玻璃纤维成形过程中,要以很高的拉伸速度将直径为毫米级的玻璃流股牵伸,并冷却固化成为微米级的玻璃纤维。显然,玻璃质量是纤维成形过程能否连续稳定的重要先决条件。
玻璃纤维拉丝工艺对玻璃质量的要求包括两个方面。一是要求玻璃中不同于基玻璃的物质越少越好。这些物质主要有三类,一类是气泡(气体夹杂物);另一类是结石(固体夹杂物);再一类是条纹和节瘤 (玻璃体夹杂物)。它们统称为玻璃的缺陷。二是要求在连续工业生产中,玻璃的成分波动要小,也就是说要成分稳定。
一、气泡
气泡是一种可见的气体夹杂物,其大小由不到1mm到几个mm。一般,<0.8mm的叫灰泡,>0.8mm的叫气泡。
气泡的化学组成不尽相同,一般含有O2、N2、 CO、C02、S02、NXOY、H20等。纳亚乌列维奇对 E铝硼硅酸盐玻璃球中的气体作过分析,主要是S02和C02,占总气体含量的70%左右;其次是H20,占17%左右;再其次是N2和O2,占12.6%左右。
玻璃中气泡产生的原因一般有5种情况,分别可以称为一次气泡、二次气泡、空气泡、耐火材料气泡和铁引起的气泡。
一次气泡是配合料残留气泡,主要是玻璃熔制时澄清不良所致。配合料中砂子粗细不匀、澄清剂用量不足、配合料的气相单一、熔化和澄清温度低都会造成一次气泡。生产纤维用的玻璃,与一般平板玻璃相比,比较难于熔化和澄清,尤其是E玻璃,熔化温度稍偏低,就会产生显著的气泡。如果熔制气氛偏还原性,玻璃中FeO含量增多,玻璃球呈蓝绿色。这种玻璃球不仅由于透热性差而不能正常拉丝,而且还会引起铂合金漏板、铂发热体或铂电极损坏。我国某工厂曾一度发生过大面积损坏铂漏板和铂发热体的事例,经查明,FeO含量占总Fe203量的82.4%。
二次气泡是玻璃球再次加热重熔时再次逸出的气泡,它很小,难于排除。一般,玻璃球在熔制时的熔化和澄清温度愈低,在重熔时就愈容易逸出二次气泡,严重时能在代铂坩埚液面上形成很厚的一层泡沫玻璃层。此外,有氧化钡的玻璃由于过氧化钡的分解也会产生二次气泡。
空气泡来自配合料带入的空气和成形操作时夹人的空气。玻璃球制造过程中有时就会带入这种气泡,但是当球在代铂坩埚中重熔时,它们总是会被排除的,所以没有什么危害。
玻璃液和耐火材料之间的物理化学作用会引起许多种气泡。耐火材料气孔中的气体会被带入玻璃液。耐火材料中铁的化合物会促进玻璃液内残余盐类的分解而产生气泡。
铁件落人玻璃熔窑内,铁中的碳会与玻璃中残余气体互相作用而排出气体,也会形成气泡。
在纤维成形过程中,玻璃液中的小气泡被拉成毛细管,这种情况对纤维成形影响不大,但是如果气泡较大,或者位于纤维近表面处,就容易引起断头,或者降低纤维强度。A.Ф.扎克比较了无气泡球和含有1~6mm气泡的球拉制的玻璃纤维强度,结果后者比前者的强度低12%。如果气泡更小时,强度低得更多,能达20%。当然,纤维中有被拉长了的气泡,也会变脆,容易造成毛丝或在以后纺织加工中造成疵点或断头,降低了纱和织物的质量。