玻璃纖維


玻璃纖維短切絲

玻璃纖維(英文原名為:glass fiber或fiberglass )是一種性能優異的無機非金屬材料,種類繁多,優點是絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好,機械強度高,但缺點是性脆,耐磨性較差。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經高溫熔制、拉絲、絡紗、織布等工藝制造成的,其單絲的直徑為幾個微米到二十幾米個微米,相當于一根頭發絲的 1/20-1/5 ,每束纖維原絲都由數百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維通常用作復合材料中的增強材料,電絕緣材料和絕熱保溫材料,電路基板等國民經濟各個領域。

材料簡介

基本介紹

  玻璃一般人之觀念為質硬易碎物體,并不適于作為結構用材,但如其抽成絲后,則其強度大為增加且具玻璃纖維有柔軟性,故配合樹脂賦予形狀以后終于可以成為優良之結構用材。玻璃纖維隨其直徑變小其強度增高。
  CAS NO:14808-60-7
  分子結構

特點介紹

  原料及其套用玻璃纖維比有機纖維耐溫高,不燃,抗腐,隔熱、隔音性好(特別是玻璃棉),抗拉強度高,電絕緣性好(如無堿玻璃纖維)。但性脆,耐磨性較差。玻璃纖維主要用作電絕緣材料,工業過濾材料,防腐、 防潮、 隔熱、隔音、減震材料。還可作為增強材料,用來制造增強塑膠(見彩圖)或增強橡膠、增強石膏和增強水泥等制品。用有機材料被覆玻璃纖維可提高其柔韌性,用以制成包裝布、窗紗、貼墻布、覆蓋布、防護服和絕電、隔音材料。作為補強材玻璃纖維具有以下之特點,這些特點使玻璃纖維之使用遠較其他種類纖維來得廣泛,發展速度亦遙遙領先其特徵列舉如下:
  (1)拉伸強度高,伸長小(3%)。
  (2)彈性系數高,剛性佳。
  (3)彈性限度內伸長量大且拉伸強度高,故吸收沖擊能量大。
  (4)為無機纖維,具不燃性,耐化學性佳。
  (5)吸水性小。
  (6)尺度安定性,耐熱性均佳。
  (7)加工性佳,可作成股、束、氈、織布等不同形態之產品。
  (8)透明可透過光線。
  (9)與樹脂接著性良好之表面處理劑之開發完成。
  (10)價格便宜。
  (11)不易燃燒,高溫下可熔成玻璃狀小珠。

主要成分

  其主要成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等,根據玻璃中堿含量的多少,可分為無堿玻璃纖維(氧化鈉0%~2%,屬鋁硼硅酸鹽玻璃)、中堿玻璃纖維(氧化鈉8%~12%,屬含硼或不含硼的鈉鈣硅酸鹽玻璃)和高堿玻璃纖維(氧化鈉13%以上,屬鈉鈣硅酸鹽玻璃)。

材料分類

  玻璃纖維按形態和長度,可分為連續纖維、定長纖維和玻璃棉;按玻璃成分,可分為無堿、耐化學、高堿、中堿、高強度、高彈性模量和抗堿玻璃纖維等。
  生產玻璃纖維的主要原料是:石英砂、氧化鋁和葉蠟石、石灰石、白云石、硼酸、純堿、芒硝、螢石磨碎玻璃纖維等。生產方法大致分兩類:一類是將熔融玻璃直接制成纖維;一類是將熔融玻璃先制成直徑20mm的玻璃球或棒,再以多種模式加熱重熔后制成直徑為 3~80μm的甚細纖維。通過鉑合金板以機械拉絲方法拉制的無限長的纖維,稱為連續玻璃纖維,通稱長纖維。通過輥筒或氣流制成的非連續纖維,稱為定長玻璃纖維,通稱短纖維。借離心力或高速氣流制成的細、短、絮狀纖維,稱為玻璃棉。玻璃纖維經加工,可制成多種形態的制品,如紗、無捻粗紗、短切原絲、布、帶、氈、板、管等。
  玻璃纖維按組成、性質和用途,分為不同的級別。按標準級規定(見表),E級玻璃纖維使用最普遍,廣泛用于電絕緣材料;S級為特殊纖維,雖然產量小,但很重要,因具有超強度,主要用于軍事防御,如防彈箱等;C級比E級更具耐化學性,用于電池隔離板、化學濾毒器;A級為堿性玻璃纖維,用于生產增強材料。
  生產玻璃纖維用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。國際上已經商品化的纖維用的玻璃成分如下:

