玻璃纤维的历史

玻璃纤维已成为当今世界无处不在的产品。您几乎可以肯定家里（甚至上面）有几种玻璃纤维产品。2020年，全球玻璃纤维总需求量达107亿磅。然而，就在 100 年前，总需求几乎为零。 那么我们是怎么到这里的呢？这篇文章讲述了玻璃纤维的创造以及它如何成为最重要的工业产品之一的引人入胜的故事。 在深入之前，我们应该首先澄清我们的条款。“玻璃纤维”实际上用来指代两种截然不同的事物。有时，该术语指的是玻璃纤维，例如在绝缘材料中。另一方面，该术语也用于指代玻璃纤维和聚合物基体的组合，如快艇的玻璃纤维船体。后者更准确的术语是“FRP”或“纤维增强聚合物”。我们将在下文中使用该术语以避免混淆。

玻璃纤维的早期实验

如果您曾经有机会看到玻璃吹制工在工作，也许您已经看到熔融玻璃被拉成令人惊讶的细丝。这没有什么特别具有挑战性的。我们知道古埃及人、腓尼基人和希腊人知道如何制作精致的玻璃线并将它们用于装饰目的。但是手工制作一些原丝和生产大量非常细的玻璃纤维是两回事。在 1800 年代，各地的人们开始尝试使用技术来实现这种更难的结果。美国第一个生产玻璃纤维的专利于 1880 年颁发给了 Hermann Hammesfahr。他开发了一种由玻璃纤维和丝绸织成的布。他的专利被俄亥俄州托莱多的 Libbey Glass 购买，该公司生产灯罩和用布料制成的裙子，将在 1893 年芝加哥世界博览会上展出。这件衣服受到了很多关注，但商业应用还需要等待进一步的开发。

一个关键的突破

这些发展发生在 1932 年。由于经济衰退降低了对玻璃瓶的需求，位于俄亥俄州托莱多的玻璃制造商 Owens-Illinois 感受到了经济萧条。该公司的工程师 Games Slayter 正在研究生产玻璃纤维的方法，以此作为寻找玻璃新市场的战略。 Owens-Illinois 的另一名员工 Dale Kleist 正在试验使用从最初设计用于喷涂熔融青铜的喷枪喷出的熔融玻璃将玻璃块熔合在一起。然而，当他试图喷射玻璃时，喷枪喷出的却是细碎的玻璃丝。Slayter 立即看到了这一意外发现的潜力，并磨练了高效廉价地生产大量玻璃纤维的工艺，该工艺于 1933 年获得专利。 Slayter 用这些新型玻璃纤维制造的第一个产品是空气过滤器，它于 1932 年上市。这是第一个商业上成功的玻璃纤维产品。与此同时，纽约康宁玻璃公司也在研究生产玻璃纤维的方法。该公司与 Owens-Illinois 接洽合作进行研究。1938 年，这些公司成立了欧文斯科宁玻璃纤维公司（他们的产品名称只有一个“s”），继续完善工业玻璃纤维生产技术。

玻璃钢的创建

在发现商业化生产玻璃纤维的方法后不久，工程师们就意识到将其用作复合材料中的增强材料的潜力。这个想法本身并不新鲜。化学家 Leo Baekeland 于 1907 年发明了第一种合成塑料胶木，他使用石棉纤维来增强产品。第二次世界大战期间，玻璃纤维被嵌入各种树脂中，从而创造出第一个使用玻璃纤维的 FRP 实例。早期的例子专门用于军事应用，特别是飞机零件。 1943 年，American Cyanamid 生产的名为 Laminac 的聚酯树脂的开发取得了重大突破。之前的聚合物必须用高温固化，而这种聚合物可以在室温下使用和固化（使用硬化剂添加剂）。这使得 FRP 的制造具有更大的灵活性。在这种树脂问世后不久，第一艘 FRP 船由 Ray Greene 在托​​莱多建造。1945 年，一辆名为圣甲虫的 FRP 汽车原型被制造出来并在全国范围内行驶。在 1950 年代，使用玻璃纤维的 FRP 逐渐扩展到我们今天与之相关的产品范围。

今天的玻璃纤维

自 Kleist 和 Slayter 的创新以来，制造玻璃纤维的过程发生了一些变化。他们使熔融玻璃流经受加压空气或蒸汽的方法仍在使用，但形式有所更新。更常见的生产方法包括迫使熔融玻璃通过微小的喷嘴形成细玻璃丝，然后将其拉入线轴。根据成品的应用，生产不同种类的玻璃纤维。例如，用于绝缘的玻璃纤维的制造方式是在玻璃中捕获大量空气。这对于用于绝缘的产品具有明显的优势。某些类型的类别具有更高的抗拉强度，而其他类别的配方则特别耐某些化学品或环境条件。玻璃纤维最常见的应用是在建筑行业。大多数新房都使用玻璃纤维棉絮进行隔热，标准沥青瓦也包含玻璃纤维增​​强材料。 此外，玻璃纤维与树脂结合用于许多需要坚固、轻便和高度耐用材料的应用中。这包括汽车和航空业的组件、造船、体育用品、储罐、淋浴间和许多其他示例。 由于这种多功能复合材料的有用特性，FRP 在建筑和工业中的使用不断扩大。