玻璃纤维及其应用讲解

玻璃纤维及其应用

1概述

玻璃纤维，又叫玻璃无机纤维．按其工艺角度可分为纺织玻璃纤维、绝缘玻璃纤维

和玻璃纤维特种产品3类。纺织玻璃纤维有长丝与短纤维之分，用以加工成中间产品或最

终产品，玻璃纤维也叫玻璃棉或玻璃毛。绝缘玻璃纤维主要用于保温、保冷、隔音和防燃．玻璃纤维特种产品有光导纤维、石英纤维和石英玻璃纤继等。

早在1864年，G·Parry就第1个用吹喷法、玻璃拉丝法将高炉渣制成玻璃纤维。此

法得到的矿渣棉用作隔热或隔冷材料．但玻璃纤维真正形成现代化工业，要追溯到本世纪

30年代，美国首先发明了用铂柑锅连续拉制玻璃纤维和用蒸汽喷吹玻璃棉的工艺。在此之

后，世界各国相继购买它的专利进行生产，使得玻璃纤维工业得到迅速的发展。玻璃纤维最早最重要的应用，应首推在第二次世界大战期间，采用玻璃纤维增强聚酯制成的雷达罩。发展至今，由于其特殊性能，广泛用于石油、化工、冶炼、交通、电业、电子、通讯、航夭等

工业部门，以及军事工程、人民生活用品的各个领域。

1950年，我国玻璃纤维工业才起步，当时只能生产绝热材料用的初级纤维。1955年后，我国玻璃钢工业发展起来才使玻璃纤维工业得以迅速地发展。

2玻璃纤维的化学结构及分类

2．1玻璃纤维的化学结构

玻璃纤维是由硅酸盐的熔体制成的，各种玻璃纤维的结构组成基本相同，都是由无规则的SiO2网络所组成。玻璃纤维的主耍成分是SiO2。单纯的SiO2是通过较强共价键相联结

的晶体，异常坚硬，熔点高达1700C以上，故加入CaCO3。、Na2CO3，等以降低熔点，加热后，CO2逸出，因此玻璃纤维中含有SiO2、Na2O和CaO。熔融的SiO2冷至熔点以下时，因其粘度非常大，液体流动性能很差，也需加人CaCO2、Na2CO3；等降低其粘度，利于玻璃

纤维的形成。此外，还加入其他一些成分，以达到玻璃纤维的最终用途。所以，SiO2构成了玻璃纤维的骨架，加入的阳离子可能位于玻璃骨架结构的空隙中，也可能取代Si的位置。由图1可看出；玻璃纤维是典型的非晶体，微粒的排列是无规则的。

2·2玻璃纤维的分类

按玻璃纤维成分中有无碱金属氧化物（主要是Na2O、K2O）来划分，可以分为无碱玻

璃纤维、中碱玻璃纤维、有碱玻璃纤维和特种玻璃纤维4大类．玻璃纤维的组分不同，其

性能差异很大。如碱钙玻羽纤维的抗拉强度为2500N／mm2左右，而石英玻璃纤维的抗拉

强度则高达24000N／mm2．这主要是，玻璃纤维的强度随着玻璃软化温度的升高而增大．国际标准化组织（ISO）按其性质、用途等将用途广泛的绩织玻璃纤维分别加以命名，R2078定义如下（见表1）；

E—玻璃：硅酸硼铝玻璃含有0．8％以下的碱金属氧化物，用途最广，原来是为电

气技术的应用开发的（故用E标志），现在却主要用于塑料的增强．

A一玻璃：有加硼或不加硼并含有0.8％以上碱全尼氧化物的碱钙玻璃，常用于对

塑料的增强耍求较低的场合．

C一玻璃：硼添加量高的碱钙玻璃，具有特殊的耐化学作用能力，弥补了E一玻璃的耐酸性不足，而用于防腐、表面保护、过滤技术，以及蓄电池制造。

D一玻璃：高介电性能的特殊玻璃，用以制造高频技术的玻璃纤维增强塑料．

正一玻璃、S一玻璃：高温下具有高机械性能的特殊玻璃．

M一玻瞩：高弹性模量的含铍玻璃．

Z一玻璃：水泥稳定性改进型玻璃，用于与水泥结合材料的增强．

由于环境保护的要求，表1中的某些成分，如助熔剂（B2O3）及熔体均化用的助剂（Na2SO4．）已逐步减少或不用．

绝缘玻璃纤维主裹是SiO2、Al3O2，两组分井添加助熔剂丽衍生出来．当SiO2含量较高时，所加人的助俗剂含量就较高，其绝缘性能则要低些，当SiO2含量较低时，其助熔

剂含量就较低，其耐温性、绝绿性就好得多．

按玻璃纤维的直径粗细不同，有初级、中级、高级、超级玻璃纤维之分，直径越细强度越高．增强2料用的玻璃纤维通常选用中、高级玻璃纤维，其直径一般为6～15微米，纤维强度为980---2940N／mm2．

玻璃纤维的外观是光滑的回柱体，横断面几乎是完整的圆形．这种特性使玻璃纤维之间

的抱合力不大，不利于和树脂粘合．纺织玻璃纤维具有各种不同的长度，这些长度是由于加工过程所致．它的制造方法如同人造纤维的制造方法．白于玻璃长丝的扭转刚度非常大，因此，捻系数通常很低．玻璃长丝的支数与捻系数如表2、3所示：

国内，各种纺织玻璃纤维的单丝直径多为5～8微米，如无碱玻璃纤维的直径为5～微米，中碱玻璃纤维的宜径为6～8微米，高强度和高模量玻璃纤维的直径为8微米．目前，国外玻璃纤维单丝直径在使用上有增大的趋势．如13～14微米、15～17微米等．这样，可提高玻璃纤维产量，减少合股工序，有利于树脂浸运，效果很显著．

3破璃纤维的生产工艺

国内外，因玻璃纤维的种类、用途等不同，其生产的方法很多．生产工艺都是以

全都熔融纺丝法为其特征．制造长丝和短纤维原则上有3种方法，即机械拉丝法、离心力拉丝法和流动气体拉丝法，以及3种方法中两种方法的组合．机械拉丝法广泛地用于生产玻

璃长丝，而生产玻璃短纤维则主裹采用离心力拉丝法和流动气体拉丝法．

3·1离心法

离心法系将玻璃置于熔沪内熔融后，流入设置在炉正下方的旋转客器中，借离心力的作用，熔融玻璃通过客器壁上的喷丝孔，被吹散入空气中形成纤维，其纤维直径为3-15urn．这种方法用以制造绝缘纤维和玻璃短纤维．图2是转鼓离心法，还有Hager一Rosengarth离心法和阶式离心法等形式。

3．2流动气体拉丝法

3.2.1火焰喷射法

火焰喷射法（见图3）是使熔融的玻璃从熔融槽下部的多个喷丝孔流出，得到纤维

纲棒状体，然后用高压火焰于垂直方向喷射，使可制得很细的短纤维（通常的直径为3～6微米，最细的为0．3微米）。

3．3．2蒸汽喷射法

蒸汽喷射法是用高压蒸汽将熔融的玻璃吹散制成纤维的方法（如图4）。该法的生产成本较低，但纤维直径呈分散性，多在10微米以上，并且纤维中混有玻璃颗粒，影响玻璃纤

维的质量。此法用于制造绝缘玻璃纤维，也可用于制造纺织用短纤维。在用于制造纺织用短