玻璃纤维

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。英文原名为:glass fiber 。成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺。最后形成各类产品,玻璃纤维单丝的直径从几个微米到二十几米个微米,相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ,每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单丝组成,通常作为复材料中的增强材料,电绝缘材料和绝热保温材料,电路基板等,广泛应用于国民经济各个领域。

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目录

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1 特性
2 现状前景
3 分类
4 以单丝直径分类
5 以纤维外观分类
6 以纤维特性分类
7 成分
8 产品种类
9 应用
10 产品市场

玻璃纤维 - 特性

玻璃一般人之观念为质硬易碎物体,并不适于作为结构用材但如其抽成丝后,则其强度大为增加且具有柔软性,故配合树脂赋予形状以后终于可以成为优良之结构用材。玻璃纤维随其直径变小其强度增高。作为补强材玻璃纤维具有以下之特点,这些特点使玻璃纤维之使用远较其他种类纤维来得广泛,发展速度亦遥遥领先其特性列举如下:
玻璃纤维玻璃纤维

(1)拉伸强度高,伸长

小(3%)。
(2)弹性系数高,刚性佳。
(3)弹性限度内伸长量大且拉伸强度高,故吸收冲击能量大。
(4)为无机纤维,具不燃性,耐化学性佳。
(5)吸水性小。
(6)尺度安定性,耐热性均佳。
(7)加工性佳,可作成股、束、毡、织布等不同形态之产品。
(8)透明可透过光线
(9)与树脂接着性良好之表面处理剂之开发完成。
(10)价格便宜。

玻璃纤维 - 现状前景

 

近几年,欧美复合材料产需均持续增长,中国尤其是中国内地的复合材料市场发展迅速。树脂与玻璃纤维在技术上不断进步,生产厂家的制造能力普遍提高,使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受。
玻璃纤维是非常好的金属替代材料,在建筑、船舶、化工管道、汽车、航空、风力发电等领域有着广阔的应用前景,并且其应用领域仍在不断拓展,全球市场空间巨大。
2008年以来,全世界的玻璃纤维企业对扩产计划变得更加谨慎,世界玻璃纤维生产能力增长缓慢。2010年,全球连续玻璃纤维产能为471.5万吨,预计今年为530万吨。
《中国玻璃纤维行业市场规模与竞争状况分析报告前瞻》显示,与全球市场相比,国内市场具备更大的增长潜力。2010年全国玻璃纤维累计产量256万吨,比上年同期增长近25个百分点,中国玻纤产能占世界的比重为超过50%,且池窑拉丝产量占中国全部玻纤产量的比重已经由2002年的44%上升到2010年的80%以上。
前瞻网表示,我国玻璃纤维企业经过多年的发展,产品质量已处上游水平,深加工产品比例逐年提升。中国玻璃纤维行业的领先企业毛利率在25-35%之间,明显高于国外巨头10%的毛利率。世界玻璃纤维行业长期以来一直是寡头垄断格局,中国作为新生力量,经过近几年来年均20%以上的产能增速,预计今年将占据全球60%以上的份额,成为国际玻璃纤维市场上的新寡头。
玻璃纤维是非常好的金属材料替代材料,随着市场经济的迅速发展,玻璃纤维成为建筑、交通、电子、电气、化工、冶金、环境保护、国防等行业必不可少的原材料。由于在多个领域得到广泛应用,因此,玻璃纤维日益受到人们的重视。全球玻纤生产消费大国主要是美国、欧洲、日本等发达国家,其人均玻纤消费量较高。欧洲仍然是玻璃纤维消费的最大地区,用量占全球总用量的35%。

玻璃纤维 - 分类

[1] 玻璃纤维按形态和长度,可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉;按玻璃成分,可分为无碱、耐化学、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和抗碱玻璃纤维等。
生产玻璃纤维的主要原料是:石英砂、氧化铝和叶蜡石、石灰石白云石硼酸纯碱芒硝萤石等。生产方法大致分两类:

一类是将熔融玻璃直接制成纤维

一类是将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球或棒,再以多种方式加热重熔后制成直径为3~80μm的甚细纤维。通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维,称为连续玻璃纤维,通称长纤维。通过辊筒或气流制成的非连续纤维,称为定长玻璃纤维,通称短纤维。借离心力或高速气流制成的细、短、絮状纤维,称为玻璃棉。玻璃纤维经加工,可制成多种形态的制品,如纱、无捻粗纱、短切原丝、布、带、毡、板、管等。

