Hur ska mitt lands glasfiberpappersindustri göra genombrott och strategiska planer för framtiden?

Under de senaste åren, med ekonomisk utveckling och sociala framsteg, har efterfrågan på nya material i både industriell produktion och det dagliga livet kontinuerligt ökat, både när det gäller variation och funktionalitet. Inom pappersindustrin har också utbudet av råvaror för specialpapper breddats. Glasfiber, som en typisk representant för oorganiska fibrer, har gradvis väckt stor uppmärksamhet inom pappersindustrin på grund av dess unika egenskaper jämfört med växtfibrer och andra syntetiska fibrer, och blivit en ny råvara för att utveckla och producera specialpappersprodukter.

1. Egenskaper hos glasfiber

Glasfiber är en ny typ av funktionellt och strukturellt material bland oorganiska icke-metalliska material. Dess huvudkomponent är kiseldioxid, och den innehåller också oxider av många andra makronäringsämnen, såsom kalcium, bor, natrium, kalium och aluminium. För närvarande är de huvudsakliga tillverkningsmetoderna för glasfiber degelmetoden och tankugnsmetoden. Vanligtvis har glasfiber ett transparent och slätt cylindriskt utseende med ett perfekt cirkulärt- tvärsnitt. Dess densitet är vanligtvis runt 2,50–2,70 g/cm³, främst beroende på glasets sammansättning. Draghållfastheten hos glasfiber överstiger vida den för andra naturfibrer, syntetiska fibrer och olika legeringsmaterial, medan dess vattenabsorption är mycket lägre än för naturliga och konstgjorda fibrer. Glasfiber har också hög värmebeständighet, med en mjukningstemperatur på 550–750 grader. Den uppvisar också utmärkt elektrisk isolering och dielektriska egenskaper, vilket gör den lämplig för olika isoleringsmaterial, radomer, etc. Dessutom tillåter dess utmärkta ljudisolerings- och absorptionsegenskaper att dess produkter kan användas i olika akustiska enheter. Glasfiber är dock ett sprött material med mycket låg brottöjning, vilket resulterar i relativt låg flexibilitet eller hög sprödhet – en nyckelegenskap.

Glasfiberkan klassificeras enligt dess alkalihalt i alkali-fri fiber (vanligen känd som E-glas), medium-alkalifiber, hög-alkalifiber och specialglasfiber. De tre första typerna används ofta inom pappersindustrin. Alkali-fri glasfiber är lämplig för epoxikoppar-beklädda laminat och elektriska isoleringsprodukter; medium-alkaliglasfiber är lämplig för kontinuerlig maskindrift eller handläggning- för att producera ark, rör, tankar, kärl, badkar, etc.; hög-alkalisk glasfiber är lämplig för batteriseparatorer, vattentätningsmaterial för tak, etc.

2. Tillverkning av glasfiberpapper

2.1 Formningsprocess av glasfiberpapper

Glasfiber-baserade tunna funktionella material framställda genom våt papperstillverkning kan också kallas glasfiberpapper. Tillverkningsprocessen för detta papper skiljer sig något från vanlig papperstillverkning. Den använder glasfibrer, som lossas lätt, och bindemedel tillsätts eller lite kemisk trämassa. Den formas sedan på en pappersmaskin för fyradrinier eller cylinder. Kiselgel eller kolloidal aluminiumoxid kan också tillsättas för att förbättra styrkan hos det färdiga papperet. Vanligtvis kräver inte glasfiberpapper massatillverkning under produktionen; endast spridning behövs. På grund av glasfibrernas relativt spröda natur krävs vanligtvis inte pressning efter formning av papperet.

Under ett mikroskop liknar glasfibrer glasstavar; varje fiber är styv, smal och har ett stort förhållande mellan längd-till-bredd. Ytan på dessa fibrer bär också en elektrisk laddning. Därför, före papperstillverkning, när massan förbereds, trasslar fibrerna lätt ihop sig och bildar ett stort antal svår-att-fiberklumpar. Även efter en kort period av sedimentering sker flockning, vilket påverkar likformigheten hos glasfiberpapperet. För att säkerställa god dispergering av glasfiberslurryn under papperstillverkning kan följande åtgärder i allmänhet vidtas: (1) Justera suspensionens pH med utspädd syra, vanligtvis är pH =2.5~3,0 lämpligt; (2) Minska uppslamningskoncentrationen till ca 0,2%; (3) Förbättra vätningsförhållandet på glasfiberytan med hjälp av dispergeringsmedel eller andra kemikalier; (4) Justera bakvattencirkulationssystemet.

