玻璃纤维具有怎样的性能？

我们日常穿的衣物，如羊毛衫、棉毛裤，都是由动物纤维或植物纤维纺织得到的。玻璃纤维，顾名思义是一种玻璃呈纤维状的材料。它种类很多，包括了硅酸盐纤维、硼酸盐纤维、碳化硅晶须等，甚至也包括碳纤维，即所有的非金属纤维。

玻璃纤维制品玻璃纤维纱人类认识纤维的历史很久远。古埃及人在制作陶器的时候，就已经知道从半熔石灰石和碳酸钠混合料中快速抽出一两根纤维，用于装饰当时极为珍贵的陶器表面。20世纪40年代，人们开始用高速旋转的装置从熔融玻璃中抽拉出直径几个微米(一微米为100万分之一米)的连续纤维，并开始将熔融玻璃或其它岩石用火焰喷吹成棉状纤维，开创了现代玻璃纤维工业。

玻璃纤维有许多引人注目的性能：质量轻、强度高、绝缘、防腐、防高温。它的抗拉强度远超过钢铁，可以纺织、缝编，易于与各种材料复合。其重要用途是用来制造纤维增强材料。纤维增强材料就是两种或两种以上的纤维、基材的复合材料，在天然的物质中，这种材料十分罕见，但它却存在于我们的生物肌体中，如骨骼、肌肉纤维等。纤维增强材料的重要特点是具备纤维和基材都不具备的新特征。

光导玻璃纤维的出现和光线传输技术的发展，使光线能够通过光纤穿越遥远的路程，而光纤通讯在网络中的应用，构成了信息时代的基础之一；电绝缘用玻璃纤维也是玻璃纤维中的重要一员，尤其是用玻璃纤维制作的印刷电路板是各类电脑、电器的必备材料；棉状玻璃纤维则在建筑领域大显身手，用它制成的建材轻质、保温、吸音、防火、隔热，满足了现在家庭无噪音、温差小、低能耗的要求。另外还有导电玻璃纤一块普通的电路板维、半导体玻璃纤维和耐辐射玻璃纤维等，在各个方面有着广泛而重要的用途。