E-玻璃

  亦稱無堿玻璃,是一種硼硅酸鹽玻璃。目前是套用最廣泛的一種玻璃纖維用玻璃成分,具有良好的電氣絕緣性及機械性能,廣泛用于生產電絕緣用玻璃纖維,也大量用于生產玻璃鋼用玻璃纖維,它的缺點是易被無機酸侵蝕,故不適于用在酸性環境。

C-玻璃

  亦稱中堿玻璃,其特點是耐化學性特別是耐酸性優于無堿玻璃,但電氣性能差,機械強度低于無堿玻璃纖維10%~20%,通常國外的中堿玻璃纖維含一定數量的三氧化二硼,而我國的中堿玻璃纖維則完全不含硼。在國外,中堿玻璃纖維只是用于生產耐腐蝕的玻璃纖維產品,如用于生產玻璃纖維表面氈等,玻璃纖維棒也用于增強瀝青屋面材料,但在我國中堿玻璃纖維占據玻璃纖維產量的一大半(60%),廣泛用于玻璃鋼的增強以及過濾織物,包扎織物等的生產,因為其價格低于無堿玻璃纖維而有較強的競爭力。

高強玻璃纖維

  其特點是高強度、高模量,它的單纖維抗拉強度為2800MPa,比無堿玻纖抗拉強度高25%左右,彈性模量86000MPa,比E-玻璃纖維的強度高。用它們生產的玻璃鋼制品多用于軍工、空間、防彈盔甲及運動器械。但是由于價格昂貴,目前在民用方面還不能得到推廣,全世界產量也就幾千噸左右。

AR玻璃纖維

  亦稱耐堿玻璃纖維,主要是為了增強水泥而研制的。

A玻璃

  亦稱高堿玻璃,是一種典型的鈉硅酸鹽玻璃,因耐水性很差,很少用于生產玻璃纖維。

E-CR玻璃

  是一種改進的無硼無堿玻璃,用于生產耐酸耐水性好的玻璃纖維,其耐水性比無堿玻纖改善7~8倍,耐酸性比中堿玻纖也優越不少,是專為地下通路、貯罐等開發的新品種。

D玻璃

  亦稱低介電玻璃,用于生產介電強度好的低介電玻璃纖維。
  除了以上的玻璃纖維成分以外,近年來還出現一種新的無堿玻璃纖維,它完全不含硼,從而減輕環境污染,但其電絕緣性能及機械性能都與古早的E玻璃相似。另外還有一種雙玻璃成分的玻璃纖維,已用在生產玻璃棉中,據稱在作玻璃鋼增強材料方面也有潛力。此外還有無氟玻璃纖維,是為環保要求而開發出來的改進型無堿玻璃纖維。

強伸性能測試

  玻璃纖維的拉伸強度高,伸長小(3%),測試方法標準有:GB/T14338-1993合成短纖維卷曲性試驗方法,GB/T 15232-1994 紡織玻璃纖維 氈 拉伸斷裂強力的測定,GB/7689.5玻璃纖維拉伸斷裂強力和斷裂伸長的測定,GB T15232-1994紡織玻璃纖維氈拉伸斷裂強力的測定,GB/T 7689.5-2001|增強材料 機織物試驗方法 第5部分:玻璃纖維拉伸斷裂強力和斷裂伸長的測定等等。單纖維強伸性能試驗要采用能測試玻璃纖維的高強高模纖維強力儀。