Glasfiber har en slät yta, ingen fibersprickning och inga -OH-grupper som kan bilda vätebindningar på fiberytan. Därför kan det inte naturligt generera styrka i papperet under formning och torkning. För att säkerställa att glasfibern stadigt kan sammanvävas med de blandade fibrerna under papperstillverkning, förbehandlas glasfibern ofta, eller så sprutas eller impregneras den formade pappersbanan med lim. Förbehandlingens huvudsakliga funktion är att ge glasfiberpapperet god likformighet, jämn tjocklek och inga utstickande fiberkluster på ytan. Efter-behandling som sprutning eller impregnering ger främst bättre styrka eller andra speciella egenskaper till papperet. Liao He et al. studerat olika fysikaliska och kemiska metoder för ytbehandling av glasfibrer, och samtidigt förstärkt glasfiberpapper genom tillsats av syra, massa växtfibrer och förstärkningsmedel. Tillsatsen av massa växtfibrer och förstärkningsmedel stärkte glasfiberpapperet avsevärt. Luo Guo et al. utforskade prestanda hos glasfiber- och växtfiberblandningar och härledde det optimala förhållandet mellan koncentrationen av behandlingsmedlet, blandningsförhållandet för glasfibrer och de fysikaliska egenskaperna hos det färdiga papperet.

2.2 Torkningsprocess för glasfiberpapper

Eftersom glasfibrer är spröda och ömtåliga, genomgår glasfiberpapper sällan en pressningsprocess. Detta resulterar i att en våt pappersbana med en stor mängd fukt kommer in i torkningsprocessen. För att komma till rätta med problemet med hög fukthalt under torkning, används vakuumsugning vanligtvis för att avlägsna lite fukt innan den våta pappersbanan går in i torkningsprocessen.

För att förbättra styrkan eller möta andra speciella applikationsprestandakrav kräver glasfiberpapper ofta tillsats av bindemedel under papperstillverkningsprocessen eller hartsimpregnering efter formning, vilket gör sammansättningen av den våta pappersbanan mer komplex. För att avlägsna en stor mängd fukt från glasfiberpapper på kort tid och samtidigt säkerställa ett jämnt, starkt papper med jämn fördelning och hög retention av bindemedel eller hartser krävs speciella torkmetoder. Mikrovågstorkning och varmluftstorkning är två vanliga metoder för torkning av glasfiberpapper.

Mikrovågstorkning kan snabbt uppnå en viss grad av torrhet i den våta pappersbanan. Detta beror på att temperaturgradienten och fuktgradienten under mikrovågstorkning är i samma riktning, vilket resulterar i konsekvent värme- och massöverföring. Detta främjar snabb avdunstning av fukt i glasfiberpapperet, vilket skapar en inre tryckgradient som gör att fukt snabbt diffunderar till ytan och avdunstar, vilket avsevärt förkortar torktiden. Det är dock viktigt att notera att mikrovågs torktiden inte bör vara för lång, vanligtvis inom 30 sekunder, eftersom långvarig exponering för mikrovågor kan orsaka papperskrympning och deformation, vilket leder till ytrynkor och påverkar kvaliteten på det färdiga papperet. Glasfiber är hydrofobt, och det resulterande papperet är poröst och en dålig värmeledare. Baserat på de faktiska förhållandena för glasfiberpapper, med fördel av dess låga luftgenomsläpplighetsbeständighet, tillåts varm luft penetrera pappersbanan och direkt komma i kontakt med fukten som adsorberas på ytan av glasfiberpapperet. Den varma luften, vid en viss hastighet, sänker ångpartialtrycket vid gränsytan, vilket underlättar fuktavdunstning. Den varma luften för omedelbart bort den förångade fukten, och det finns inget mättat ångskikt vid gränsytan som hindrar fuktavdunstning; detta är känt som "penetrationstorkning", vilket resulterar i hög torkningseffektivitet. Valet av varmluftstemperatur är också extremt viktigt under varmluftstorkning. För att säkerställa optimal effekt av olika bindemedel eller armeringshartser varierar torktemperaturen för olika typer av glasfiberpapper. I allmänhet är torktemperaturen för glasfiberpapper inte lägre än 130 grader, och vissa kräver till och med 180-200 grader.