玻璃纤维 - 以单丝直径分类

  玻璃纤维单丝呈圆柱形,因此它的粗细可以用直径来表示。通常根据直径范围,把拉制成型的玻璃纤维分成几种(其直径值以um 为单位):
  粗纤维:其单丝直径一般为30um
  初级纤维:其单丝直径大于20um;
  中级纤维:单丝直径10-20um
  高级纤维:(亦称纺织纤维)其单丝直径3-10um。对于单丝直径小于4um的玻璃纤维又称为超细纤维。
  单丝直径不同,不仅纤维的性能有差异,而且影响到纤维的生产工艺、产量和成本。一般5-10um的纤维作为纺织制品用, 10-14um的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等较为适宜。

玻璃纤维 - 以纤维外观分类

  玻璃纤维的外观,即其形态和长度取决于它的生产方式,又与其用途有关。可分为:连续纤维(又称纺织纤维):从理论上讲,连续纤维是无限延续的纤维,主要用漏板法拉制而成,经纺织加工后,可以制成玻纱、绳、布、带、无捻粗纱等制品。

  定长纤维:其长度有限,一般在300-500mm,但有时也可较长,如在毡片中基本上是杂乱的长纤维。例如采用蒸汽吹拉法制成的长棉,拉断成毛纱后,长度也不过几百毫米。

  其它还有棒法毛纱、一次粗纱等制品,都制成毛纱或毡片使用。

  玻璃棉:也是一种定长玻璃纤维,其纤维较短,一般在150mm以下或更短。在形态上组织蓬松,类似棉絮,故又称短棉,主要作保温、吸声等用途。此外,还有短切纤维、空心纤维、玻璃纤维粉及磨细纤维等。

玻璃纤维 - 以纤维特性分类

 玻璃纤维的分类标准是由其内部组成成分决定的,不同的成分也决定玻璃纤维的用途和特性。玻璃的成分也决定了玻璃的物理化学性质及其工艺特性,同时很大程度上决定了玻璃的生产成本。因此正确的选择成分,不仅可以制备合乎物理化学性能要求的玻璃,同时也可以适当的简化生产工艺和降低生产成本。

玻璃纤维的分类

从玻璃的组成成分上大致可以分为:无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、高碱玻璃纤维、高强玻璃纤维、高模量玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维、耐碱玻璃纤维以及其他玻璃纤维

无碱玻璃纤维 E-glass

无碱玻璃纤维是指碱金属含量小于1%的铝硼硅酸盐玻璃成分。国际上通常叫“E-glass”纤维,最初研制是为了电气上的应用,现在的应用更为广泛。

E-glass Fiber 的基础为 SiO2 -Al2O3- CaO三元系统 ,其成分比例为62% SiO2 -14.7%Al2O3 -22.3%CaO 在此基础上添加了B2O3代替部分SiO2,添加MgO代替部分CaO。

现在通用的E玻璃成分大致为:

SiO2 55-57%       CaO 12-25%       Al2O3 10-17%      MgO  0-8%

无碱玻璃的融化温度在1580摄氏度,转变温度为630摄氏度以上,软化点大于800摄氏度析晶上限随成分变化而变化,在1080-1170摄氏度之间,膨胀系数比较小 50×10-7/℃,它有良好的耐水性,属一级水解类。耐酸性较差,在酸介质中往往除SiO2外所有成分会被溶蚀,恰恰是利用了此特性用来制成高硅氧玻璃纤维。

为了解决无碱纤维的耐酸性能,国外研制了ECR耐酸玻璃,目前重庆国际也有此类产品。它是通过去除或者不添加B2O3避免了SiO2和B2O3分项。该纤维的强度跟E-glass纤维相当,但是耐酸性提高了近4倍尤其是硫酸、盐酸和硝酸。

中碱玻璃纤维 C-glass

中碱玻璃纤维是钠钙硅酸盐玻璃成分,由于碱金属含量高耐水性比较差不能长期放置。其成分为 Na2O-CaO-SiO2  三元系统:

现在通用的C玻璃成分大致为:

