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电子工业已成为我国国民经济支柱产业,
而电子级玻纤又是电子工业进一步发展及科技进步不可缺少的新型工程材料与优质结构材料,
所以市场前景会越来越好。本文就笔者工作实践,对电子纱、电子布的若干技术问题进行阐述。
电子级玻璃纤维纱、布(以下简称“电子纱与电子布”)是电绝缘玻璃纤维系列产品中的一支新秀,是覆铜板及印制电路板必不可少、不可替代的基础材料。
我国电子级玻璃纤维诞生于20世纪90年代初期,它在池窑的“母体”内孕育成长,并随着池窑的逐步发展而不断完善壮大,从坩埚拉丝工艺迈入池窑拉丝工艺。20世纪60年代以来,我国玻璃纤维纺织工艺研究开发了一整套制造高级玻璃纤维产品用的全新工艺和设备,使玻璃纤维产品得以进入以电子工业为代表的新兴工业应用领域,并成为其主要原材料之一。这种新工艺、新设备生产的产品因其高速、高效的优越性,逐步取代了传统的坩埚法生产工艺,促进了池窑拉丝技术的发展,使纺织纱大部分转向由池窑法生产。与此同时,新兴电子工业的迅速崛起也对电子级玻璃纤维制品的更新换代起着推波助澜的作用。
本文就笔者工作实践,对电子纱、电子布的若干技术问题进行阐述。
一、 电子纱生产质量控制
电子纱采用池窑多孔大漏板多分拉工艺,通过强制冷却、改性淀粉型浸润剂、辊动式单丝涂油浸渍,严格气流及温湿度控制,最后采用大卷装变频调速拉丝及漏板温度补偿技术拉制而成。目前,常用电子纱牌号包括G-75、E-225、D-450,现又新增了DE-300、D-900、D-1800、BC-1800、BC-3000及C-1200、C-1800等,其单丝直径由原来的5μm、7μm、9μm,扩大到4μm、4.5μm。
一般来说,控制电子纱质量主要从包括以下几个方面:
1. 物理性能。影响电子纱质量的特性包括抗拉强度、电性能、特克斯(tex)控制水平和控制精度、浸润剂含量及含量一致性等。原丝的成形和外观质量也会对电子纱的质量产生重要影响。因此,原丝在捻线前需要按照预定的要求逐个检验,如果玻璃成分中碱金属氧化物含量超标、tex数超标、浸润剂含量超标、含油不匀、成形不良、污渍、碰伤的原丝均不符合电子纱质量要求。
2. 捻线过程中不允许接头,原纱卷装置过小的筒子应予剔除。例如公称质量4kg的原丝,按定长制要求的实际重量约3.5kg,1.5kg以下的原丝不予采用;称质量8kg的原丝,实际重量约7.2kg,最低取用重量为2.5kg;非满筒的原丝在捻线机上不接头,织造时用作纬纱。
3. 电子布织造用单纱需采用变程式多次成形原理卷绕成奶瓶形管纱。多次成形是经过多次变程循环周期绕成一个满管纱。这种卷绕原理只需增加绕纱的变程循环次数就可增大卷装,每一层纱中的节距和移距可以选得较大些,成形锥角也可以比一次成形时大得多,而纱筒结构稳定,很少出现冒头、塌边现象,高速退解时也不易脱圈,成形较为理想。
4. 电子纱净化要求很高,不允许有污渍、水渍、汗渍和飞丝、灰尘等污染,大卷装的单纱筒子中不允许有接头。一个满筒纱捻线时间很长,4kg的68tex纱要在捻线机上加工将近7h,8kg的纱则将近14h,一旦污染整个纱筒都要报废,因此,尽量保持电子纱的清洁十分重要。
5. 电子纱的含水率需控制在一定的范围内。在织造过程中,电子纱含水率过高,纱发粘,退解阻力过大,造成整经和织造困难。一般来说,要求电子纱含水率控制在0.2%以下,实际操作中如能达到0.1%以下则更好。
6. 电子纱的硬挺度控制在合适的范围。单纱的硬挺度与浸润剂配方、浸润剂含量以及浸润剂的涂覆条件有密切关系,与捻线条件和单纱含水率也有关系。淀粉型浸润剂含油率提高,纱的硬挺度下降,调整纱的硬挺度时,要掌握好这个规律。
7. 电子纱要采用分批整经及改性玉米淀粉浆纱。
