유리섬유의 응용 및 준비 기술에 대해 잘 알고 계십니까?
기술이 지속적으로 발전함에 따라 사람들은 재료 성능에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다.유리 섬유는 중요한 복합재료 보강재로서 높은 모듈러스, 경량성, 내방사선성 등의 우수한 특성으로 인해 항공우주, 자동차, 건설, 전자 등 고급 장비 제조 분야에서 널리 사용되어 왔습니다.{0}} 유리섬유의 제조기술과 응용을 이해하는 것은 관련 산업의 발전을 촉진하는데 있어서 큰 의미가 있습니다.
1. 유리섬유 원료
유리섬유는 고성능 무기 비금속 재료로 주로 SiO2, Al2O3, CaO, MgO로 이루어져 있으며 섬유 구성의 약 90%를 차지합니다. 주로 납석, 고령토, 석영모래, 석회석, 백운석, 붕방석, 붕마그네사이트 등 천연광물 원료로 구성되어 있습니다. 이러한 광물 원료를 특정 배합에 따라 광석 분말로 분쇄한 후 붕산, 소다회 등 화학 원료와 혼합한 후 탱크로에서 고온 용해 및 섬유 연신 등의 공정을 거쳐 제조됩니다.-
유리섬유 생산 원가 구성 측면에서 납석, 석영모래, 석회석 및 기타 광물 원료가 원가의 약 21.7%를 차지하며, 납석은 약 3분의 1-을 차지하고 석영사와 석회석도 함께 일정 비율을 차지합니다.
1.1 피로필라이트
피로필라이트는 2:1 결정 구조와 화학식 Al2[Si4O10](OH)2를 갖는 층상 알루미노실리케이트 점토 광물입니다. 유리섬유에 납석을 사용하는 주요 목적은 Al2O3를 도입하여 알루미늄 분말을 대체하여 비용을 절감하고 유리섬유의 기계적 강도를 향상시키는 것입니다. Al2O3 질량 분율이 16%-22%인 중간-알루미늄 납석이 선호됩니다. 지나치게 높거나 낮은 Al2O3 질량 분율은 생산 공정에 큰 영향을 미칩니다.
1.2 고령토
고령토는 유리섬유 생산에 주로 SiO2와 Al2O3를 제공합니다. 유럽과 미국의 유리섬유 회사는 주로 납석 대신 선별된 고품질 카올린을 유리섬유 원료로 사용합니다.{4}} 우리나라의 카올린은 크게 석탄-계 카올린과 비-석탄-카올린으로 구분됩니다. SiO2 및 Al2O3 함량이 유리섬유 원료 요건을 충족하는 경질 카올린은 자력선별, 부유선광 등의 선광기술을 통해 Fe2O3 및 TiO2 함량을 저감시키고 하소를 통해 COD 값을 낮춰 안정적이고 고품질의 유리섬유 생산 원료로 사용할 수 있습니다.
1.3 석영 모래
규사라고도 알려진 석영 모래는 주로 이산화규소로 구성되어 있으며 유리, 전자 제품, 전기 제품을 포함한 거의 100가지 산업 제품의 중요한 원료입니다. 우리나라는 천연 수정, 석영 사암, 규암, 분말 석영, 정맥 석영, 천연 석영 모래 및 화강암 페그마타이트 석영을 포함하여 풍부한 석영 자원을 보유하고 있습니다.
석영사는 대부분의 성 및 지역에 분포하지만 그 자원은 분산되어 있으며 주로 중소{0}}지역에서 생산됩니다. 국내 주요 석영사 생산 지역은 다음과 같습니다: 장쑤성의 둥하이(Donghai)와 신이(Xinyi); 후베이성 치춘(Qichun); 안후이성(Anhui Province)의 풍양(Fengyang)과 방부(Bengbu); 광둥성 허위안(Heyuan); 신장 성의 준둥(Zhundong); 산둥성 이난(Yinan); 허베이 성의 Lingshou.