Na2O 12-18%   CaO  6-16%  SiO2 68-82%

氧化钠和氧化钙的成分占26%时,析晶速度最慢;
氧化钠含量不宜超过13%,否则耐水性很差;
玻璃成分中添加氧化镁代替氧化钙,三氧化二氯代替二氧化硅,能降低析晶能力。
目前我国使用的C玻璃5#中碱成分:

SiO2 – 67.3%   CaO -9.5% Al2O3- 7.0% MgO- 4.2% Fe2O3- <0.5% Na2O -12.0%

C玻璃不适合电气绝缘材料,在强度要求不高的领域得到广泛应用,目前国内生产的玻璃纤维网格布(由以丹阳为主)大多使用中碱玻璃纤维。部分高硅氧玻璃纤维也可以应用C玻璃纤维做原材料,常见于铝水过滤网的应用。

高碱玻璃纤维  A-glass

高碱玻璃纤维在国内多数是用平板玻璃制备的,属于回收利用。其成分Na2O-CaO-SiO2,应用K2O代替部分Na2O是为了提高纤维的化学稳定性。其中Na2O+K2O含量高达14.5%以上,添加  Al2O3 代替部分SiO2 和以MgO代替部分CaO可以改善A玻璃的结晶性能。

高碱玻璃纤维可以用碎玻璃作为原材料进行生产,成本极低。耐水性很差,但是那酸性能很好。通常,可以用来制作耐酸性玻璃产品,比如蓄电池隔板、储酸罐以及酸性液体和气体的过滤材料。目前我国陕西依旧有部分工厂生产A玻璃。

高强玻璃纤维 S-glass

20世纪60年代美国率先研制和生产高强玻纤,称为S994。弹性拉力4200-4800MPA,弹性模量83GPA。80年代初法国宣布正式研发和投产高强纤维。我国69年代初开始研发高强1#,70年代正式投产生产高强2#,现阶段以发展到高强4#。广泛应用于火箭发动机壳体,飞机螺旋桨叶和起落架,航空气瓶和天然气气瓶等高压容器。

S玻璃的主要成分是 SiO2 、Al2O3 和 MgO。美国的S994成分65%SiO2 、25%Al2O3 和10% MgO,析晶上限1470摄氏度,拉丝温度1571摄氏度,造成生产困难,难于大规模生产。

我国高强2#玻璃组分 质量%:

SiO2 52-57  Fe2O3 <1.2   Al2O3 20-25 CeO2 1-2 MgO 10-4  Li2O 0.8-1.2 B2O3 <5

高强2#玻璃熔制温度1500摄氏度以上,拉丝漏板温度1300摄氏度以上,拉丝12或者24tex纱线,酸性玻璃所以要用到石英砖或者其他适合的耐火材料。

20世界90年代,我国南京玻璃纤维研究院研制出高强4#玻璃并且投产,原丝单丝强度4600MPA,弹性模量86GPA,密度2.53g/cm3 .

 高模量玻璃纤维 M-glass

20世纪60年代,我国和世界各国都开始研制高模量玻璃纤维。美国率先研制出YM-31A,790S高模量纤维其弹性模量高达107GPA,UARL344纤维高达129GPA。后来碳纤维等高模量纤维问世后,高模量玻璃纤维由于生产难度大,逐渐退出规模生产。

我国的高模量纤维玻璃成分为:质量%

SiO2  48-54    CeO2 1-3    Al2O3 16-22   ZrO2 0-4    MgO 18-23    TiO2 0-4

高硅氧玻璃纤维 R-glass

白俄罗斯的高硅氧纤维是二元系统,美国是用无碱纤维制备,我国是用三元系统玻璃制备 Na2O-B2O3-SiO2.将含有60-70%SiO2、20-25%B2O3、5-10%Na2O的玻璃在1450摄氏度下熔制,并在1150摄氏度拉丝制成玻璃纤维,由于析晶上限为983摄氏度,所以很少有晶体析出。但由于B2O3量大,对耐火砖侵蚀厉害,加之容易分项,所以玻璃制备质量差,不均匀而且容易断丝,成品率很低。