电子布对于经纱张力均匀性要求很高,因此,精密控制整经张力,保持经纱张力的一致性是整经工艺的关键,而分批整经的经纱张力分单纱张力、整经运转张力、卷绕压力几部分,全面调整和控制,能圆满达到这一要求。采用改性玉米淀粉上浆的根本目的是提高经纱的织造性能。电子纱是多根单纤维的集合体,如果其中一根分离就容易造成单丝断裂,并与邻纱相缠绕,成为起毛和断头的原因。因此,希望通过上浆增加单纤维之间的集束性。此外,低捻单纱上浆后还有稳定捻度的作用,借此也有助于提高其织造性能。
改性玉米淀粉的水分散性和水溶解度高,浆液粘度稳定性高,凝胶现象显著减少,浆液冷却时不易冻结。浆液的流动性也有提高,与玻璃纤维的粘着性也有所提高。浆膜较为透明,坚韧而富有弹性,浆膜表面较为平滑细致,具有良好的织造性能。电子纱上浆是提高织造性能,而上浆率直接影响上浆纱的织造性能。一般而言,上浆率略高,织造性能较好,但当上浆率超过一定限值时,经纱的织造性能反而下降。电子纱上浆的最佳上浆率,一般在2%~6%范围内。而且品种之间差异不大,总体的趋向是细纱薄布上浆率略高些;质量要求高,特别是对毛羽要求高的品种上浆率也应略高一些;经纱质量稍差或织造条件较差时,上浆率也定得较高一点。另外,要求浆料要易于退浆,热清洗后残留物少,不致使表面化学处理、覆铜板和线路板的加工和应用发生障碍。特别需注意的是浆料的灼烧后,残余灰分要求不得大于0.3%;并且不得含有微量金属盐类物质。
二、电子布织造技术及后处理
高性能的电子布需要优质的电子纱。电子布的某些重要特性几乎完全取决于经纬纱,而经纬纱的质量又与捻线工艺密切相关。
经纬纱的捻线工艺是在高速初捻机上完成的。在池窑拉丝工序生产的单根原丝用作经纬纱,已经符合电子布的织造要求,不需要再并股。之所以要通过捻线工序,只是要将原丝在捻线机上通过热风进一步干燥,单向少量加捻后卷绕成适合于整经、织布生产需要的奶瓶状纱管。初捻机的捻线线速度已由原先的100m/分,发展到了160m/分,捻度已由原先的40捻/m, 降低到目前的28捻/m,还正在向20捻/m发展,纱管卷装量也由原先的2kg,增大到目前的4~8kg。电子纱这一系列的工艺改进,确保了电子布的质量进一步提高。 电子布的生产过程如下图所示。
2.1 电子布织物结构
织物中经纬纱的配置情况和彼此联结状态称为织物结构。织物结构取决于经纬纱的单丝直径、合股数、捻度、线密度、经纬密度、织物组织及织物参数等许多因素。这些因素的变化以及彼此的不同组合,可以构成许多结构性能各异的玻璃纤维织物,以满足各同用途的需要。
电子布经纬纱的单丝直径都在9μm以下,主要有5μm、6μm、7μm、9μm等4个等级。一般而言,较细的单丝可以制成较细的纱,而较细的纱则可织成较薄的布。而同样厚度的布,如用单丝直径较细的经纬纱,则布的柔软性、力学性能和耐久性更好。另外,拉丝时对原丝涂敷的浸润剂,不但在拉丝时起到了润滑和集束作用,而且可以在一定程度上改善原丝的柔软性、耐磨性和耐弯折性能。尤其是目前拉丝浸润剂,大多数生产厂家都采用了改性淀粉浸润剂,使原丝的纺织性能得到了明显的改善。
织物组织表示经纬纱的交织规律。工业用电子布主要有平纹、斜纹、缎纹和纱罗等4种组织。平纹是最简单,也是最常用的织物组织。与斜纹和缎纹组织相比,平纹组织中经纬纱具有最多的组织点和屈曲数,并且相互紧靠,织物比较紧密、平挺,适用于大多数电工绝缘和增强材料。一般来说,覆铜板用各种电子布都采用平纹组织。
2.2 喷气织机的技术特性
当前,电子布采用喷气织机生产。当代的喷气织机转速已达到600~750r/min,能生产出张力均匀、布面平整、无断头和毛羽的高质量电子胚布,并且能保持很高的织造效率。电子坯布的卷装长度通常为2000m/卷,最高已达到4000m/卷。具体的技术特性如下:
1. 采用电子送经、电子卷取,实现积极送经卷取,稳定经纱张力。
2. 使用光电式双探纬器,既能探测缺纬、松纬,又能探测超越探测器的断纬,从而减少纬向疵点(对于极少发生断纬的玻璃纤维织物只需一个探纬器)。
3. 采用电子控制储纬器,以稳定纬纱张力。主喷嘴喷出的纬纱经辅喷接力引纬,再经末端拉伸喷嘴的最后吸引,减少了纬缩和纬纱解捻疵点。