1.4 화학 원료
유리섬유 생산에 사용되는 주요 화학원료로는 사이징제 제조에 사용되는 붕산, 소다회 등이 있습니다. 유리 섬유 생산에서 사이징제는 섬유 모노필라멘트를 필라멘트에 효과적으로 결합시키고 풀림 중에 필라멘트 간 접착을 방지합니다.- 또한 다양한 제조 단계에서 섬유가 마모되지 않도록 보호합니다. 성형 제품의 다양한 공정 요구사항에 따라 사이징제는 섬유에 묶음성, 절단성, 분산성과 같은 특정 특성을 부여하고 섬유와 수지 매트릭스 사이의 상용성과 접착성을 향상시킬 수 있습니다.
2. 유리섬유 제조기술
2.1 탱크로 드로잉 방법
탱크로 연신법은 현재 유리섬유 생산의 주요 방법이다. 이 방법은 고온의 용광로에서 유리 원료를 용융 유리로 녹인 후, 다공성 다공판을 통해 용융 유리를 얇은 필라멘트로 끌어당기는 방식입니다. 탱크로 연신 공법은 높은 생산 효율, 안정적인 제품 품질, 저렴한 비용 등의 장점을 갖고 있으며 우리나라의 주요 유리섬유 제조 기술이다.
2.1.1 원료 준비
유리섬유의 주요 원료로는 납석, 희토류 원소, 석영사, 석회석, 백운석, 붕방석, 붕마그네시아 등이 있습니다. 이러한 원료는 순도와 품질을 보장하기 위해 엄격한 선별 및 가공이 필요합니다.
2.1.2 용융과정
원료를 일정 비율로 혼합한 후 용광로에 넣어 용해합니다. 퍼니스 온도는 일반적으로 1500도에서 1600도 사이입니다. 용융된 유리의 균일성을 보장하기 위해 용융 공정 중에 지속적인 교반이 필요합니다.
2.1.3 섬유 인발 공정
섬유 연신 공정은 유리 섬유 생산의 중요한 단계로 최종 섬유의 물리적 특성, 기계적 특성 및 생산 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다. 용융된 유리가 용광로 밖으로 흘러나온 후 천공된 스텐실을 통해 미세한 필라멘트로 끌어 당겨집니다. 스텐실의 구멍과 구멍 수는 필요한 직경과 유리 섬유의 출력에 따라 선택됩니다. 유리 섬유의 품질을 보장하려면 섬유 연신 공정 중에 온도, 속도 및 기타 매개변수를 주의 깊게 제어해야 합니다. 가공 중 회전 속도는 유리 섬유 길이에 가장 큰 영향을 미치며, 그 다음으로 슬러리 질량 분율과 가공 시간이 영향을 미치며 상대적으로 밀접한 영향을 미칩니다.
2.1.4 비틀림 과정
유리 섬유 생산의 비틀림 공정은 최종 섬유 제품의 기계적 특성과 공정 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 원시 필라멘트는 초기 연사 장치로 처리된 후 후속 직조 공정을 용이하게 하기 위해 단일 가닥에서 낮은- 꼬임 특성을 달성해야 합니다. 그러므로, 꼬임, 장력, 권취 속도를 포함한 초기 연사 변수의 정밀한 제어는 완성된 원사가 요구되는 낮은{3}}꼬임 특성을 갖도록 보장하는 데 필요합니다.
2.2 도가니 그리기 방법
도가니 연신법은 유리섬유를 제조하는 전통적인 방법이다. 유리 원료를 도가니에 넣고 고온에서 녹여 용융유리로 만든 후, 수동 또는 기계적으로 용융유리를 미세한 필라멘트로 끌어당기는 방식이다. 도가니 연신 공법은 장비가 간단하고 투자 비용이 저렴하다는 장점이 있으나, 생산 효율이 낮고 제품 품질이 불안정하여 대규모 유리섬유 제조업체에서 단계적으로 퇴출시키는 경우가 많습니다-.