SiO2-Na2O玻璃中也存在分项,基于这个事实,俄罗斯研究出两元系统高硅氧玻璃纤维。其原纱SiO2含量高到70%以上,Na2O含量在20-26%之间,该系统玻璃碱金属含量少,而且容易浸出,所制成的高硅氧玻璃纤维强度高。由于该纤维Na2O含量高,吸水性极强,在生产原纱的过程中容易结晶甚至成饼,所以在原纱表面需要涂覆憎水性浸润剂,避免空气中水分对玻璃纤维的侵蚀。俄罗斯这种纤维在国际市场上非常受欢迎。

耐碱玻璃纤维 AR-glass

耐碱玻璃纤维的研发和生产主要为了增强水泥。日本以火山灰为原材制成耐碱性很好的“米乃龙-L”连续玻璃纤维,其性能不错。1983年美国化学和工程新闻报道了 Mchenzie和他的同事研制出新型的耐碱玻璃纤维,以严板和石灰石为原材料制成,熔制温度只有1400摄氏度比含ZrO2的玻璃熔制温度低很多(1650摄氏度)。

我国的耐碱玻璃纤维 R13 组分 %:

SiO2   59-63   K2O  1.5-3.7  CaO   <5   ZrO2  13-16   Na2O  8-13   TiO2 4-8

其他玻璃纤维

除了以上所述的生产量比较大的纤维以外,还有一些用量和产量都很小的玻璃纤维种类,属于极特种玻璃纤维行列。如:耐辐照玻璃纤维、半导体玻璃纤维、低介电玻璃纤维、空心玻璃纤维、异形体玻璃纤维等。

 

玻璃纤维 - 成分

生产玻璃纤维用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。目前国际上已经商品化的纤维用的玻璃成分如下:

1、E-玻璃亦称无碱玻璃,是一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分,具有良好的电气绝缘性及机械性能,广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维,也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维,它的缺点是易被无机酸侵蚀,故不适于用在酸性环境。
2、C-玻璃亦称中碱玻璃,其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃,但电气性能差,机械强度低于无碱玻璃纤维10%~20%,通常国外的中碱玻璃纤维含一定数量的三氧化二硼,而我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。在国外,中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品,如用于生产玻璃纤维表面毡等,也用于增强沥青屋面材料,但在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半(60%),广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物,包扎织物等的生产,因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。
3、高强玻璃纤维其特点是高强度、高模量,它的单纤维抗拉强度为2800MPa,比无碱玻纤抗拉强度高25%左右,弹性模量86000MPa,比E-玻璃纤维的强度高。用它们生产的玻璃钢制品多用于军工空间、防弹盔甲及运动器械。但是由于价格昂贵,目前在民用方面还不能得到推广,全世界产量也就几千吨左右。
4、AR玻璃纤维亦称耐碱玻璃纤维,主要是为了增强水泥而研制的。
5、A玻璃亦称高碱玻璃,是一种典型的钠硅酸盐玻璃,因耐水性很差,很少用于生产玻璃纤维。
6、E-CR玻璃是一种改进的无硼无碱玻璃,用于生产耐酸耐水性好的玻璃纤维,其耐水性比无碱玻纤改善7~8倍,耐酸性比中碱玻纤也优越不少,是专为地下管道、贮罐等开发的新品种。
7、D玻璃亦称低介电玻璃,用于生产介电强度好的低介电玻璃纤维。
除了以上的玻璃纤维成分以外,近年来还出现一种新的无碱玻璃纤维,它完全不含硼,从而减轻环境污染,但其电绝缘性能及机械性能都与传统的E玻璃相似。另外还有一种双玻璃成分的玻璃纤维,已用在生产玻璃棉中,据称在作玻璃钢增强材料方面也有潜力。此外还有无氟玻璃纤维,是为环保要求而开发出来的改进型无碱玻璃纤维。