4. 采用定位停车、定位开车及刹车角的有效控制,并有一梭、倒转等功能,有效地防止了开关车的稀密路疵点。
5. 使用自动对梭口装置和防止开车痕装置,使织物纬向疵点大为减少。
2.3 电子布后处理
为了改善并进一步提高电子布的物化性能及其制品的加工性能,需要对电子坯布进行后处理。包括加热,清除原丝在拉制过程中所涂敷的拉丝浸润剂,以及纱支在浆纱过程中所涂敷的浆料,并对坯布表面浸渍一层偶联剂。这个过程被称为热-化学处理(简称“后处理”)。电子布的后处理过程包括连续热处理、分批热处理及表面化学处理3个部分。
(1) 连续热处理
连续热处理又称预脱浆。坯布的连续热处理是在连续热处理机组(以下称KH机组)上完成的。机组的核心部分是高温脱浆炉,为保持连续运行,机组由多个单元组成,主要有供布机、喂入和送出装置、卷取装置。供布机处附有换卷接布用烫接装置,为了能在连续运行中换卷接布,在喂布段和送布段都配置了储布装置。
坯布卷固定在供布机上,供布机送出的布由喂布罗拉喂入储布架,从喂入段储布架引出的布经导辊进入高温脱浆炉。坯布上的有机物在高温炉内迅速分解、炭化,挥发物随烟气排出。由于玻璃布在高温炉内流经时间较短,尚有部分未能完全炭化的有机物仍残留于布上,因此,出高温炉的预脱浆布(又称“KH布”)呈茶褐色。KH布在导辊引导下进入送布段储布架,然后由送布罗拉送入卷取装置,卷绕到分批热处理用的带孔钢管上。
经纱上浆后织成的坯布一般有机物含量在1.7%~5.0%之间,布的品种因规格和上浆率而有很大差别。连续热脱浆的目的是除去布上的大部分有机物,使有机物残留量(简称为残脂量)降低到0.5%以下。连续热处理的工艺关键是掌握好处理的温度和时间,对于KH机组而言,关键则是正确设定和控制高温脱浆炉的炉温和运行速度。
由于加热方式、加热原理和炉膛结构不同,不同的KH机组炉温的设定要求会有差别。同一机组采用不同的运行速度时,炉温的设定也需有变化。
当运行速度提高时,为保证脱浆效果,需要适当提高炉温,但炉温不宜过高,因为炉温越高电子布的强损失越大。一般而言,电子布的处理温度以不高于450℃为宜,炉温和运行速度设定和调整的目标就是达到工艺要求的有机物残留量指标,而尽量减少强度损失。准确的残脂量值应该取样品送试验室测试得到。有经验者通过对KH布色泽的观察也能大致判断处理效果。
连续热处理炉加热温度较高,一般常采用电作能源,这种加热炉俗称电炉。只要把合适的电阻元件接入电网,就能将电能转化为热能,从而进行加热。并且只要改变线路的电气参数,就可以达到调节功率、控制温度的目的,所以电炉结构简单,检修方便,温度控制简便可靠,它的热效率也较高,可达50%~80%,因此,电热是目前较为理想的玻璃纤维织物连续热处理炉用热源,为国内大多数玻璃纤维厂所采用。
煤气、液化石油气也可以用作热处理炉热源,主要因为其热值较高,比较经济,但是它们的燃烧温度不易控制,机构复杂,一般连续热处理炉不采用燃气方式。
(2) 分批热处理
分批热处理又称热脱浆(国外简称“BH”),其任务是完全除去电子布上残存的有机物,使电子布残脂量达到0.05%以下,而同时尽可能减少布的强度损失。
分批热处理的工艺流程是,坯布经预脱浆后,卷绕在带孔不锈钢管上,放在专用的钢制托布架上,推入BH炉内进行焖烧。
坯布上残留的有机物,在炉内继续被分解、炭化,其挥发物通过循环气引导被排出炉外。坯布在炉内的处理时间,可根据坯布的品种、规格及其在KH炉处理后有机物残留量的多少而确定。达到设定时间后,BH炉会自动停止运行。此时,可打开炉门散热,待布面温度降到手感不烫后,则可从托布架上取下,运到表面化学处理炉待处理。由于坯布上残留的有机物在BH炉内被彻底分解、炭化,所以经BH炉处理后的坯布颜色表面呈纯白色。该工序的工艺要求是,正确设定温度曲线并严格控制处理时间,使坯布有机物残留量控制在0.05%以下,并保证坯布达到规定的抗拉强度。 分批热处理的工艺关键是掌握好处理温度和处理时间。对于高温烘炉而言,关键在于设定炉温、升温时间和保温时间,这些参数应根据电子布的品种规格,布上有机物含量和KH工艺状况而定,并与烘炉的构造和热工原理有关。