3. Vanliga glasfiberpapper

Glasfibermatta, även känd som glasfiberpapper, är gjord av korta trådar av glasfiberfilament slumpmässigt och jämnt fördelade i kontinuerliga glasfiberark med hjälp av en papperstillverkningsprocess och sedan sammanfogade med en emulsion.

3.1 Ultrafint glasfiberfilterpapper

Ultrafint glasfiberfilterpapper är en ny typ av högteknologiskt filterpapper{{0}. Till skillnad från vanligt filterpapper som huvudsakligen är tillverkat av växtfibrer, är filterpapper av glasfiber ett specialpapper som huvudsakligen tillverkas av ultra-fina glasfibrer med hjälp av en speciell papperstillverkningsprocess och efterföljande bearbetning. Det används främst för luftrening. Glasfiberfilterpapper har bra isotropi, jämn porstorleksfördelning, liten ytviktsavvikelse, värmebeständighet, flamskydd, vattenbeständighet och hög smuts-hållningsförmåga.

Luftfilterpapper av glasfiber tillverkas huvudsakligen av glasfibrer med en våt-formningsprocess, vilket gör det till ett idealiskt luftfiltreringsmaterial. Produkterna kategoriseras i tre huvudserier baserade på filtreringseffektivitet: ventilation (ASHRAE); medel och hög effektivitet (HEPA); och ultra-hög effektivitet (ULPA). Allmän ventilation glasfiberfilterpapper och medeleffektivt luftglasfiberfilterpapper används huvudsakligen i allmänna luftkonditioneringssystem, gasturbiner och luftkompressorer. Denna typ av glasfiberfilterpapper framställs genom att behandla fiberytan med kemiska tillsatser och kombinera exakt massaformulering. De resulterande produkterna uppvisar hög effektivitet, lågt motstånd och vikningsmotstånd. Speciellt vid lågt motstånd kan filtreringseffektiviteten nå 60 %–95 %, och den har också en viss grad av vattenbeständighet, vilket gör den lämplig för miljöer med hög-fuktighet. Högeffektivt luftfilterpapper för partikelluft (HEPA) används huvudsakligen i renrum eller arbetsbänkar från klass 10 000 till klass 100 000, kärnkraftverks avgassystem,{16} avancerade hushållsdammsugare, luftrenare och andningsskydd. Denna produkt har utmärkt fukt- och vattenbeständighet, med en filtreringseffektivitet på 99,9 % till 99,9999 %. Ultra-hög-effektiv partikelluft (UHEPA) luftfilterpapper används främst i spånfabriker och klass 100, klass 10 och klass 1 renrum.

Vanligt växtfiberfilterpapper har en filtreringseffektivitet på endast 16 % till 87 %, med en bästa permeabilitet på 13 %. Däremot har ultra-fint glasfiberfilterpapper en filtreringseffektivitet på 99,99995 % och en permeabilitet på 0,00005 %. Därför är filtreringseffektiviteten hos ultra-filterpapper av glasfiber exceptionellt hög.

3.2 Glasfiberbatteriseparatorpapper

Separatorpapper av glasfiber består av ultra-fina glasfibrer med en diameter på 0,5 till 4 μm som inte innehåller några organiska bindemedel. Det okomprimerade glasfiberpapperet, som produceras genom papperstillverkningsprocessen, har en flerskiktad filt-liknande struktur bildad av slumpmässigt anordnade glasfibrer som skapar relativt små, högt-momentfria kanaler. Denna separator uppvisar avsevärt överlägsen prestanda jämfört med vanliga batteriseparatorer i många aspekter, såsom hög vätskeabsorptionskapacitet, snabb vätskeabsorptionshastighet, god hydrofilicitet, absorption och retention av elektrolyten som krävs för batteriets nominella kapacitet, och bibehållande av dess höga vätskeabsorptionshastighet under hela dess livslängd. Samtidigt har glasfiberseparatorer en stor yta, hög porositet, liten porstorlek, hög kemisk renhet och få skadliga föroreningar, som uppvisar utmärkt syrabeständighet och oxidationsbeständighet. Besläktade patent beskriver användningen av glasfiberkompositmaterial som substrat för batteriseparatorpapper, vilket till fullo utnyttjar glasfiberns korrosionsbeständighet och den goda porstorleken hos glasfibersubstratet, vilket möjliggör riklig elektrolytgenomträngning.

