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玻璃纖維的發展和應用全面介紹
2020-03-14 14:06:36
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玻璃纖維: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。

玻璃纖維復合材料分類玻璃纖維復合設備

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、高彈性模量和耐堿抗堿玻璃纖維等。

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,再以多種方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。

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,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。

玻璃纖維的分類方法很多,一般可從玻璃原料成分、單絲直徑、纖維外觀及纖維特性等方面進行分類。

(1)一般以不同的堿金屬氧化物含量來區分。

無堿玻璃纖維

中堿玻璃纖維(C玻璃纖維)

高堿玻璃纖維(A玻璃纖維)

(2) 以單絲直徑分類

玻璃纖維單絲呈圓柱形,以其直徑的不同可以分成幾種:

粗纖維: 30μm;初級纖維:20μm

中級纖維:10μm~20μm;

高級纖維:3μm~10μm(亦稱紡織纖維);

超細纖維:單絲直徑小于4μm。單絲直徑的不同,不僅纖維的性能有差異,而且影響到纖維的生產工藝、產量和成本。一般5μm-10μm纖維作為紡織制品用;10μm-14μm的纖維一般做無捻粗紗、無紡布、短切纖維氈等較為適宜。

(3)按纖維性能分類

這是一類為適應特殊使用要求,新發展起來的,纖維本身具有某些特殊優異性能的新型玻璃纖維,大致可分為:

高強玻璃纖維;

高模量玻璃纖維;

耐高溫玻璃纖維;

耐堿玻璃纖維;

耐酸玻璃纖維;

普通玻璃纖維

光學纖維;

低介電常數玻璃纖維;

導電纖維等

玻璃纖維復合材料特點

玻璃纖維比有機纖維耐溫高,不燃,抗腐,隔熱、隔音性好,抗拉強度高,電絕緣性好。但性脆,耐磨性較差。用來制造增強塑料或增強橡膠,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.其特性列舉如下:

(1)拉伸強度高,伸長小。

(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)抗疲勞性

槳葉采用玻璃纖維等不同結構形成,具有抗疲勞性,使直升飛機在高空中保持穩定,平行,充分發揮復合材料的結構特性。

(11)不易燃燒,高溫下可熔成玻璃狀小珠

玻璃纖維復合材料與傳統材料相比,有兩個主要特點即性能可設計性和材料與構件成型的一致性。玻璃纖維復合材料所期望的復合效果是原材料的性能互補,并產生疊加效果,從而具備一些原材料所不具備的優異的物理、化學性能。

玻璃纖維復合材料的應用

玻璃纖維與有機纖維相比,玻璃纖維耐溫高、不燃、抗腐,隔熱、隔音性好,抗拉強度高,電絕緣性好。但缺點是性脆,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,用來制造增強塑料或增強橡膠、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。

其次連續玻璃纖維是通過鉑合金板以機械拉絲方法拉制的無限長的纖維,通稱長纖維。定長玻璃纖維是通過輥筒或氣流制成的非連續纖維,又稱短纖維。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。

最后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。

玻璃纖維在航空航天領域的應用

航空航天領域薈萃了當今世界上最新進的科技成果,也是新材料科技水平的集中展示,高性能玻璃纖維復合材料已成為航空航天工業不可或缺的一種材料,與鋁合金,鋼和鈦合金3大金屬材料共同成為支撐航天事業發展的基石。

在航空上,無論是民用客機還是軍用飛機都使用了玻纖復合材料,玻纖增強材料有效的減輕了飛機質量,提高了商用載荷,節約了能源,達到了質輕美觀的效果。它具有耐腐蝕,耐高溫,耐輻射,阻燃,抗老化的性能。