常常先凭经验设定初始参数,再通过反复试验和调整确定最宜参数。炉温一般以不超过400℃为宜,处理时间需40~60h。温度过高,电子布强度损失过大,处理时间太短,则布卷内部又可能脱浆不尽。实践认为设定炉温稍低而处理时间稍长,对保证电子布质量更为有利,可以达到残脂量较低而保留强度较高的效果。
分批热处理炉是一个密闭的高温烘焙炉,可以使用液化石油气或煤气、天然气作热源,也可以采用燃油作为热源,不同的热源需配置不同的燃烧装置,但是对于分批热处理炉来说,由于处理时间较长,热处理炉是全封闭的,采用热风循环加热式。
如果采用电热,耗电就相当厉害,成本很高。卷绕在带孔钢管上的KH布卷放置在专用的钢制托布架上送放BH炉中,装满一炉后关闭炉门,点火升温,达到设定温度后再保温数10h。KH布上的残存有机物在BH炉内被氧化,其生成物游离出来,在循环热风引导下排出炉外。当达到设定时间时自动停机,此时可开启炉门,待稍稍降温后取出托布架,完成该批布的热脱浆过程。
(3) 表面化学处理
电子坯布的表面化学处理是在表面处理机组上完成的,表面处理机组(FN机组),经过表面化学处理的电子坯布简称 FN布。表面化学处理机组是由多单元装置组成的连续处理机组,它的核心部分是处理液浸渍装置和烘干装置。
处理液浸渍装置是可升降的,而浸渍辊是固定的,当布的运行速度确定后、通过调节浸渍槽的上下位置和槽内的液面高度来调整布的浸渍时间。浸渍了处理液的电子布离开处理液后,通过一对橡胶挤压罗拉挤轧,以增进处理液的渗透,驱除布中的气泡,去除多余的处理液。挤压罗拉的材质和硬度、挤压压力也是决定电子布上处理剂含量和浸渍质量的重要参数。一般电子布通过挤压罗拉后布上的处理液含量控制在20%~30%范围内。
处理液中99%左右是水分,因而经过挤压罗拉引出的电子布还含有大量水分,需要通过烘炉除去。烘炉的加热原理和炉型结构不同,烘干效果也有差别,一般以温度不超过170℃为原则,以烘焙后布的含水率不大于0.1%为目标进行调整和控制。因为温度过高会影响偶联剂的效果,含水率过高则将会影响布的应用性能。表面化学处理的关键质量指标是有机物含量。由于经过分批热处理后的BH布还有0.05%以下的有机物残油量,因此,一般试验测得的FN布有机物含量包括后处理剂含量和原有机物残留量,经过表面化学处理的FN布按IPC标准规定有机物含量应在0.05%~0.25% 范围内。
20世纪80年代以来,世界电子工业迅速发展,对电子布也不断提出更高的要求。为满足电子工业的新要求,电子布生产厂家不但研究开发了新偶联剂和添加剂等多种化学处理新技术,而且还研究开发了一些与化学处理相结合的新处理方法,如高压水流喷射法等。日本研制成功的这种新型电子布被称为SP布。SP布的处理原理是利用高压水流喷射,使经纱与纬纱暴露在布面部分的纤维均匀散开成为扁平状,又称之为“开纤”布。
另有一种物理加工法,该加工法的目的与开纤布相同,不同的是它利用机械刮擦的方法达到开纤效果。据称,该方法可以达到类似于SP布的效果,不需要高压水喷射系统和挤压烘干装置,可以组合在表面化学处理机组内,也可组合在验布机上,处理成本较低。再有一种热清洗过烧法,该法在热清洗过程中采用比普通工艺更高的温度或更长的时间对玻璃布进行过烧处理,以适当降低布的拉伸强度,使布脆化,从而提高布的钻孔加工性,改善孔壁质量。经过烧处理的玻璃布称过烧布或脆化布。
总之,电子工业已成为我国国民经济支柱产业,而电子级玻纤又是电子工业进一步发展及科技进步不可缺少的新型工程材料与优质结构材料,所以市场前景会越来越好。但是,作为电子级玻纤生产厂家不仅要提高电子级玻纤系列产品的数量,更要不断改善产品质量,增加产品规格,扩大产品品种,为使我国不仅是世界玻纤生产大国,而是技术强国而贡献力量!