Prestanda hos glasfiberseparatorpapper är nära relaterat till egenskaperna hos själva glasfibern. Ultrafina glasfibrer har små diametrar, stora ytareor och hög vätbarhet, vilket resulterar i en hög vätskeabsorptionshastighet och liten porstorlek i separatorn, vilket ger starkt motstånd mot dendritpenetration. Detta ökar dock också resistiviteten, vilket gör det nödvändigt att välja en optimal kombination. Längden på glasfibrerna påverkar också separatorns prestanda; alltför långa fibrer är svåra att sprida och kan flocka sig, vilket leder till en ojämn separator. Om membranet är för kort, förbättras membranets enhetlighet, men hållfastheten är låg; därför bör ett optimalt längdområde väljas.

3.3 Glasfiberkopparbelagt laminatpapper

Glasfiberkopparbeklädda laminatpapper används huvudsakligen som substrat för kopparklädda laminat. Den har ett enhetligt utseende, utmärkta elektriska egenskaper, värmebeständighet, lösningsmedelsbeständighet och utmärkt kompatibilitet med epoxiharts. Kopparklädda laminat tillverkade med glasfiberpapper kan uppnå prestandanivåer jämförbara med glastygslaminat, vilket gör dem lämpliga för industriella elektroniska produkter. Speciellt glasfiberpappers överlägsna egenskaper efter-bearbetning gör det ännu mer populärt på marknaden. Impregnering med epoxiharts är en avgörande process vid tillverkning av glasfiberkopparbeklädda laminatpapper. Impregneringen innefattar två steg: för det första ansamlas hartset på ytan av glasfiberpapperet med en viss grad av torrhet; sedan flyter hartset som samlats på pappersytan gradvis mot glasfibrerna. Limningsprocessen involverar inträngning av limningslösningen i glasfiberpapperet, och tränger undan fukt från den våta pappersbanan. Penetreringsprocessen har en betydande inverkan på limningsegenskaperna. Experiment har visat att penetrationshastigheten är omvänt proportionell mot fibertjocklekens kub; därför är ökning av limningslösningens penetrationshastighet in i glasfiberpapperet den grundläggande metoden för att förbättra limningseffekten. Den "vacuumassisterade storleksmetoden" är för närvarande en relativt avancerad teknik. Kärnan i denna metod ligger i den speciella utrustning som används i för{12}}impregneringsstadiet. Dess princip är: under förimpregnering används vakuumsug för att snabbt penetrera limningslösningen från glasfiberpapprets yta in i papperet, samtidigt som luftbubblor avlägsnas från limningslösningen och fibrerna.

4. Utveckling av nytt glasfiberpapper

Glasfiber kombineras med barrträfiber, där glasfibern fungerar som ett skelett för att förbättra det färdiga papperets hållfasthetsegenskaper. Experiment har visat att tillsats av 10 % glasfiber till barrvedsmassa avsevärt kan förbättra hållfastheten hos papperet. Papper av hög-kvalitet uppvisar utmärkt drag- och rivhållfasthet. Ytterligare bearbetning, såsom limsprutning, impregnering och flerskiktslaminering, gör att det kan användas som byggfyllmaterial.

Glasfiberpapper har goda ljudabsorberande egenskaper. Att belägga ytan på basglasfiberpapperet med pigment, lim, flamskyddsmedel och kopplingsmedel, följt av torkning och härdning, gör att det kan användas som ett ljud-isolerande och flamskyddande material i byggnadsväggar och inredning. Färgat glasfiberpapper ger också förbättrade dekorativa egenskaper. Forskning har funnit att genom att förbättra Johns On-Allard-modellen kan den ljudabsorberande effekten av glasfiberpappersmattor med olika porositeter och till och med olika fiberlängder mätas.