玻璃纤维 - 产品种类

1、无捻粗纱

无捻粗纱是由平行原丝或平行单丝集束而成的。无捻粗纱按玻璃成分可划分为:无碱玻璃无捻粗纱和中碱玻璃无捻粗纱。生产玻璃粗纱所用玻纤直径从12~23μm。无捻粗纱的号数从150号到9600号(tex)。无捻粗纱可直接用于某些复合材料工艺成型方法中,如缠绕、拉挤工艺,因其张力均匀,也可织成无捻粗纱织物,在某些用途中还将无捻粗纱进一步短切。
(1)喷射用无捻粗纱适合于玻璃钢喷射成型使用的无捻粗纱要具备如下性能:①良好的切割性,在连续高速切割时产生的静电少;②无捻粗纱切割后分散成原丝的效率要高,也即分束率高,通常要求90%以上;③短切后的原丝具有优良的覆模性,可覆盖在模具的各个角落;④树脂浸透快,易于被辊子辊平并易于驱赶气泡;⑤原丝筒退解性能好,粗纱线密度均匀,适合于各种喷枪及纤维输送系统。喷射用无捻粗纱都是由多股原丝络制而成,每股原丝含200根玻纤单丝。
(2)SMC用无捻粗纱SMC即片状模塑料,主要用于压制汽车部件、浴缸水箱板、净化槽、各种座椅等。SMC用无捻粗纱在制造SMC片材时要切成lin(25mm)的长度,分散在树脂糊中,因此对SMC用无捻粗纱的要求是短切性好,毛丝少,抗静电性优良,在切割时短切丝不会粘附在刀辊上。对着色的SMC而言,无捻粗纱要在高颜料含量的树脂糊中被树脂浸透。通常SMC无捻粗纱一般为2400tex,少数情况下也有用4800tex的。
(3)缠绕用无捻粗纱缠绕法用于制造各种口径的玻璃钢管、贮罐等。缠绕用无捻粗纱的号数从1200号到9600号,缠绕大型管道及贮罐多倾向于直接无捻粗纱,如4800tex的直接无捻粗纱。对缠绕用无捻粗纱的要求如下:①成带性好,呈扁带状;②无捻粗纱退解性好,在从纱筒退解时不脱圈,不形成"鸟巢"状乱丝;③张力均匀,无悬垂现象;④线密度均匀,一般须小于±7%;⑤无捻粗纱浸透性好,从树脂槽通过时易为树脂润湿及浸透。
(4)拉挤用无捻粗纱拉挤用于制造断面一致的各种型材,其特点是玻纤含量高,单向强度大。拉挤用无捻粗纱可以是多股原丝并合的也可以是直接的无捻粗纱,其线密度范围为1100号到4400号。各种性能要求与缠绕无捻粗纱大体相同。
(5)织造用无捻粗纱无捻粗纱的一个重要用途是织造各种厚度的方格布或单向无捻粗纱织物,它们大多用于手糊玻璃钢成型工艺中。对强造用无捻粗纱有如下要求:①良好的耐磨性;②良好的成带性;③织造用无捻粗纱在织造前需经强制烘干;④无捻粗纱张力均匀,悬垂度应符合一定标准;⑤无捻粗纱退解性好;⑥无捻粗纱浸透性好。
(6)预型体用无捻粗纱在预型体工艺中,无捻粗纱被短切并喷附在预定形状的网上,同时喷少量树脂使纤维网固定成形,然后将成形的纤维网片移入金属模具中,注入树脂热压成形,即得制品。对于这种工艺的无捻粗纱的性能要求与对喷射无捻粗纱的要求基本相同。

玻璃纤维玻璃纤维方格布
2、无捻粗纱织物(方格布)
方格布是无捻粗纱平纹织物,是手糊玻璃钢重要基材。方格布的强度主要在织物的经纬方向上,对于要求经向或纬向强度高的场合,也可以织成单向方格布,它可以在经向或纬向布置较多的无捻粗纱。
对方格布的质量要求如下:①织物均匀,布边平直,布面平整呈席状,无污渍、起毛、折痕、皱纹等;②经、纬密,面积重量,布幅及卷长均符合标准;③卷绕在牢固的纸芯上,卷绕整齐;④迅速、良好的树脂透性;⑤织物制成的层合材料的干、湿态机械强度均应达到要求。用方格布铺敷成型的复合材料其特点是层间剪切强度低,耐压和疲劳强度差。