而电子级玻纤又是电子工业进一步发展及科技进步不可缺少的新型工程材料与优质结构材料,
所以市场前景会越来越好。本文就笔者工作实践,对电子纱、电子布的若干技术问题进行阐述。
电子级玻璃纤维纱、布(以下简称“电子纱与电子布”)是电绝缘玻璃纤维系列产品中的一支新秀,是覆铜板及印制电路板必不可少、不可替代的基础材料。
我国电子级玻璃纤维诞生于20世纪90年代初期,它在池窑的“母体”内孕育成长,并随着池窑的逐步发展而不断完善壮大,从坩埚拉丝工艺迈入池窑拉丝工艺。20世纪60年代以来,我国玻璃纤维纺织工艺研究开发了一整套制造高级玻璃纤维产品用的全新工艺和设备,使玻璃纤维产品得以进入以电子工业为代表的新兴工业应用领域,并成为其主要原材料之一。这种新工艺、新设备生产的产品因其高速、高效的优越性,逐步取代了传统的坩埚法生产工艺,促进了池窑拉丝技术的发展,使纺织纱大部分转向由池窑法生产。与此同时,新兴电子工业的迅速崛起也对电子级玻璃纤维制品的更新换代起着推波助澜的作用。
本文就笔者工作实践,对电子纱、电子布的若干技术问题进行阐述。
一、 电子纱生产质量控制
电子纱采用池窑多孔大漏板多分拉工艺,通过强制冷却、改性淀粉型浸润剂、辊动式单丝涂油浸渍,严格气流及温湿度控制,最后采用大卷装变频调速拉丝及漏板温度补偿技术拉制而成。目前,常用电子纱牌号包括G-75、E-225、D-450,现又新增了DE-300、D-900、D-1800、BC-1800、BC-3000及C-1200、C-1800等,其单丝直径由原来的5μm、7μm、9μm,扩大到4μm、4.5μm。
一般来说,控制电子纱质量主要从包括以下几个方面:
1. 物理性能。影响电子纱质量的特性包括抗拉强度、电性能、特克斯(tex)控制水平和控制精度、浸润剂含量及含量一致性等。原丝的成形和外观质量也会对电子纱的质量产生重要影响。因此,原丝在捻线前需要按照预定的要求逐个检验,如果玻璃成分中碱金属氧化物含量超标、tex数超标、浸润剂含量超标、含油不匀、成形不良、污渍、碰伤的原丝均不符合电子纱质量要求。
2. 捻线过程中不允许接头,原纱卷装置过小的筒子应予剔除。例如公称质量4kg的原丝,按定长制要求的实际重量约3.5kg,1.5kg以下的原丝不予采用;称质量8kg的原丝,实际重量约7.2kg,最低取用重量为2.5kg;非满筒的原丝在捻线机上不接头,织造时用作纬纱。
3. 电子布织造用单纱需采用变程式多次成形原理卷绕成奶瓶形管纱。多次成形是经过多次变程循环周期绕成一个满管纱。这种卷绕原理只需增加绕纱的变程循环次数就可增大卷装,每一层纱中的节距和移距可以选得较大些,成形锥角也可以比一次成形时大得多,而纱筒结构稳定,很少出现冒头、塌边现象,高速退解时也不易脱圈,成形较为理想。
4. 电子纱净化要求很高,不允许有污渍、水渍、汗渍和飞丝、灰尘等污染,大卷装的单纱筒子中不允许有接头。一个满筒纱捻线时间很长,4kg的68tex纱要在捻线机上加工将近7h,8kg的纱则将近14h,一旦污染整个纱筒都要报废,因此,尽量保持电子纱的清洁十分重要。
5. 电子纱的含水率需控制在一定的范围内。在织造过程中,电子纱含水率过高,纱发粘,退解阻力过大,造成整经和织造困难。一般来说,要求电子纱含水率控制在0.2%以下,实际操作中如能达到0.1%以下则更好。
6. 电子纱的硬挺度控制在合适的范围。单纱的硬挺度与浸润剂配方、浸润剂含量以及浸润剂的涂覆条件有密切关系,与捻线条件和单纱含水率也有关系。淀粉型浸润剂含油率提高,纱的硬挺度下降,调整纱的硬挺度时,要掌握好这个规律。
7. 电子纱要采用分批整经及改性玉米淀粉浆纱。
电子布对于经纱张力均匀性要求很高,因此,精密控制整经张力,保持经纱张力的一致性是整经工艺的关键,而分批整经的经纱张力分单纱张力、整经运转张力、卷绕压力几部分,全面调整和控制,能圆满达到这一要求。采用改性玉米淀粉上浆的根本目的是提高经纱的织造性能。电子纱是多根单纤维的集合体,如果其中一根分离就容易造成单丝断裂,并与邻纱相缠绕,成为起毛和断头的原因。因此,希望通过上浆增加单纤维之间的集束性。此外,低捻单纱上浆后还有稳定捻度的作用,借此也有助于提高其织造性能。