品種用途

無捻粗紗

  無捻粗紗是由平行原絲或平行單絲集束而成的。無捻粗紗按玻璃成分可劃分為:無堿玻璃無捻粗紗和中堿玻璃無捻粗紗。生產玻璃粗紗所用玻纖直徑從12~23μm。無捻粗紗的號數從150號到9600號(tex)。無捻粗紗可直接用于某些復合材料工藝成型方法中,如纏繞、拉擠工藝,因其張力均勻,也可織成無捻粗紗織物,在某些用途中還將無捻粗紗進一步短切。
  (1)噴射用無捻粗紗 適合于玻璃鋼噴射成型使用的無捻粗紗要具備如下性能:①良好的切割性,在連續高速切割時產生的靜電少;②無捻粗紗切割后分散成原絲的效率要高,也即分束率高,通常要求90%以上;③短切后的原絲具有優良的覆模性,可覆蓋在模具的各個角落;④樹脂浸透快,易于被輥子輥平并易于驅趕氣泡;⑤原絲筒退解性能好,粗紗線密度均勻,適合于各種噴槍及纖維輸送系統。噴射用無捻粗紗都是由多股原絲絡制而成,每股原絲含200根玻纖單絲。
  (2)SMC用無捻粗紗 SMC即片狀模塑膠,主要用于壓制汽車部件、浴缸、水箱板、凈化槽、各種座椅玻璃纖維方格布等。SMC用無捻粗紗在制造SMC片材時要切成lin(25mm)的長度,分散在樹脂糊中,因此對SMC用無捻粗紗的要求是短切性好,毛絲少,抗靜電性優良,在切割時短切絲不會粘附在刀輥上。對著色的SMC而言,無捻粗紗要在高顏料含量的樹脂糊中被樹脂浸透。通常SMC無捻粗紗一般為2400tex,少數情況下也有用4800tex的。
  (3)纏繞用無捻粗紗 纏繞法用于制造各種口徑的玻璃鋼管、貯罐等。纏繞用無捻粗紗的號數從1200號到9600號,纏繞大型通路及貯罐多傾向于直接無捻粗紗,如4800tex的直接無捻粗紗。對纏繞用無捻粗紗的要求如下:①成帶性好,呈扁帶狀;②無捻粗紗退解性好,在從紗筒退解時不脫圈,不形成"鳥巢"狀亂絲;③張力均勻,無懸垂現象;④線密度均勻,一般須小于±7%;⑤無捻粗紗浸透性好,從樹脂槽通過時易為樹脂潤濕及浸透。
  (4)拉擠用無捻粗紗 拉擠用于制造斷面一致的各種型材,其特點是玻纖含量高,單向強度大。拉擠用無捻粗紗可以是多股原絲并合的也可以是直接的無捻粗紗,其線密度范圍為1100號到4400號。各種性能要求與纏繞無捻粗紗大體相同。
  (5)織造用無捻粗紗 無捻粗紗的一個重要用途是織造各種厚度的方格布或單向無捻粗紗織物,它們大多用于手糊玻璃鋼成型工藝中。對強造用無捻粗紗有如下要求:①良好的耐磨性;②良好的成帶性;③織造用無捻粗紗在織造前需經強制烘干;④無捻粗紗張力均勻,懸垂度應符合一定標準;⑤無捻粗紗退解性好;⑥無捻粗紗浸透性好。
  (6)預型體用無捻粗紗 在預型體工藝中,無捻粗紗被短切并噴附在預定形狀的網上,同時噴少量樹脂使纖維網固定成形,然后將成形的纖維網片移入金屬模具中,注入樹脂熱壓成形,即得制品。對于這種工藝的無捻粗紗的性能要求與對噴射無捻粗紗的要求基本相同。

無捻粗紗織物(方格布)

  方格布是無捻粗紗平紋織物,是手糊玻璃鋼重要基材。方格布的強度主要在織物的經緯方向上,對于要求經向或緯向強度高的場合,也可以織成單向方格布,它可以在經向或緯向布置較多的無捻粗紗。
  對方格布的質量要求如下:①織物均勻,布邊平直,布面平整呈席狀,無污漬、起毛、折痕、皺紋等;②經、緯密,面積重量,布幅及卷長均符合標準;③卷繞在牢固的紙芯上,卷繞整齊;④迅速、良好的樹脂透性;⑤織物制成的層合材料的干、濕態機械強度均應達到要求。
  用方格布鋪敷成型的復合材料其特點是層間剪下強度低,耐壓和疲勞強度差。