一根根细细的玻璃纤维，就这样为我们编织出了一批性能超群的新材料，支撑着各不同领域的发展。

无碱和中碱玻璃纤两类产品的产量占目前玻纤总产量的98%以上，是用途最广泛的两类产品，在玻纤业内，玻璃纤维就泛指无碱和中碱产品，下面简要从性能、生产工艺和应用领域方面对二者做简单对比。1 性能比较1.1力学性能玻璃纤维纱线的强度取决于单纤维的强度，单纤维的强度与其化学组成相关。国际上都是以新生态纤维的强度来代表玻璃的强度，所谓新生态纤维是指玻璃熔体流经拉丝漏板漏嘴后刚形成的纤维。此时的纤维尚未遭受空气中水分的侵蚀，纤维表面微裂纹的数量和尺寸都极小，此时测得的强度较真实。表2给出了无碱、中碱2种玻璃的新生态纤维拉伸强度。无碱玻璃的强度高于中碱玻璃。影响玻璃强度的因素很多，主要有化学成分、纤维直径、存放时间及环境等。对于实际生产中的玻璃纤维产品来说，其强度除与上述因素有关外还与玻璃熔化质量、成型工艺及装备、浸润剂的种类和品质有很大关系。d性模量和断裂伸长率也是反映材料性能的重要指标，玻璃纤维d性模量高、伸长小、并且没有塑性伸长，这是玻璃纤维的特性。d性模量和断裂伸长率主要取决于玻璃成分，与纤维直径关系不大。1.2化学稳定性化学稳定性是指玻璃抵抗水、酸、碱等介质侵蚀的能力。通常以受介质侵蚀前后的质量损失、析出的碱量及进入侵蚀介质中的玻璃组分、强度损失和直径减少率等指标来衡量。无碱玻璃在水中的失重和析碱量都低于中碱玻璃，表明无碱玻璃的耐水性优于中碱玻璃。在酸性溶液中，中碱玻璃的失重远低于无碱玻璃，说明中碱玻璃的耐酸性明显优于无碱玻璃。无论是失重还是溶出硅离子浓度，无碱玻璃都高于中碱玻璃，可以看出中碱玻璃的耐碱性略好于无碱玻璃。2 生产工艺比较目前无碱和中碱玻纤的生产工艺大体分为两种，一种是池窑法，另一种是坩埚法。以下就原料配方及原料种类、熔制工艺和拉丝成型三个主要工艺环节加以简单比较。2.1玻璃配方及原料种类无碱成分是指碱金属氧化物含量小于1%的硼铝硅酸盐玻璃成分，以SiO2、Al2O3、CaO三元系统为基础，国际上通常叫做“E”玻璃。最初是为电气应用研制的，但今天无碱玻璃纤维的应用范围已远远超出了电气用途，成为一种通用配方。表6给出了目前国际通用的无碱玻璃配方。无碱玻璃纤维的主要原料为：叶腊石，引入Al2O3和Si02硼钙石，引入B2O3和CaO石灰石，引入CaO。辅助原料：纯碱，引入R2O3芒硝，作为助熔剂，同时引入R20萤石，助溶剂，同时引入CaO和F-。中碱玻璃成分是在Na20—CaO—SiOz三元系统基础上发展起来的钠钙硅酸盐玻璃，1964年我国中碱玻璃5#成分投入工业生产，因其具有较好的化学稳定性和力学性能，至今仍是我国中碱玻璃的通用成分。中碱玻璃的主要原料为：石英砂，引入SiO2钠石，引入Si02、A1203、Na20白云石，引入CaO和Mg方解石，主要引入CaO FezO3纯碱，主要引入R20。辅助原料为：萤石，助溶剂，同时引入CaO和F-硝酸钠，助溶剂，同时引人Na2O氧化砷，氧化剂，引人As2O3。2.2熔制工艺无碱和中碱玻璃的熔制主要采用单元窑和马蹄焰窑两种窑型，单元窑一般应用于无碱池窑拉丝工艺，马蹄焰窑一般作为纤维用玻璃球窑，也有少数作为中碱池窑拉丝工艺的窑型。目前池窑直接拉丝法生产的无碱玻纤产量已超过玻纤总产量的70%，池窑拉丝工艺已经成为无碱玻纤的主要生产工艺。无碱池窑拉丝用窑为单元窑，它是一种窑池狭长，用横穿炉膛的火焰燃烧的窑炉，通常是用金属换热器对热能进行回收利用。在单元窑内的玻璃熔化、澄清行程长，比其他窑型在窑内停留时间长，适合熔制难熔和质量要求高的玻璃。无碱单元窑的主要燃料为天然气、重油和液化石油气。表8给出了无碱池窑拉丝用单元窑的主要技术指标。中碱玻璃纤维目前以坩埚法生产为主，约占中碱产品总产能的75%，2008年中碱玻纤的产量约为47万吨，其中池窑法12万吨，坩埚法35万吨。中碱坩埚法拉丝是以中碱玻璃球为原料，中间玻璃球是通过玻璃球窑熔制生产的，中碱球窑一般为马蹄焰池窑。马蹄焰窑属蓄热室池窑，蓄热室布置在窑炉前端，火焰覆盖面积大，火焰形状为马蹄型。池窑直接拉丝法生产中碱玻纤近几年也有较快发展，窑型也多为马蹄焰窑，目前全国在产的池窑已有6座。因中碱玻璃含碱量较高，单位玻璃液熔化能耗要低于无碱，可以用热值较低的发生炉煤气为燃料，这就大大降低了生产成本，天然气、重油和液化石油气也中碱玻璃熔制的主要燃料。电助熔和鼓泡工艺在无碱单元窑和中碱马蹄焰窑中都已广泛应用，纯氧燃烧技术已经在无碱单元窑上逐步应用，节能效果明显，环保效益显著。

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