Ett japanskt företag har framgångsrikt utvecklat ett glasfiberpapper med hjälp av en papperstillverkningsprocess som kan användas som tätningsmaterial i bilar och industriell utrustning. Detta papper är sammansatt av kalciumkarbonatwhiskers med diametrar på 6 μm och 0,16 μm. Består av μm glasfibrer, sepiolit, cellulosamassa, etc., och förstärkt med styren-butadiengummi och flockningsmedel.

Ett annat japanskt företag har utvecklat ett poröst glasfiberarmerat plaströr med en våt papperstillverkningsprocess. Produktionsprocessen går ut på att sprida hackade glasfibrer i harts-innehållande vatten, dehydratisera dem till ark, linda dem på ett rör, föra in det i en cylindrisk form, värma det för att expandera och sedan använda det för att erhålla ett poröst glasfiberarmerat plaströr. Detta glasfiberarmerade plaströr uppvisar utmärkta hållfasthetsegenskaper och kan användas inom konstruktion, filtrering och andra områden.

Glasfiberarmerade golvskikt kan effektivt förhindra att golvet spricker eller krymper under användning. Det formade glaset... Efter att ha skurits till ark binds glasfiberpapper samman med ett polymerlim. I praktiska tillämpningar ökar glasfiberpapperet styrkan, hårdheten och styvheten hos golvskiktet, medan polymerlimmet har en viss grad av elasticitet, vilket förhindrar deformation orsakad av termisk expansion och sammandragning. Detta gör det till ett nytt och idealiskt golvmaterial.

Ett amerikanskt patent avslöjar en metod för att använda fiberglaspapper-gipsskivor för att stödja dekoration av husgolv eller tak. Detta glasfiberpapper tillverkas genom att blanda glasfibrer med en genomsnittlig diameter på 8–17 μm och andra konstgjorda fibrer med en diameter på mindre än 5,5 μm, med glasfibern som krävs för att stå för mer än 30 % av den totala produktmassan.

Glimmer är ett viktigt icke-metalliskt mineral. Med hjälp av massa- och papperstillverkningsteknik kan glimmerfragment användas som råmaterial för att producera olika... Olika typer av glimmerpapper finns tillgängliga. För närvarande producerat glimmerpapper har dock generellt låg styrka, vilket gör det svårt att anpassa sig till hög-applikationsmiljöer. Patent har visat användningen av aramidutfällda fibrer, korta aramidfibrer eller tillsats av bulkfibrer mellan lager av pulveriserat glimmerpapper för att förstärka det. Glasfiber i sig har höga isoleringsegenskaper och hög hållfasthet, vilket gör det till ett utmärkt förstärkningsmaterial och ett potentiellt substitut för aramidfibrer. Forskning bedrivs om dess förstärkande effekt på glimmerpapper.

5. Sammanfattning och Outlook

Under det senaste decenniet har mitt lands glasfiberindustri utvecklats snabbt, och Kina har konsekvent behållit sin position som världens största producent och användare av glasfiber. Användningen av glasfiber i papperstillverkningsindustrin har gradvis vunnit popularitet med den snabba utvecklingen av glasfiberindustrin. Detta har fått stor uppmärksamhet från allmänheten. mitt lands "12:e fem-årsplan" för utvecklingen av glasfiberindustrin betonar specifikt behovet av att kraftfullt utveckla användningsområdena för glasfiberprodukter, och kontinuerligt utöka användningsområdet för glasfiber, särskilt inom områden som brandmotstånd, värmebeständighet och förstärkning. Planen kräver att olika former av produkter utvecklas för att underlätta användningen, att i grunden förbättra kvaliteten på glasfiberindustrin genom att utöka applikationsmarknaden samt bredda och fördjupa applikationsområdena. Detta kommer att underlätta kopplingen mellan glasfiberföretag och nedströmsindustrier, vilket främjar utvecklingen och tillväxten av glasfiberindustrikedjan. Detta ställer högre krav på utveckling och kvalitetsoptimering av glasfiberpapperstyper.

Att funktionellt utnyttja glasfiberns inneboende egenskaper och utforska dess kombination med olika papperstillverkningsråmaterial kommer att göra det möjligt för den att nå större framgång i specialpappersprodukter.