玻璃纖維氈片

  (1)短切原絲氈 將玻璃原絲(有時也用無捻粗紗)切割成50mm長,將其隨機但均勻地鋪陳在網帶上,隨后施以乳液粘結劑或撒布上粉末結劑經加熱固化后粘結成短切原絲氈。短切氈主要用于手糊、連續制板和對模模壓和SMC工藝中。對短切原絲氈的質量要求如下:①沿寬度方向面積質量均勻;②短切原絲在氈面中分布均勻,無大孔眼形成,粘結劑分布均勻;③具有適中的干氈強度;④優良的樹脂浸潤及浸透性。
  (2)連續原絲氈 將拉絲過程中形成的玻璃原絲或從原絲筒中退解出來的連續原絲呈8字形鋪敷在連續移動網帶上,經粉末粘結劑粘合而成。連續玻纖原絲氈中纖維是連續的,故其對復合材料的增強效果較短切氈好。主要用在拉擠法、RTM法、壓力袋法及玻璃氈增強熱塑膠(GMT)等工藝中。
  (3)表面氈 玻璃鋼制品通常需要形成富有樹脂層,這一般是用中堿玻璃表面氈來實現。這類氈由于采用中堿玻璃(C)制成,故賦予玻璃鋼耐化學性特別是耐酸性,同時因為氈薄、玻纖直徑較細之故,還可吸收較多樹脂形成富樹脂層,遮住了玻璃纖維增強材料(如方格布)的紋路,起到表面修飾作用。
  (4)針刺氈 針刺氈或分為短切纖維針刺氈和連續原絲針刺氈。短切纖維針刺氈是將玻纖粗紗短切成50mm,隨機鋪放在預先放置在傳送帶上的底材上,然后用帶倒鉤的針進行針刺,針將短切纖維刺進底材中,而鉤針又將一些纖維向上帶起形成立體結構。所用底材可以是玻璃纖維或其它纖維的稀織物,這種針刺氈有絨毛感。其主要用途包括用作隔熱隔聲材料、襯熱材料、過濾材料,也可用在玻璃鋼生產中,但所制玻璃鋼強度較低,使用范圍有限。另一類連續原絲針刺氈,是將連續玻璃原絲用拋絲裝置隨機拋在連續網帶上,經針板針刺,形成纖維相互勾連的立體結構的氈。這種氈主要用于玻璃纖維增強熱塑膠可沖壓片材的生產。
  (5)縫合氈 短切玻璃纖維從50mm乃至60cm長均可用縫編機將其縫合成短切纖維或長纖維氈,前者可玻璃纖維紗在若干用途方面代替古早的粘結劑粘結的短切氈,后者則在一定程度上代替連續原絲氈。它們的共同優點是不含粘結劑,避免了生產過程的污染,同時浸透性能好,價格較低。

短切原絲和磨碎纖維

  (1)短切原絲 短切原絲分干法短切原絲及濕法短切原絲。前者用在增強塑膠生產中,而后者則用于造紙。用于玻璃鋼的短切原絲又分為增強熱固性樹脂(BMC)用短切原絲和增強熱塑性樹脂用短切原絲兩大類。對增強熱塑性塑膠用短切原絲的要求是用無堿玻璃纖維,強度高及電絕緣性好,短切原絲集束性好、流動性好、白度較高。增強熱固性塑膠短切原絲要求集束性好,易為樹脂很快浸透,具有很好的機械強度及電氣性能。
  (2)磨碎纖維 磨碎纖維系由錘磨機或球磨機將短切纖維磨碎而成。磨碎纖維主要在增強反應注射工藝(RRIM)中用作增強材料,在制造澆鑄制品、模具等制品時用作樹脂的填料用以改善表面裂紋現象,降低模塑收縮率,也可用作增強材料。