改性玉米淀粉的水分散性和水溶解度高,浆液粘度稳定性高,凝胶现象显著减少,浆液冷却时不易冻结。浆液的流动性也有提高,与玻璃纤维的粘着性也有所提高。浆膜较为透明,坚韧而富有弹性,浆膜表面较为平滑细致,具有良好的织造性能。电子纱上浆是提高织造性能,而上浆率直接影响上浆纱的织造性能。一般而言,上浆率略高,织造性能较好,但当上浆率超过一定限值时,经纱的织造性能反而下降。电子纱上浆的最佳上浆率,一般在2%~6%范围内。而且品种之间差异不大,总体的趋向是细纱薄布上浆率略高些;质量要求高,特别是对毛羽要求高的品种上浆率也应略高一些;经纱质量稍差或织造条件较差时,上浆率也定得较高一点。另外,要求浆料要易于退浆,热清洗后残留物少,不致使表面化学处理、覆铜板和线路板的加工和应用发生障碍。特别需注意的是浆料的灼烧后,残余灰分要求不得大于0.3%;并且不得含有微量金属盐类物质。
二、电子布织造技术及后处理
高性能的电子布需要优质的电子纱。电子布的某些重要特性几乎完全取决于经纬纱,而经纬纱的质量又与捻线工艺密切相关。
经纬纱的捻线工艺是在高速初捻机上完成的。在池窑拉丝工序生产的单根原丝用作经纬纱,已经符合电子布的织造要求,不需要再并股。之所以要通过捻线工序,只是要将原丝在捻线机上通过热风进一步干燥,单向少量加捻后卷绕成适合于整经、织布生产需要的奶瓶状纱管。初捻机的捻线线速度已由原先的100m/分,发展到了160m/分,捻度已由原先的40捻/m, 降低到目前的28捻/m,还正在向20捻/m发展,纱管卷装量也由原先的2kg,增大到目前的4~8kg。电子纱这一系列的工艺改进,确保了电子布的质量进一步提高。 电子布的生产过程如下图所示。
2.1 电子布织物结构
织物中经纬纱的配置情况和彼此联结状态称为织物结构。织物结构取决于经纬纱的单丝直径、合股数、捻度、线密度、经纬密度、织物组织及织物参数等许多因素。这些因素的变化以及彼此的不同组合,可以构成许多结构性能各异的玻璃纤维织物,以满足各同用途的需要。
电子布经纬纱的单丝直径都在9μm以下,主要有5μm、6μm、7μm、9μm等4个等级。一般而言,较细的单丝可以制成较细的纱,而较细的纱则可织成较薄的布。而同样厚度的布,如用单丝直径较细的经纬纱,则布的柔软性、力学性能和耐久性更好。另外,拉丝时对原丝涂敷的浸润剂,不但在拉丝时起到了润滑和集束作用,而且可以在一定程度上改善原丝的柔软性、耐磨性和耐弯折性能。尤其是目前拉丝浸润剂,大多数生产厂家都采用了改性淀粉浸润剂,使原丝的纺织性能得到了明显的改善。
织物组织表示经纬纱的交织规律。工业用电子布主要有平纹、斜纹、缎纹和纱罗等4种组织。平纹是最简单,也是最常用的织物组织。与斜纹和缎纹组织相比,平纹组织中经纬纱具有最多的组织点和屈曲数,并且相互紧靠,织物比较紧密、平挺,适用于大多数电工绝缘和增强材料。一般来说,覆铜板用各种电子布都采用平纹组织。
2.2 喷气织机的技术特性
当前,电子布采用喷气织机生产。当代的喷气织机转速已达到600~750r/min,能生产出张力均匀、布面平整、无断头和毛羽的高质量电子胚布,并且能保持很高的织造效率。电子坯布的卷装长度通常为2000m/卷,最高已达到4000m/卷。具体的技术特性如下:
1. 采用电子送经、电子卷取,实现积极送经卷取,稳定经纱张力。
2. 使用光电式双探纬器,既能探测缺纬、松纬,又能探测超越探测器的断纬,从而减少纬向疵点(对于极少发生断纬的玻璃纤维织物只需一个探纬器)。
3. 采用电子控制储纬器,以稳定纬纱张力。主喷嘴喷出的纬纱经辅喷接力引纬,再经末端拉伸喷嘴的最后吸引,减少了纬缩和纬纱解捻疵点。