玻璃纖維在電工絕緣領域的應用

由于玻璃纖維復合材料具有重量輕、強度高、絕緣性好、耐疲勞、耐腐蝕、加工成型方便、易維護等特點,在電力行業得到了廣泛應用。在電力行業的應用除傳統輸變電設備、設施外,玻璃鋼桿塔和復合電纜芯成為行業關注的熱點之一。電工絕緣材料產品可分為8類,而與玻璃纖維相關的就有6類,也這是足以說明玻璃纖維在這一行業的應用之廣泛。這6類包括:

(1)絕緣浸漬制品

(2)玻璃纖維增強塑料層壓制品

(3)玻璃纖維模塑料

(4)云母制品

(5)絕緣粘貼和復制制品

(6)電磁線

玻璃纖維在環境領域的應用

生態環境是人類生存和發展所必須的生態因素,我國政府明確指出保護環境是我國長期堅持的基本國策,玻璃纖維因其優良的各項性能在大氣,水,生物,土壤等環境領域均有著較為廣闊的應用。

例如玻璃纖維過濾材料在改善廢氣,成分,降低粉塵排放量等方面做出了了相當大的貢獻。此外一種玻璃纖維空氣過濾紙,用于空氣調節系統中可以除去空氣中的異味,從而達到凈化空氣的目的。玻璃纖維在水環境和土壤環境一有很好的應用,,它與有機纖維材料結合加工成土工材料可用于防水土流失。

玻璃纖維在生物醫學領域的應用

由于玻璃纖維的優良性能使玻璃纖維織物具有強度高,不吸濕,尺寸穩定等特點,因而可在生物醫學領域用作矯形和修復材料,牙科材料,醫用器材等。

與傳統的棉布石膏繃帶相比,玻璃纖維織物與各種樹脂制作的矯形繃帶克服了以往繃帶強度低,吸濕,尺寸不穩定等特點。另外實踐證明,玻纖膜濾器對白細胞有著很強的吸附能力和捕獲能力,具有很高的白細胞去除率,而且作業穩定性極好。另外,玻璃纖維用作呼吸器的濾毒器已有多年歷史,這種濾材對空氣的阻力極小,細菌過濾效率很高。

玻璃纖維在建筑材料領域的應用

玻璃纖維增強水泥

眾所周知,以水泥為基礎的建筑材料突出的特點是抗壓性強度高而抗彎,抗拉強度和抗沖擊強度低,隨著人們對玻璃纖維的深入研究和開發,耐堿玻璃纖維的問世,便產生了一種新型的克服水泥基體缺陷的玻璃纖維增強水泥材料,這種材料不僅可以提高水泥基體的抗彎,抗拉強度,還可以提高其抗沖擊強度。

玻璃鋼具備輕質高強的主要特點,耐熱性,耐堿性,耐腐蝕性以及電絕緣性都很良好。玻璃鋼在建筑材料的應用有采光,衛生,裝飾裝修,給排水,采暖通風,圍護土木,電氣,工裝器具等。

玻璃纖維在汽車工業的應用

玻璃纖維及其復合材料具有輕質,高強度,耐腐蝕等優點,在汽車工業中應用可以減輕汽車重量,提高汽車性能,降低汽車零部件的制造成本,加快汽車的裝配速度,節省燃料。所以汽車廠商歷來歷來都很重視在汽車中使用玻璃纖維及其復合材料。

玻璃纖維及其復合材料在汽車中可用來制作:前端板、空調管、排氣門、發動機罩、保險杠、行李箱蓋、車身板、車頂內板、底盤、座位構件、儀表盤、消音器、尾氣過濾、燃料氣瓶、內飾材料、摩擦材料等等。

玻璃纖維未來發展領域預測

玻璃纖維應用領域不斷拓寬

⑴能源建設

⑵交通運輸

⑶建筑工程

⑷石油化工

⑸水處理工程

⑹航空及高科技領域 

玻璃纖維應用領域不斷拓寬,玻纖及其復合材料,以其輕質高強等特性,可推動相關行業的節能減排。建筑業和交通運輸業是玻璃纖維用量最大的應用領域,同時,電子信息、新能源和電力等行業對玻璃纖維的需求也將持續增長。


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