玻璃纖維織物

  以下介紹的是以玻璃纖維紗線織造的各種玻璃纖維織物。
  (1)玻璃布我國生產的玻璃布,分為無堿和中堿兩類,國外大多數是無堿玻璃布。玻璃布主要用于生產各種電絕緣層壓板、印刷線路板、各種車輛車體、貯罐、船艇、模具等。中堿玻璃布主要用于生產涂塑包裝布,以及用于耐腐蝕場合。織物的特徵由纖維性能、經緯密度、紗線結構和織紋所決定。經緯密度又由紗結構和織紋決定。經緯密加上紗結構,就決定了織物的物理性質,如重量、厚度和斷裂強度等。有五種基本的織紋:平紋、斜紋、緞紋、羅紋和席紋。
  (2)玻璃帶 玻璃帶分為有織邊帶和無織邊帶(毛邊帶)主要織防腐是平紋。玻璃帶常用于制造高強度、介電性能好的電氣設備零部件。
  (3)單向織物 單向織物是一種粗經紗和細緯紗織成的四經破緞紋或長軸緞紋織物。其特點是在經紗主向上具有高強度。
  (4)立體織物立體織物是相對平面織物而言,其結構特征從一維二維發展到了立體,從而使以此為增強體的復合材料具有良好的整體性和仿形性,大大提高了復合材料的層間剪下強度和抗損傷容差。它是隨著航天、航空、兵器、船舶等部門的特殊需求發展起來的,目前其套用已拓展至汽車、體育運動器材、醫療器械等部門。主要有五類:機織立體織物、針織立體織物、正交及非正交非織造立體織物、立體編織織物和其它形式的立體織物。立體織物的形狀有塊狀、柱狀、管狀、空心截錐體及變厚度異形截面等。
  (5)異形織物 異形織物的形狀和它所要增強的制品的形狀非常相似,必須在專用的織機上織造。對稱形狀的異形織物有:圓蓋、錐體、帽、啞鈴形織物等,還可以制成箱、船殼等不對稱形狀。
  (6)槽芯織物 槽芯織物是由兩層平行的織物,用縱向的豎條連線起來所組成的織物,其橫截面形狀可以是三角形或矩形。
  (7)玻璃纖維縫編織物 亦稱為針織氈或編織氈,它既不同于普通的織物,也不同于通常意義的氈。最典型的縫編織物是一層經紗與一層緯紗重疊在一起,通過縫編將經紗與緯紗編織在一起成為織物。縫編織物的優點如下:①它可以增加玻璃鋼層合制品的極限抗張強度,張力下的抗脫層強度以及抗彎強度;②減輕玻璃鋼制品的重量;③表面平整使玻璃鋼表面光滑;④簡化手糊操作,提高勞動生產率。這種增強材料可以在拉擠法玻璃鋼及RTM中代替連續原絲氈,還可以在離心法玻璃鋼管生產中取代方格布。
  (8) 玻璃纖維絕緣套管 以玻璃纖維紗編織成管。 并涂以樹脂材料制成的各種絕緣等級的套管. 有PVC樹脂玻纖漆管。 丙烯酸玻纖漆管,硅樹脂玻纖漆管等

組合玻璃纖維增強材料

  70年代以來,出現了把短切原絲氈、連續原絲氈、無捻粗紗織物和無捻粗紗等,按一定的順序組合起來的增強材料,大體有以下幾種:
  (1)短切原絲氈+無捻粗紗織物
  (2)短切原絲氈+無捻粗紗布+短切原絲氈玻璃纖維(3)短切原絲氈+連續原絲氈+短切原絲氈
  (4)短切原比氈+隨機無捻粗紗
  (5)短切原絲氈或布+單向碳纖維
  (6)短切原絲+表面氈
  (7)玻璃布+單向無捻粗紗或玻璃細棒+玻璃布

玻璃纖維濕法氈

  玻璃纖維無紡布系列產品起源于歐洲,后引入美國、日本、中國等國家。我國先后建立幾條大型生產線,主要技術來自于德國技術如常州的中興天馬、陜西華特。
  國內玻璃纖維濕法氈主要分類:
  (1)屋面氈 用于改性瀝青防水卷材、彩色瀝青瓦等防水材料的基材
  (2)通路氈 用于石油、天然氣通路的包覆,與瀝青結合防止地下通路腐蝕
  (3)表面氈 玻璃鋼制品的塑形和表面拋光
  (4)貼面氈 用于墻面和天花板,可以防止涂料的開裂、橘皮,多用于裝飾大型會議室、高檔酒店
  (5)地板氈 用作PVC地板的基材
  (6)地毯氈 用作方塊地毯的基材
  (7)覆銅板氈 貼附于覆銅板可增強其沖、鉆性能
  (8)蓄電池隔板氈 用作鋁酸蓄電池隔板氈的基材。