4. 采用定位停车、定位开车及刹车角的有效控制,并有一梭、倒转等功能,有效地防止了开关车的稀密路疵点。
5. 使用自动对梭口装置和防止开车痕装置,使织物纬向疵点大为减少。
2.3 电子布后处理
为了改善并进一步提高电子布的物化性能及其制品的加工性能,需要对电子坯布进行后处理。包括加热,清除原丝在拉制过程中所涂敷的拉丝浸润剂,以及纱支在浆纱过程中所涂敷的浆料,并对坯布表面浸渍一层偶联剂。这个过程被称为热-化学处理(简称“后处理”)。电子布的后处理过程包括连续热处理、分批热处理及表面化学处理3个部分。
(1) 连续热处理
连续热处理又称预脱浆。坯布的连续热处理是在连续热处理机组(以下称KH机组)上完成的。机组的核心部分是高温脱浆炉,为保持连续运行,机组由多个单元组成,主要有供布机、喂入和送出装置、卷取装置。供布机处附有换卷接布用烫接装置,为了能在连续运行中换卷接布,在喂布段和送布段都配置了储布装置。
坯布卷固定在供布机上,供布机送出的布由喂布罗拉喂入储布架,从喂入段储布架引出的布经导辊进入高温脱浆炉。坯布上的有机物在高温炉内迅速分解、炭化,挥发物随烟气排出。由于玻璃布在高温炉内流经时间较短,尚有部分未能完全炭化的有机物仍残留于布上,因此,出高温炉的预脱浆布(又称“KH布”)呈茶褐色。KH布在导辊引导下进入送布段储布架,然后由送布罗拉送入卷取装置,卷绕到分批热处理用的带孔钢管上。
经纱上浆后织成的坯布一般有机物含量在1.7%~5.0%之间,布的品种因规格和上浆率而有很大差别。连续热脱浆的目的是除去布上的大部分有机物,使有机物残留量(简称为残脂量)降低到0.5%以下。连续热处理的工艺关键是掌握好处理的温度和时间,对于KH机组而言,关键则是正确设定和控制高温脱浆炉的炉温和运行速度。
由于加热方式、加热原理和炉膛结构不同,不同的KH机组炉温的设定要求会有差别。同一机组采用不同的运行速度时,炉温的设定也需有变化。
当运行速度提高时,为保证脱浆效果,需要适当提高炉温,但炉温不宜过高,因为炉温越高电子布的强损失越大。一般而言,电子布的处理温度以不高于450℃为宜,炉温和运行速度设定和调整的目标就是达到工艺要求的有机物残留量指标,而尽量减少强度损失。准确的残脂量值应该取样品送试验室测试得到。有经验者通过对KH布色泽的观察也能大致判断处理效果。
连续热处理炉加热温度较高,一般常采用电作能源,这种加热炉俗称电炉。只要把合适的电阻元件接入电网,就能将电能转化为热能,从而进行加热。并且只要改变线路的电气参数,就可以达到调节功率、控制温度的目的,所以电炉结构简单,检修方便,温度控制简便可靠,它的热效率也较高,可达50%~80%,因此,电热是目前较为理想的玻璃纤维织物连续热处理炉用热源,为国内大多数玻璃纤维厂所采用。
煤气、液化石油气也可以用作热处理炉热源,主要因为其热值较高,比较经济,但是它们的燃烧温度不易控制,机构复杂,一般连续热处理炉不采用燃气方式。
(2) 分批热处理
分批热处理又称热脱浆(国外简称“BH”),其任务是完全除去电子布上残存的有机物,使电子布残脂量达到0.05%以下,而同时尽可能减少布的强度损失。
分批热处理的工艺流程是,坯布经预脱浆后,卷绕在带孔不锈钢管上,放在专用的钢制托布架上,推入BH炉内进行焖烧。
坯布上残留的有机物,在炉内继续被分解、炭化,其挥发物通过循环气引导被排出炉外。坯布在炉内的处理时间,可根据坯布的品种、规格及其在KH炉处理后有机物残留量的多少而确定。达到设定时间后,BH炉会自动停止运行。此时,可打开炉门散热,待布面温度降到手感不烫后,则可从托布架上取下,运到表面化学处理炉待处理。由于坯布上残留的有机物在BH炉内被彻底分解、炭化,所以经BH炉处理后的坯布颜色表面呈纯白色。该工序的工艺要求是,正确设定温度曲线并严格控制处理时间,使坯布有机物残留量控制在0.05%以下,并保证坯布达到规定的抗拉强度。 分批热处理的工艺关键是掌握好处理温度和处理时间。对于高温烘炉而言,关键在于设定炉温、升温时间和保温时间,这些参数应根据电子布的品种规格,布上有机物含量和KH工艺状况而定,并与烘炉的构造和热工原理有关。