3、玻璃纤维毡片
(1)短切原丝毡将玻璃原丝(有时也用无捻粗纱)切割成50mm长,将其随机但均匀地铺陈在网带上,随后施以乳液粘结剂或撒布上粉末结剂经加热固化后粘结成短切原丝毡。短切毡主要用于手糊、连续制板和对模模压和SMC工艺中。对短切原丝毡的质量要求如下:①沿宽度方向面积质量均匀;②短切原丝在毡面中分布均匀,无大孔眼形成,粘结剂分布均匀;③具有适中的干毡强度;④优良的树脂浸润及浸透性。
(2)连续原丝毡将拉丝过程中形成的玻璃原丝或从原丝筒中退解出来的连续原丝呈8字形铺敷在连续移动网带上,经粉末粘结剂粘合而成。连续玻纤原丝毡中纤维是连续的,故其对复合材料的增强效果较短切毡好。主要用在拉挤法、RTM法、压力袋法及玻璃毡增强热塑料(GMT)等工艺中。
(3)表面毡玻璃钢制品通常需要形成富有树脂层,这一般是用中碱玻璃表面毡来实现。这类毡由于采用中碱玻璃(C)制成,故赋予玻璃钢耐化学性特别是耐酸性,同时因为毡薄、玻纤直径较细之故,还可吸收较多树脂形成富树脂层,遮住了玻璃纤维增强材料(如方格布)的纹路,起到表面修饰作用。
(4)针刺毡针刺毡或分为短切纤维针刺毡和连续原丝针刺毡。短切纤维针刺毡是将玻纤粗纱短切成50mm,随机铺放在预先放置在传送带上的底材上,然后用带倒钩的针进行针刺,针将短切纤维刺进底材中,而钩针又将一些纤维向上带起形成三维结构。所用底材可以是玻璃纤维或其它纤维的稀织物,这种针刺毡有绒毛感。其主要用途包括用作隔热隔声材料、衬热材料过滤材料,也可用在玻璃钢生产中,但所制玻璃钢强度较低,使用范围有限。另一类连续原丝针刺毡,是将连续玻璃原丝用抛丝装置随机抛在连续网带上,经针板针刺,形成纤维相互勾连的三维结构的毡。这种毡主要用于玻璃纤维增强热塑料可冲压片材的生产。
(5)缝合毡短切玻璃纤维从50mm乃至60cm长均可用缝编机将其缝合成短切纤维或长纤维毡,前者可在若干用途方面代替传统的粘结剂粘结的短切毡,后者则在一定程度上代替连续原丝毡。它们的共同优点是不含粘结剂,避免了生产过程的污染,同时浸透性能好,价格较低。

玻璃纤维玻璃纤维纱
4、短切原丝和磨碎纤维
(1)短切原丝短切原丝分干法短切原丝及湿法短切原丝。前者用在增强塑料生产中,而后者则用于造纸。用于玻璃钢的短切原丝又分为增强热固性树脂(BMC)用短切原丝和增强热塑性树脂用短切原丝两大类。对增强热塑性塑料用短切原丝的要求是用无碱玻璃纤维,强度高及电绝缘性好,短切原丝集束性好、流动性好、白度较高。增强热固性塑料短切原丝要求集束性好,易为树脂很快浸透,具有很好的机械强度及电气性能。
(2)磨碎纤维磨碎纤维系由锤磨机或球磨机将短切纤维磨碎而成。磨碎纤维主要在增强反应注射工艺(RRIM)中用作增强材料,在制造浇铸制品、模具等制品时用作树脂的填料用以改善表面裂纹现象,降低模塑收缩率,也可用作增强材料。

