作者：徐凤，聂琼，徐 红
来源：《轻纺工业与技术》 2011年第5期
徐 凤，聂 琼，徐 红
（新疆大学， 新疆 乌鲁木齐 830046）
【摘要】 在充分分析玻璃纤维的成分与性能的基础上，探讨了玻璃纤维的应用领域，重点分析了玻璃纤维的制造工艺，从而可以更好地满足玻璃纤维在各领域的需求。
【关键词】 玻璃纤维；复合材料；无碱玻璃纤维；熔化
中图分类号： TS102.52+7 文献标识码： B
文章编号： 2095-0101（2011）05-0040-02
玻璃纤维是第一代纤维增强塑料。它通常作为复合材料中的增强材料、电绝缘材料和绝热保温材料和电路基板等，广泛应用于国民经济各个领域。第二次世界大战以后，玻璃纤维得到广泛应用。玻璃纤维可用于制造防火织物和工业用的过滤器，还可制成粗衬，用来加固做船壳及汽车车身用的塑料。此外，玻璃纤维还可以制造松软的玻璃棉。
1
玻璃纤维的成份
玻璃纤维的成份有如下几种，各有其特性。
1.1
E-玻璃（无碱玻璃）
E-玻璃（无碱玻璃）是目前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。
1.2
C-玻璃（中碱玻璃）
C-玻璃（中碱玻璃）的特点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%，在国内，广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，其价格低于无碱玻璃纤维。中碱无捻玻璃纤维纱主要品种的主要指标规格参数见表1。
1.3
高强玻璃纤维
高强玻璃纤维的特点是高强度、高模量，用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、航空、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。
1.4
AR玻璃纤维（耐碱玻璃纤维）
AR玻璃纤维（耐碱玻璃纤维）主要是为了增强水泥而研制的。
1.5
A玻璃（高碱玻璃）
A玻璃（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。
1.6
E-CR玻璃
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。
1.7
D玻璃（低介电玻璃）
D玻璃（低介电玻璃）主要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份的玻璃纤维，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。
2
玻璃纤维的性能
2.1
物理性能
表2给出了玻璃纤维、碳纤维和部分常用纺织纤维及金属材料的主要性能。其物理性能主要表现在密度、断裂强度、尺寸稳定性和硬度四个方面，具体如下。
2.1.1
密度
玻璃纤维的密度高于有机纤维，但低于金属纤维。
2.1.2
断裂强度
玻璃纤维具有较高的拉伸强度，在相同重量时，其断裂强度比钢丝高2～4倍。因而人们又称它为玻璃钢。
2.1.3
尺寸稳定性
玻璃纤维不会因环境温度变化而变形，最大伸长率仅为3％。玻璃纤维的应力应变之间保持线性关系，直至断裂。
2.1.4
硬度
玻璃纤维的硬度较高，约为锦纶的15倍。玻璃纤维的硬度与其固有的脆性相结合，构成了突出的低弯曲阻抗性。在对玻璃纤维进行纺织加工的过程中，玻璃纤维会受到弯曲应力，为了提高纤维的弯曲阻抗性，其直径减小。
2.2
化学性能
玻璃纤维是一种无机纤维，它本身不会引起燃烧，并且有很好的耐热性，这在纺织纤维中是很独特的。玻璃纤维在较低的温度下受热，其性能虽变化不大，但会引起收缩现象。玻璃纤维的导热系数非常小，因而它常用于管道和容器的隔热，以及作为成型件的绝缘壳；玻璃纤维对腐蚀性化学品如酸和碱，有很好的阻抗作用，它几乎不受有机溶剂的影响，并对大多数无机化合物是稳定的；玻璃纤维具有高的比电阻和低的电介质常数。玻璃纤维的电性能主要取决于玻璃的化学成分，特别是碱氧化物的含量；玻璃纤维具有耐老化、防腐、防霉、抗紫外线辐射等性能。采用合适的表面处理剂，可以改善玻璃纤维的加工性能。
玻璃纤维也存在一些由于其本身化学性质所带来的性能方面的缺陷，如玻璃纤维脆性大，耐磨性差，柔软性差，不耐弯曲。纤维断落的纤维头，触及人体使人难受，使皮肤发痒。另外，玻璃纤维吸湿性差，染色困难，制造成本较高。
3
玻璃纤维的制造工艺
玻璃纤维的制造工艺先经过熔融，然后再是纤化，除了制成球和棒的形状外，一般是直接进行纤化的，它有三种纤化工艺。
拉丝法——有长丝喷嘴拉丝法（最主要的方法）、玻璃棒拉丝法、熔体滴拉丝法；
离心法——转鼓离心法、阶梯离心法、水平瓷盘离心法；
吹喷法——吹喷法、喷嘴吹喷法。
这几种纤化工艺也可以联合使用，如离心—吹喷法等。
经过纤化之后，再到后加工。纺织玻璃纤维的后加工必须分两大步骤。其一是用润滑剂、胶粘剂进行上浆处理，即在纤维生产中，合并在一起的玻璃长丝在卷绕前要上浆，短纤维在收集与孔眼转鼓前要喷润滑剂。其二是要做进一步的加工，按玻璃短纤维和玻璃短纤维粗纱的不同情况，有如下步骤：
玻璃短纤维：玻璃长丝和玻璃长丝捻线——纺织玻璃垫——纺织玻璃丝还圈纱——玻璃短纤维粗纱——纺织玻璃粗纱织物——纺织切断玻璃丝——纺织玻璃短纤维；
玻璃短纤维粗纱：玻璃短纤维纱和玻璃短纤维股线——纺织玻璃丝织物——针织玻璃丝织物——玻璃丝非制造布——玻璃丝圈筒状织物——玻璃丝绳。
绝缘材料一般比较均匀，因此通常采用粘合法来加工绝缘纤维，其制造为毡、板、管等。
4
结 语
玻璃纤维是一种技术密集、投资巨大的工业产品。由于它优异的物理机械等性能，现已应用于很多领域。近十年来对高性能纤维的需求增长了近10倍。据估计，未来十年中高性能纺织纤维的年增长率为15%～20％。同时世界玻纤工业生产规模日趋大型化，技术进步越来越快，生产效率大大提高，目前单窑产量最大的可达每年5.5×104 t，池窑法生产的玻璃纤维产量占总量的95％以上。为促进我国玻璃纤维产业的发展，今后应对玻璃纤维国内外市场产品结构、
高附加值高科技产品的深层开发及玻璃纤维工业竞争有待进一步分析、研究，逐步缩小我国玻璃纤维产业与世界的差距，从而满足日益发展的国内复合材料工业和电子工业的要求，尤其是要提高在国内高端部分市场的份额及出口创汇方面取得新的突破。
参考文献
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