一种多组分玻璃纤维梯度高通量制备方法与流程

本发明属于玻璃纤维制造领域，具体涉及化学成分梯度变化的多组分玻璃纤维高通量制备方法。

背景技术：

玻璃纤维及玻璃纤维增强复合材料具有轻质、耐腐蚀、绝缘等特性，被广泛应用手机械、化工、交通运输等领域。复合材料性能主要取决于增强用玻璃纤维的性能，玻璃纤维的性能可通过调节原材料成分配比改善，然而可选原材料多元，配比调节困难，通过经验及试错法研制新的玻璃纤维产品所需周期长、成本高，因此亟需发展可加速新材料从发现到应用的新方法和新技术。

技术实现要素：

针对上述背景，本发明的目的在于提供一种可大大缩短玻璃纤维从设计、制备到表征的时间进程，降低开发成本，且工艺简单的多组分玻璃纤维高通量制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种多组分玻璃纤维梯度高通量制备方法，包括如下步骤：

步骤1)在控制台中设置系统如下运行参数：

1.1、玻璃成分配比：输入所需的玻璃纤维产品成品配比序列及拉丝量；

1.2、.窑炉温度：设置窑炉升温曲线；

1.3、洗炉要求：设置洗炉次数及洗炉料成分要求；

1.4、数据采集要求：设置各监测设备数据采集频率；

步骤2)玻璃粉料为原材料，分别放入玻璃粉料存储器中，系统运行；

步骤3)控制台根据玻璃成分配比要求计算各粉料所需量，并通过信号处理器发送给流量控制器，通过流量控制器控制原料流量，在原料量达到设定要求后流量阀关闭，实现多种原材料精准供料；

步骤4)多种原材料进入粉末混合器内均匀混合；

步骤5)步骤4中混合料送入玻璃窑炉，混合料在玻璃窑炉内进行熔化、澄清、均化和拉丝，生成玻璃纤维，此过程中对窑炉运行参数进行监控并实时反馈给控制台；

步骤6)监测步骤5中生成的玻璃纤维直径的变化；

步骤7)完成一个成分配比的玻璃纤维制备后控制台根据设定的洗炉料成分配比向流量控制器发送信号，根据洗炉次数控制循环进行洗炉，确保下一配比玻璃纤维成分不被污染；

步骤8)循环步骤3-步骤7，完成所有设定的原料配比成分的玻璃纤维产品制备。

对本发明技术方案的优选，步骤5中玻璃窑炉顶部开设投料口，玻璃窑炉底部嵌入单孔漏板；

玻璃窑炉的炉膛由预熔区、主熔区和集液区构成，预熔区对混合料进行熔化和澄清，主熔区对玻璃液进行均化，集液区用于收集主熔区流出的玻璃熔液；

炉膛分左右两侧，预熔区位于炉膛左侧的上部，主熔区和集液区位于炉膛右侧，集液区位于主熔区的下方；预熔区的底部与主熔区相通且在预熔区与主熔区相通处设置炉坎；

预熔区内设加热电极，主熔区的下部安装熔炉，熔炉的底部与在熔炉集液区相通，熔炉外部设置电加热线圈；

玻璃熔液在主熔区内完成均化并进入集液区，集液区内的玻璃熔液经过单孔漏板拉丝生成玻璃纤维。

对本发明技术方案的优选，主熔区内设置螺旋杆，螺旋杆的螺旋角小于等于30°，螺旋杆由驱动电机带动反向旋转。主要目的是：对玻璃熔液进行搅拌，延长玻璃液在主熔区停留的时间，从而保证玻璃液均化。

对本发明技术方案的优选，步骤5中的玻璃窑炉内进行熔化、澄清、均化和拉丝，形成玻璃纤维的具体步骤如下：

a、步骤4中混合料先进入玻璃窑炉的预熔区内，混合料在预熔区进行熔化和澄清；在此熔化和澄清的工艺过程中，通过在玻璃窑炉的炉膛顶部设置的液面高度探测器和温度传感器在线监测预熔区工作状态；

b、玻璃粉料在预熔区内熔化澄清并越过炉坎进入主熔区；

c、主熔区对玻璃熔液进行均化，玻璃熔液进入主熔区，玻璃熔液沿螺旋杆流道向下流动，玻璃熔液流动过程中，螺旋杆逆向慢速旋转，对玻璃熔液进行搅拌，并由电加热线圈对主熔区保温，确保玻璃熔液在主熔区中完成均化；

d、通过主熔区均化后的玻璃熔液进入集液区，集液区内的玻璃熔液进过单孔漏板拉丝生成玻璃纤维向下运动；在此工艺过程中，在单孔漏板下方装有工业摄像机，工业摄像机正对玻璃纤维，工业摄像机设定间隔时间连续拍照采集玻璃纤维的直径，用于监测纤维拉丝稳定性。