2.2.1 원료 준비
탱크로 인발 방법과 마찬가지로 도가니 인발 방법의 원료도 엄격한 선별 및 가공이 필요합니다. 납석, 석영사, 석회석, 붕규산, 소다회 및 기타 광물 원료를 일정 비율로 혼합하여 배치를 준비해야 합니다.
2.2.2 용융과정
위의 원료를 도가니에 넣고 고온의-로에서 녹입니다. 용융된 유리가 분리되는 것을 방지하기 위해 용융하는 동안 지속적인 교반이 필요합니다.
2.2.3 드로잉 프로세스
드로잉 과정은 수동으로 또는 기계적으로 수행할 수 있습니다. 기계적으로 끌어당겨진 용융 유리는 아래쪽 천공기에서 빠져나와 물방울을 형성합니다. 이 액적은 아래로 유도되어 고형화된 다음 함께 묶고 균일하게 회전하는 권취 드럼에 감겨 묶인 섬유를 얻습니다. 와인딩 드럼의 회전 속도는 유리 섬유의 직경을 결정합니다. 단일-구멍 천공기를 사용하면 모노필라멘트 섬유를 얻을 수 있습니다. 유리 섬유의 품질을 보장하려면 연신 공정 중에 온도, 속도 및 기타 매개변수를 주의 깊게 제어해야 합니다.
3. 유리섬유의 특성
3.1 고강도
유리섬유는 인장강도가 1000MPa 이상에 달하는 일반 유리보다 강도가 훨씬 뛰어납니다. 많은 금속을 능가하는 우수한 구조재료입니다. 이를 통해 유리 섬유는 강화 복합 재료의 더 큰 응력을 견딜 수 있어 강도와 강성이 모두 향상됩니다. 예를 들어, 자동차 제조에서 유리 섬유 강화 플라스틱은 일부 금속 부품을 대체하여 구조적 강도를 유지하면서 차량 무게를 줄일 수 있습니다.
3.2 내식성
유리 섬유는 내부식성이 뛰어나므로 산, 알칼리, 염분과 같은 열악한 환경에서-장기간 사용할 수 있습니다. 이를 통해 가혹한 조건에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있어 제품 수명이 연장됩니다. 화학 및 환경 분야에서 파이프 및 저장 탱크와 같은 유리 섬유 제품은 다양한 부식성 매체를 견딜 수 있어 생산 공정의 안전성과 안정성을 보장합니다.
3.3 우수한 단열재
유리섬유는 높은 저항률과 절연내력을 지닌 우수한 절연재입니다. 이로 인해 전선 및 케이블의 절연층 제조, 전자 부품의 봉지재 등 전기 및 전자 분야에서 널리 사용됩니다.. 3.4 내열성: 유리 섬유는 내열성이 높아 특정 온도 범위에서 안정적인 성능을 유지합니다. 일반적으로 장기-작동 온도는 200-300도에 도달할 수 있으며 단기 작동 온도는 이보다 더 높을 수도 있습니다.
항공기 엔진 및 산업용 용광로와 같은-고온 환경에서 유리 섬유 강화 복합재는 일부 금속 재료를 대체하여 고온 작업 조건의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.-
3.5 경량
유리섬유는 밀도가 약 2.5~2.7g/cm3로 강철보다 훨씬 가볍습니다. 이는 동일한 부피에 대해 유리섬유의 무게를 가벼워지게 하여 제품의 무게를 줄이고 휴대성과 운송 효율성을 향상시킵니다.
예를 들어, 항공우주 분야에서 유리섬유 강화 복합재를 사용하면 항공기 중량을 크게 줄이고, 연료 효율성을 향상시키며, 비행 성능을 향상시킬 수 있습니다.