玻璃纖維布

  主要用途玻璃鋼行業(約占70%)。建筑行業也有用玻璃纖維布的,主要作用就是增加強度。也作建筑外墻保溫層,內墻裝飾,內墻防潮防火等
  玻璃纖維布品種:玻璃纖維格線布,玻璃纖維方格布,玻璃纖維平紋布,玻璃纖維軸向布,玻璃纖維壁布,玻璃纖維電子布。

現狀前景

  玻璃纖維是非常好的金屬材料替代材料,隨著市場經濟的迅速發展,玻璃纖維成為建筑、交通、電子、電氣、化工、冶金、環境保護、國防等行業必不可少的原材料。由于在多個領域得到廣泛套用,因此,玻璃纖維日益受到人們的重視。全球玻纖生產消費大國主要是美國、歐洲、日本等發達國家,其人均玻纖消費量較高。歐洲仍然是玻璃纖維消費的最大地區,用量占全球總用量的35%。
  中國玻璃纖維行業近幾年的快速發展,動力來自國內和國外兩個市場的拉動。國際市場的擴大,既有總需求成長的因素,也有來自國際企業前期因利潤率較低退出行業后,給國內企業在國際市場留下的發展空間;而國內市場的成長,則是來自下遊消費行業的快速發展。中國玻璃纖維經過了50多年的發展,已經頗具規模。
  2006年,全國累計生產玻璃纖維紗116.07萬噸,同比成長22.18%。其中:池窯產量89.12萬噸,占生產總量的76.79%。玻璃纖維工業產品銷售率為99.5%,比2005年同期成長2.8個百分點,庫存量減少。2006年企業主營業務成本高達237.44億元,同比成長30.84%。企業克服原材料價格上漲的影響,實現利潤水準又創新高。2006年,行業實現利潤總額25.66億元,同比成長39.65%;實現利稅總額36.85億元,同比成長43.53%。2006年,中國玻璃纖維行業出口創匯11.8億美元,實現貿易順差4.51億美元,累計出口玻璃纖維及制品79.01萬噸,同比成長38.9%。
  2007年1-11月,中國玻璃纖維及制品制造行業累計實現工業總產值37,624,527千元,比上年同期成長了38.07%;累計實現產品銷售收入36,565,839千元,比上年同期成長了38.22%;累計實現利潤總額3,541,052千元,比上年同期成長了51.08%。
  2008年受國際金融危機的影響,中國玻纖出口情勢非常嚴峻,在國際經濟情勢不景氣、當前呈現供大于求的時期,有條件有必要加快開發套用玻纖行業的下遊產品,以順應當前國策。重視國內對玻纖紗需求,擴大內需,保持國內經濟持續發展。
  長遠來看,中東、亞太基礎設施的加強和改造,對玻纖需求增加了很大的數量,隨著全球在玻纖改性塑膠、運動器材、航空航天等方面對玻纖的需求不斷成長,玻纖行業前景仍然樂觀。另外玻纖的套用領域又延伸到風電市場,這可能是玻纖未來發展的一個亮點。能源危機促使各國尋求新能源,風能成為近年來關心的一個焦點,中國在風電領域也開始加大力度投資。到2020年,國內在風力發電領域將投資3500億元,其中,20%(即700億元)左右的領域需要使用玻纖(如風機葉片等方面)。這對中國玻纖企業來說是一個很大的市場。

期刊簡介

  玻璃纖維行業科技刊物。主要刊登有關玻璃纖維、礦物棉保溫材料、無機非金屬特種纖維的生產、科研、設計、教學等方面的技術成果和經驗,介紹國外先進技術和發展動態。?

基本信息

  主辦單位:南京玻璃纖維研究設計院
  主 編:張耀明
  地 址:南京市雨花西路安德裡30號
  郵政編碼:210012
  國際標準刊號:ISSN 1005-6262
  國內統一刊號:CN 32-1129/TQ
  單 價:10.00
  定 價:60.00