常常先凭经验设定初始参数,再通过反复试验和调整确定最宜参数。炉温一般以不超过400℃为宜,处理时间需40~60h。温度过高,电子布强度损失过大,处理时间太短,则布卷内部又可能脱浆不尽。实践认为设定炉温稍低而处理时间稍长,对保证电子布质量更为有利,可以达到残脂量较低而保留强度较高的效果。
分批热处理炉是一个密闭的高温烘焙炉,可以使用液化石油气或煤气、天然气作热源,也可以采用燃油作为热源,不同的热源需配置不同的燃烧装置,但是对于分批热处理炉来说,由于处理时间较长,热处理炉是全封闭的,采用热风循环加热式。
如果采用电热,耗电就相当厉害,成本很高。卷绕在带孔钢管上的KH布卷放置在专用的钢制托布架上送放BH炉中,装满一炉后关闭炉门,点火升温,达到设定温度后再保温数10h。KH布上的残存有机物在BH炉内被氧化,其生成物游离出来,在循环热风引导下排出炉外。当达到设定时间时自动停机,此时可开启炉门,待稍稍降温后取出托布架,完成该批布的热脱浆过程。
(3) 表面化学处理
电子坯布的表面化学处理是在表面处理机组上完成的,表面处理机组(FN机组),经过表面化学处理的电子坯布简称 FN布。表面化学处理机组是由多单元装置组成的连续处理机组,它的核心部分是处理液浸渍装置和烘干装置。
处理液浸渍装置是可升降的,而浸渍辊是固定的,当布的运行速度确定后、通过调节浸渍槽的上下位置和槽内的液面高度来调整布的浸渍时间。浸渍了处理液的电子布离开处理液后,通过一对橡胶挤压罗拉挤轧,以增进处理液的渗透,驱除布中的气泡,去除多余的处理液。挤压罗拉的材质和硬度、挤压压力也是决定电子布上处理剂含量和浸渍质量的重要参数。一般电子布通过挤压罗拉后布上的处理液含量控制在20%~30%范围内。
处理液中99%左右是水分,因而经过挤压罗拉引出的电子布还含有大量水分,需要通过烘炉除去。烘炉的加热原理和炉型结构不同,烘干效果也有差别,一般以温度不超过170℃为原则,以烘焙后布的含水率不大于0.1%为目标进行调整和控制。因为温度过高会影响偶联剂的效果,含水率过高则将会影响布的应用性能。表面化学处理的关键质量指标是有机物含量。由于经过分批热处理后的BH布还有0.05%以下的有机物残油量,因此,一般试验测得的FN布有机物含量包括后处理剂含量和原有机物残留量,经过表面化学处理的FN布按IPC标准规定有机物含量应在0.05%~0.25% 范围内。
20世纪80年代以来,世界电子工业迅速发展,对电子布也不断提出更高的要求。为满足电子工业的新要求,电子布生产厂家不但研究开发了新偶联剂和添加剂等多种化学处理新技术,而且还研究开发了一些与化学处理相结合的新处理方法,如高压水流喷射法等。日本研制成功的这种新型电子布被称为SP布。SP布的处理原理是利用高压水流喷射,使经纱与纬纱暴露在布面部分的纤维均匀散开成为扁平状,又称之为“开纤”布。
另有一种物理加工法,该加工法的目的与开纤布相同,不同的是它利用机械刮擦的方法达到开纤效果。据称,该方法可以达到类似于SP布的效果,不需要高压水喷射系统和挤压烘干装置,可以组合在表面化学处理机组内,也可组合在验布机上,处理成本较低。再有一种热清洗过烧法,该法在热清洗过程中采用比普通工艺更高的温度或更长的时间对玻璃布进行过烧处理,以适当降低布的拉伸强度,使布脆化,从而提高布的钻孔加工性,改善孔壁质量。经过烧处理的玻璃布称过烧布或脆化布。
总之,电子工业已成为我国国民经济支柱产业,而电子级玻纤又是电子工业进一步发展及科技进步不可缺少的新型工程材料与优质结构材料,所以市场前景会越来越好。但是,作为电子级玻纤生产厂家不仅要提高电子级玻纤系列产品的数量,更要不断改善产品质量,增加产品规格,扩大产品品种,为使我国不仅是世界玻纤生产大国,而是技术强国而贡献力量!