对本发明技术方案的优选，工业摄像机位于单孔漏板下方50cm处。

对本发明技术方案的优选，步骤1中多种原材料精准供料系统包括至少两个玻璃粉料存储器，每个玻璃粉料存储器通过送料管道接入粉末混合器，在每根送料管道上都设置流量控制器，按照原材料配比的要求，玻璃粉料存储器内的玻璃粉料由送料管道传输至粉末混合器中搅拌混合，混合均匀的混合料可一次性或分批次运送至玻璃窑炉。

本发明方法与现有技术相比，其有益效果是：

本方法，用于小产量玻璃纤维试验，具有成分精准配比，生产实时监测，连续生产的优点，加速玻璃纤维开发研制降低开发成本。

附图说明

图1是多组分梯度玻璃纤维高通量制备方法的装置结构示图。

图2是多组分梯度玻璃纤维高通量制备方法系统运行总体框架图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-2和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种多组分玻璃纤维梯度高通量制备方法，包括如下步骤：

步骤1)在控制台19中设置系统如下运行参数：

1.1、玻璃成分配比：输入所需的玻璃纤维产品成品配比序列及拉丝量；

1.2、.窑炉温度：设置窑炉升温曲线；

1.3、洗炉要求：设置洗炉次数及洗炉料成分要求；

1.4、数据采集要求：设置各监测设备数据采集频率；

步骤2)玻璃粉料为原材料，分别放入玻璃粉料存储器1中，系统运行；

步骤3)控制台19根据玻璃成分配比要求计算各粉料所需量，并通过信号处理器发送给流量控制器，通过流量控制器控制原料流量，在原料量达到设定要求后流量阀关闭，实现多种原材料精准供料；

步骤4)多种原材料进入粉末混合器3内均匀混合；

步骤5)步骤4中混合料送入玻璃窑炉5，混合料在玻璃窑炉内进行熔化、澄清、均化和拉丝，生成玻璃纤维17，此过程中对窑炉运行参数进行监控并实时反馈给控制台19；

步骤6)监测步骤5中生成的玻璃纤维17直径的变化；

步骤7)完成一个成分配比的玻璃纤维制备后控制台根据设定的洗炉料成分配比向流量控制器2发送信号，根据洗炉次数控制循环进行洗炉，确保下一配比玻璃纤维成分不被污染；

步骤8)循环步骤3-步骤7，完成所有设定的原料配比成分的玻璃纤维产品制备。

实施例1中多种原材料精准供料，这在现有技术中有很多实施结构，因此本实施例中采用了玻璃粉料存储器1、流量控制器2和送料管道进行精准供料。

如图1所示，实施例1中三个玻璃粉料存储器1用来存在作为拉丝原材料的玻璃瓶分料，三个玻璃粉料存储器1都通过送料管道接入粉末混合器3，在每根送料管道上都设置流量控制器2，按照原材料配比的要求，玻璃粉料存储器1内的玻璃粉料由送料管道传输至粉末混合器3中搅拌混合，混合均匀的混合料可一次性或分批次通过混合料送料管道运送至玻璃窑炉5。

将各组分玻璃粉料分别加入到玻璃粉料存储器1中，运行系统。控制台19控制送料管道上的流量控制器2将玻璃粉料以一定流速进入到粉末混合器3中，在粉末混合器3中通过搅拌器4将各组分均匀混合后，控制台19控制混合料送料管道上的流量控制器将混合料以一定流速运送入玻璃窑炉5的投料口6进入到预熔区9。

实施例1中玻璃窑炉为小型玻璃窑炉，可选用电熔炉或电熔坩埚炉，玻璃窑炉5顶部开设投料口6，玻璃窑炉5底部嵌入单孔漏板16。在玻璃窑炉5内玻璃粉料进行熔化、澄清、均化、拉丝，最终生成玻璃纤维17。