5、玻璃纤维织物
玻璃纤维玻璃纤维
以下介绍的是以玻璃纤维纱线织造的各种玻璃纤维织物。
(1)玻璃布中国生产的玻璃布,分为无碱和中碱两类,国外大多数是无碱玻璃布。玻璃布主要用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、船艇模具等。中碱玻璃布主要用于生产涂塑包装布,以及用于耐腐蚀场合。织物的特性由纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹所决定。经纬密度又由纱结构和织纹决定。经纬密加上纱结构,就决定了织物的物理性质,如重量厚度和断裂强度等。有五种基本的织纹:平纹、斜纹、缎纹、罗纹和席纹。
(2)玻璃带玻璃带分为有织边带和无织边带(毛边带)主要织防腐是平纹。玻璃带常用于制造高强度、介电性能好的电气设备零部件。
(3)单向织物单向织物是一种粗经纱和细纬纱织成的四经破缎纹或长轴缎纹织物。其特点是在经纱主向上具有高强度。
(4)立体织物立体织物是相对平面织物而言,其结构特征从一维二维发展到了三维,从而使以此为增强体的复合材料具有良好的整体性和仿形性,大大提高了复合材料的层间剪切强度和抗损伤容限。它是随着航天航空、兵器、船舶等部门的特殊需求发展起来的,目前其应用已拓展至汽车体育运动器材医疗器械等部门。主要有五类:机织三维织物、针织三维织物、正交及非正交非织造三维织物、三维编织织物和其它形式的三维织物。立体织物的形状有块状、柱状、管状、空心截锥体及变厚度异形截面等。
(5(异形织物异形织物的形状和它所要增强的制品的形状非常相似,必须在专用的织机上织造。对称形状的异形织物有:圆盖、锥体、帽、哑铃形织物等,还可以制成箱、船壳等不对称形状。
(6)槽芯织物槽芯织物是由两层平行的织物,用纵向的竖条连接起来所组成的织物,其横截面形状可以是三角形或矩形。
(7)玻璃纤维缝编织物亦称为针织毡或编织毡,它既不同于普通的织物,也不同于通常意义的毡。最典型的缝编织物是一层经纱与一层纬纱重叠在一起,通过缝编将经纱与纬纱编织在一起成为织物。缝编织物的优点如下:①它可以增加玻璃钢层合制品的极限抗张强度,张力下的抗脱层强度以及抗弯强度;②减轻玻璃钢制品的重量;③表面平整使玻璃钢表面光滑;④简化手糊操作,提高劳动生产率。这种增强材料可以在拉挤法玻璃钢及RTM中代替连续原丝毡,还可以在离心法玻璃钢管生产中取代方格布。

6、组合玻璃纤维增强材料
玻璃纤维原丝毡
70年代以来,出现了把短切原丝毡、连续原丝毡、无捻粗纱织物和无捻粗纱等,按一定的顺序组合起来的增强材料,大体有以下几种:
(1)短切原丝毡+无捻粗纱织物
(2)短切原丝毡+无捻粗纱布+短切原丝毡
(3)短切原丝毡+连续原丝毡+短切原丝毡
(4)短切原比毡+随机无捻粗纱
(5)短切原丝毡或布+单向碳纤维
(6)短切原丝+表面毡
(7)玻璃布+单向无捻粗纱或玻璃细棒+玻璃布

玻璃纤维 - 应用

玻璃纤维中碱玻璃纤维无捻布
玻璃纤维比有机纤维耐温高、不燃、抗腐,隔热、隔音性好(特别是玻璃棉),抗拉强度高,电绝缘性好(如无碱玻璃纤维)。但性脆,耐磨性较差。玻璃纤维主要用作电绝缘材料,工业过滤材料,防腐、防潮、隔热、隔音、减震材料。还可作为增强材料,用来制造增强塑料(见彩图)或增强橡胶、增强石膏和增强水泥等制品。用有机材料被覆玻璃纤维可提高其柔韧性,用以制成包装布、窗纱、贴墙布、覆盖布、防护服和绝电、隔音材料。

通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维,称为连续玻璃纤维,通称长纤维。通过辊筒或气流制成的非连续纤维,称为定长玻璃纤维,通称短纤维。借离心力或高速气流制成的细、短、絮状纤维,称为玻璃棉。玻璃纤维经加工,可制成多种形态的制品,如纱、无捻粗纱、短切原丝、、带、毡、板、管等。

E级玻璃纤维使用最普遍,广泛用于电绝缘材料;S级为特殊纤维,虽然产量小,但很重要,因具有超强度,主要用于军事防御,如防弹箱等;C级比E级更具耐化学性,用于电池隔离板、化学滤毒器;A级为碱性玻璃纤维,用于生产增强材料。[2]

 

