玻璃纤维的原料介绍

玻璃原料

窗玻璃：又称钠钙硅玻璃，主要成分Na2O-CaO-SiO2还有MgO等。

玻璃的原料：石灰石（CaCO3）、白云石（MgCO3-CaCO3）、纯碱（Na2CO3）、芒硝（Na2SO4）、石英砂（SiO2）等。

用上述原料，粉磨，并按一定的比例混合均匀后（加一部分水，提高均匀度及其他工艺上的要求），然后入玻璃窑熔制。

玻璃熔制过程包括：硅酸盐的形成，玻璃体的形成，澄清，均化及冷却。

石灰石、白云石、纯碱、芒硝都会产生气体，这样不仅对玻璃形成无害，而且有利于玻璃的澄清与均化，工厂一般还要加入一部分澄清剂，生成大量的气泡，气泡在上浮的过程中，复合小气泡，这就是玻璃澄清的机理。

Na2CO3+SiO2 =(高温)Na2SiO3+CO2

CaCO3+SiO2=(高温)CaSiO3+CO2

玻璃熔制概论

1.原料熔化

1.1硅酸盐形成

1.1.1原料本身的加热变化

1.1.2原料间相互加热反应

1.1.3原料加热之挥发损失

1.2玻璃液形成

1.3影响熔化因素

2.玻璃液澄清

2.1气体间之转化与平衡

2.2气体与玻璃液相互作用

2.3澄清剂之化学作用

2.4澄清之物理作用

3.玻璃液均化

3.1不均物的熔解与扩散均化

3.2玻璃液的对流均化

3.3气泡上升搅拌均化

4.玻璃液冷却

4.1硫酸盐的热分解

4.2溶解气体析出

4.3玻璃液流股间的化学反应

4.4含钡玻璃产生二次气泡

4.5电化学反应

5.玻璃熔制之影响因素

5.1玻璃组成

5.2原料物理状态

5.2.1原料的选择

5.2.2颗粒的粗细

5.2.3原料的水分

5.2.4碎玻璃影响

5.3投料方式

5.4澄清剂

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熔解控制

5.6.1温度控制

5.6.2压力控制

5.6.3气氛控制

5.6.4液面控制

5.6.5泡界线控制

5.7玻璃液流

5.8熔制技术改良的影响

玻璃熔制概论：

玻璃熔制包含许多复杂的过程，为一系列之物理、化学、物理化学变化；在加热过程中发生之变化如下表：物理变化化学变化物理化学变化

原料加热固相反应共熔体形成

原料脱水碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐分解固态的熔解与液态互熔

成分熔化水化合物分解玻璃液、火焰、气泡间作用

晶相转化化学结合水的分解玻璃液与耐火材料作用

成分挥发硅酸盐的形成与相互作用

从加热原料到熔制成玻璃液，根据熔制过程的不同分为以下五种阶段：

1.硅酸盐形成：在加热过程中，原料中各种组成经化学、物理变化后，大部分之气体产物皆已挥发，此阶段完成了玻璃熔解主要反应过程，玻璃原料转化成硅酸盐和SiO2组成的不透明烧结物；以<容>所生产之钠钙硅玻璃而言，此阶段温度约在800~900℃完成。

2.玻璃之形成：持续加热后，烧结物开始熔融，原先的硅酸盐和SiO2相互扩散与熔解，烧结物将转变透明的玻璃液，但玻璃液中还含大量气泡，其化学成分尚未均匀；

以钠钙硅玻璃而言，此阶段温度约在1200~1250℃左右。

3. 玻璃液澄清：继续加热后，玻璃黏度进一步降低；并释放出玻璃液内之可见气泡，直到气泡全部排除；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：玻璃液长时间处于高温下，通过对流、扩散等作用，其化学组成逐渐趋于均匀，玻璃液中的节瘤与条纹由于扩散、熔解、对流等作用而消失，化学组成与折射率趋于一致；均化温度可在低于澄清温度下完成。

5.玻璃液冷却：通过上述四个阶段后，玻璃质量符合了要求，将玻璃液的温度冷却200~300℃左右，使玻璃黏度达到成形所需的数值，约在102~103Pa．s左右。

以上述五个阶段顺序，是在逐步加热的状况下进行研究，而实际上熔制过程并不严格按照以上顺序进行；玻璃熔制设备通常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同时间内完成，而<云玻>熔解设备属池窑，在池窑中熔制过程五个阶段在不同空间同一时间完成；池窑玻璃熔解的五个阶段间之相互关系如下图1：(以云玻窑炉为图例) 图1：玻璃液熔制过程

现代窑炉投料口温度约在1350℃以上，硅酸盐和玻璃形成两个阶段几乎同时完成，而澄清与均化亦同步进行，故也将熔制过程简分两阶段，即原料熔化、玻璃液精练；熔化阶段把原料熔成玻璃液，精练阶段将不均质玻璃液进一歨改善成均质玻璃，并使冷却到成形所需黏度。

1.原料熔化：

1.1硅酸盐形成：

玻璃原料主要由硅砂和碳酸盐(碳酸钙、碳酸钠、碳酸镁)组成，其他原料还有霞石、硼砂等，

以及芒硝、碳粉等辅助原料；在硅酸盐形成阶段，各原料本身、各原料相互间发生多样反应变化，最后成硅酸盐与SiO2不透明烧结物。

1.1.1原料本身的加热变化：

原料本身加热过程中历经各种变化，如表1所示；这些变化可归类为以下四类：

l 多晶转变：具有多晶型之原料在一定温度下转化晶型。

l 盐类分解：各种碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐在一定温度下发生分解放出气体。

l 脱水：排除结晶水、结构水和化学结合水。

l 熔融：由固态转化为液态。

表1：主要原料在加热过程中之变化

类别成分加热反应/ 温度℃

多晶转变石英β-石英→α-石英575

α-石英→α-鳞石英870

芒硝斜方→单斜235

盐类分解硝酸钠NaNO3→Na2O+1/2O2+NO↑>350

菱镁矿MgCO3→MgO+CO2↑300℃开始，700℃完成

石灰石CaCO3→CaO+CO2↑500℃开始，＞894℃激烈

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原料间相互加热反应：

各原料相互复杂反应，这些反映主要形成复盐、固相反应、形成硅酸盐及生成低共熔物如表2所示，表中所列过程为实验室中，从低温逐渐上升到高温情况下进行的，约在800~1100℃