改造前后對(duì)比

(3)產(chǎn)量和質(zhì)量分析

工藝技術(shù)的優(yōu)化對(duì)產(chǎn)量和質(zhì)量也產(chǎn)生了顯著的影響，通過工藝技術(shù)的優(yōu)化，產(chǎn)量提高了10%，同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量的合格率提高了5%，不僅增加了產(chǎn)品供應(yīng)量，還減少了廢品率，提高了客戶滿意度，如表3所示。

表3 產(chǎn)量和質(zhì)量前后對(duì)比

3.結(jié)束語

綜上所述，通過對(duì)拉絲工序、捻線工序、準(zhǔn)備工序、織造工序和后處理工序的詳細(xì)討論，揭示了每個(gè)工序中的關(guān)鍵優(yōu)化要點(diǎn)，以及如何通過這些優(yōu)化措施來提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，并減少對(duì)環(huán)境的不良影響。當(dāng)然，工藝技術(shù)的優(yōu)化是一個(gè)持續(xù)的過程，需要不斷的研究和改進(jìn)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化，需要不斷尋求更有效的方法來提高生產(chǎn)效率、降低環(huán)境影響，并滿足客戶的需求。