玻璃纤维 - 产品市场

 一、交通运输
    1、汽车
    玻璃钢不仅能制造汽车的功能部件,而且能制造某些结构部件。车顶、车门板、保险杠、皮卡车敞篷货箱多个部件已采用玻璃钢制备。
    2、轨道车辆
    随着高速铁路的出现,各种列车愈来愈多地使用玻璃钢部件,如车头、车顶、地板、整体卫生间等。有的公司正在开发全复合材料整体车厢。使用玻璃钢部件的轨道车辆主要有三种:高速火车、轻轨列车和地铁列车。
    3、船艇
    美国4.5米以上的娱乐船只约70%采用玻璃钢制造,如游艇、摩托艇、帆船等。美国、日本等沿海国家早些年即已实现拖网渔船的玻璃钢化。
    二、化工、防腐
    耐腐蚀的玻璃钢已经以各种形式用于防腐目的达数十年之久,应用的制品有管道、贮罐、塔体、化工设备、气体净化和废水处理设备等。
    三、建筑和基础设施
    1、建筑结构的加固和修复
    近十多年来,旧建筑和基础设施的加固、修复和翻新成为重要工程,玻璃纤维补强修复技术已成为提高原有混凝土、铸铁和钢结构强度的主要方法。
    2、桥梁建设
    玻璃纤维的下游产品玻璃钢适用于建造步行桥、公路桥和铁路桥,减轻桥梁重量,提高桥梁活荷载承受能力,且耐腐蚀,可延长部件寿命。
    3、混凝土加强筋
    钢筋腐蚀会导致混凝土开裂和剥落,最终引起构筑物损坏。用玻璃钢代替钢作为混凝土筋材,应用于混凝土结构中,目前已达到实用阶段。
    4、建筑防水材料
    玻纤毡主要应用领域之一是防水材料,如防水卷材、沥青油毡、瓦等已得到广泛应用。应用于建筑防水的玻纤薄毡对沥青涂层具有有效增强作用,并能改善涂层的稳定性。
    四、体育娱乐用品
    体育娱乐用品一直是玻纤的重要用途之一,制品种类繁多、不胜枚举。常见制品有鱼竿、网球拍、高尔夫球杆、滑雪板、自行车赛车、游泳池设备等。
    五、能源开发
    1、风力发电
    在增强塑料中,玻璃钢因其性能与成本优势相结合,成为风力发电机叶片的首选材料。玻璃钢叶片已广泛应用于岸上和海上的风力发电项目。
    2、海上油气开采
    目前玻璃钢在此领域获得如下应用:海上钻井平台甲板和承载结构;含水液体的输送管道;栏杆、电缆桥架、救生船等其他器件。
    六、电子电气
    玻璃钢能满足电气与电子应用所要求的介电强度、耐电弧性和机械韧性等性能,因而早就涉足这一领域,在强电和弱电领域均获得应用。
    1、印刷电路板基板。我国已把电子工业列为国民经济的支柱产业,而覆铜板是电子工业的必需材料,电子级玻纤又是覆铜板的基础材料。因此我国电子工业的蓬勃发展,必将给电子级玻纤带来极大的发展机遇。
    2、输电设施
    玻璃钢拉挤型材用于输电和照明工程已有十多年的历史,玻璃钢型材良好的耐腐蚀防衰变性能、介电性能和比强度使其成为木材、钢材和混凝土电线杆的理想替代材料。
    3、电缆/光缆材料
    国外成功研制出轻质的玻璃钢型外包铝导线构成的电缆。在光缆中,玻璃钢细棒用作加强材料称为光缆加强芯。
    七、航空航天  
    玻璃钢在航空器中的成功应用是商用飞机的内部器件,军用飞机也加速了复合材料的应用。在航天和军事工程方面,玻璃钢早就用作火箭、导弹的外壳或其发动机的外壳。
    玻纤在传统行业和新兴行业均具备广阔的应用前景。从市场长期运行趋势看,据统计美国每年人均复合材料消费量约为8公斤,而中国只有1~2公斤。相对于国外玻纤品种已发展到2万多个,规格达6万个以上,平均每年增长1000-1500多个规格,我国玻纤品种只有6000多个,规格不足2万个。我国玻纤行业发展空间依然广阔。[3]

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参考资料:
[1]^引用日期:2013-12-26
[2]^引用日期:2010-04-18
[3]^引用日期:2013-08-28
扩展阅读:
1玻璃纤维在国内外的发展情况
2玻璃纤维行业技术水平及技术特点
3玻璃纤维行业发展的不利因素分析
4http://www.qianzhan.com/report/detail/669d6ef7927e43b7.html
5《中国玻璃纤维行业产销需求与投资预测分析报告前瞻》

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    玻璃纤维

  • 应用学科:

    电工学-绝缘材料

  • 英文名称:

    glass fiber

  • 应用学科:

    公路科技-筑路用材料及性能

  • 英文名称:

    glass fiber

  • 应用学科:

    土木工程-工程材料

  • 英文名称:

    glass fiber

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