实施例1中玻璃窑炉5的炉膛由预熔区9、主熔区12和集液区15构成，预熔区9对混合料进行熔化和澄清，主熔区12对玻璃液进行均化，集液区15用于收集主熔区12流出的玻璃熔液。

炉膛分左右两侧，预熔区9位于炉膛左侧的上部，主熔区12和集液区15位于炉膛右侧，集液区15位于主熔区12的下方；预熔区9的底部与主熔区12相通且在预熔区9与主熔区12相通处设置炉坎21。预熔区9内设加热电极10，主熔区12的下部安装熔炉，熔炉的底部与在熔炉集液区15相通，熔炉外部设置电加热线圈11。玻璃窑炉5顶部开设投料口6，玻璃窑炉5底部嵌入单孔漏板16。玻璃熔液在主熔区12内完成均化并进入集液区15，集液区15内的玻璃熔液经过单孔漏板16拉丝生成玻璃纤维17。

实施例1中玻璃窑炉5的具体设计目的在于，预熔区9内设电极10进行炉内加热，主熔区12外部设电加热线圈11；预熔区9到主熔区12入口处设坡度炉坎21，提高预熔区澄清效率；通过主熔区12的玻璃液进入集液区15并通过单孔漏板16拉丝生成玻璃纤维17。

实施例1中，主熔区12内设置螺旋杆13，螺旋杆13的螺旋角小于等于30°，螺旋杆13由驱动电机14带动反向旋转。预熔区9的电加热线圈11和主熔区12的电加热线圈11为单独控制。

实施例1中，玻璃窑炉内进行熔化、澄清、均化和拉丝，形成玻璃纤维17的具体步骤如下：

a、步骤4中混合料先进入玻璃窑炉5的上部预熔区9内，混合料在上部预熔区进行熔化和澄清；在此熔化和澄清的工艺过程中，通过在玻璃窑炉5的炉膛顶部设置在液面高度探测器7和温度传感器8在线监测上部预熔区9；

b、玻璃粉料在预熔区9内熔化澄清并越过炉坎21进入主熔区12；

c、主熔区12对玻璃熔液进行均化，玻璃熔液进入主熔区12，玻璃熔液沿螺旋杆13流道向下流动，玻璃熔液流动过程中，螺旋杆13逆向慢速旋转，对玻璃熔液进行搅拌，并由电加热线圈11对主熔区12保温，确保玻璃熔液在主熔区中完成均化；

d、均化后的玻璃熔液在自身重力带动进入集液区15，集液区15内的玻璃熔液进过单孔漏板16拉丝生成玻璃纤维17向下运动；在此工艺过程中，在单孔漏板16下方装有工业摄像机18，工业摄像机18正对玻璃纤维17，工业摄像机18设定间隔时间连续拍照采集玻璃纤维17的直径，用于监测纤维拉丝稳定性。

实施例1中，预熔区9温度由电加热线圈11达到，预熔区9所需的温度值预先在控制台19内设定，通过温度传感器8在线实时监控，温度传感器8将温度信号接入信号处理器20，经过处理后的温度信号在送入控制台19。实施例1中控制台19对预熔区9温度的设定、信号处理器20对温度信号的处理，控制台19对温度信号的监控这为已知技术。

实施例1中，主熔区12对玻璃熔液进行均化，玻璃熔液进入主熔区12，玻璃熔液沿螺旋杆13流道向下流动，玻璃熔液流动过程中，螺旋杆13逆向慢速旋转，对玻璃熔液进行搅拌，并由电加热线圈11对主熔区12保温，确保玻璃熔液在主熔区中完成均化。

实施例1中，均化后的玻璃熔液进入集液区15，集液区15内的玻璃熔液进过单孔漏板16拉丝生成玻璃纤维17向下运动；在单孔漏板16下方50cm处装有工业摄像机18，工业摄像机18正对玻璃纤维17，工业摄像机18设定间隔时间连续拍照采集玻璃纤维17的直径，工业摄像机18内的直径信号接入信号处理器20，经过处理后的温度信号在送入控制台19，用于监测拉丝纤维的直径的变化。控制台19对工业摄像机18内的图片信号监控为已知技术。

实施例1的多组分玻璃纤维梯度高通量制备方法，控制系统用于控制整个装置，包括控制台19及信号处理器20。信号处理器用于发射及接收信号。控制台与工业摄像机18直接连接，控制台通过信号处理器与流量控制器2、液面高度探测器7、温度传感器及电极连接；实施例1中控制系统为已知技术。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。