玻璃纤维论文

玻璃纤维

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为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 ，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。

玻璃一般人的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。原料及其应用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。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：(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。(11)不易燃烧，高温下可熔成玻璃状小珠。

其主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，根据玻璃中碱含量的多少，可分为无碱玻璃纤维（氧化钠0%～2%，属铝硼硅酸盐玻璃）、中碱玻璃纤维（氧化钠8%～12%,属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃）和高碱玻璃纤维（氧化钠13%以上，属钠钙硅酸盐玻璃）。

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。玻璃纤维按组成、性质和用途，分为不同的级别。按标准级规定(见表)，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。

玻璃纤维的拉伸强度高，伸长小(3%)，测试方法标准有：GB/T14338-1993合成短纤维卷曲性试验方法，GB/T 15232-1994 纺织玻璃纤维毡拉伸断裂强力的测定，GB/7689.5玻璃纤维拉伸断裂强力和断裂伸长的测定，GB T15232-1994纺织玻璃纤维毡拉伸断裂强力的测定，GB/T 7689.5-2001|增强材料机织物试验方法第5部分：玻璃纤维拉伸断裂强力和断裂伸长的测定等等。单纤维强伸性能试验要采用能测试玻璃纤维的高强高模纤维强力仪。

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）玻璃布我国生产的玻璃布，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。

(8) 玻璃纤维绝缘套管以玻璃纤维纱编织成管。并涂以树脂材料制成的各种绝缘等级的套管. 有PVC树脂玻纤漆管。丙烯酸玻纤漆管,硅树脂玻纤漆管等

玻璃纤维布主要用途玻璃钢行业（约占70%）。建筑行业也有用玻璃纤维布的，主要作用就是增加强度。也作建筑外墙保温层，内墙装饰，内墙防潮防火等。

玻璃纤维作用：1.增强刚性和硬度，玻纤的增加可以提高塑料的强度和刚性，但是同样的塑料的韧性会下降。例子：弯曲模量；2、提高耐热性和热变形温度；以尼龙为例，增加了玻纤的尼龙，热变形性温度至少提高两倍以上，一般的玻纤增强尼龙耐温都可以达到220度以上 3、提高尺寸稳定性，降低收缩率； 4、减少翘曲变形； 5、减少蠕变； 6、对阻燃性能因为烛芯效应，会干扰阻燃体系，影响阻燃效果； 7、降低表面的光泽度； 8、增加吸湿性；9、玻纤处理：玻纤的长短直接影响材料的脆性的。玻纤如果处理不好，短纤会降低冲击强度，长纤处理好会提高冲击强度。要使得材料脆性不至于下降很大，就要选择一定长度的玻纤。要获得好的冲击强度，玻纤的表面处理和玻纤的长度至关重要！

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%。长远来看，中东、亚太基础设施的加强和改造，对玻纤需求增加了很大的数量，随着全球在玻纤改性塑料、运动器材、航空航天等方面对玻纤的需求不断增长，玻纤行业前景仍然乐观。另外玻纤的应用领域又扩展到风电市场，这可能是玻纤未来发展的一个亮点。能源危机促使各国寻求新能源，风能成为近年来关注的一个焦点，中国在风电领域也开始加大力度投资。到2020年，国内在风力发电领域将投资3500亿元，其中，20%（即700亿元）左右的领域需要使用玻纤（如风机叶片等方面）。这对中国玻纤企业来说是一个很大的市场。