了解玻璃纤维(Glass Fibre/Fiberglass)

什么是玻璃纤维

玻璃纤维是指高温熔融状玻璃，在拉引力、离心力或喷吹力的作用下形成的极细的纤维状或丝状的玻璃材料。

玻璃纤维的发展

最早的玻璃纤维是大自然的杰作，当强大的风吹到火山流动的玻璃态熔岩的浪峰时，风把熔岩牵伸拉成纤细的纤维。公元前，腓尼基人就在火山口附近发现了玻璃纤维。1841年，英国人制成玻璃纤维拉丝机。第一次世界大战期间，德国人拖动脚踏车拉制玻璃纤维。20世纪30年代，美国人发明了用铂坩埚拉制连续玻璃纤维的生产技术，玻璃纤维才得以在世界范围内大规模的生产。

1938年，美国的欧文斯·伊利诺伯利公司和康宁工厂联合组成了欧文斯·康宁玻璃纤维公司，它是世界上第一家玻璃纤维企业，为现代的玻璃纤维制造工业的发展奠定了基础。

在1958～1959年期间，美国最大的两家玻璃纤维制造商——欧文斯·康宁公司和匹兹堡平板玻璃公司采用池窑拉丝技术相继建立了玻璃纤维制造厂。

从此，玻璃纤维制造技术由以纺织型玻璃纤维产品为主的传统的坩埚拉丝工艺，逐步过渡到以生产增强型无纺玻璃纤维产品为主的池窑拉丝工艺技术，使得玻璃纤维的生产成本大幅度下降，生产效率大幅度提高，成为玻璃纤维发展史上的一个里程碑。中国的玻璃纤维工业起源于1958年，1965年开始玻璃纤维池窑拉丝制造技术的工业化试验，20世纪70年代初建成我国第一条玻璃纤维池窑拉丝生产线。2004年，中国玻璃纤维的年产量为66万吨，约占世界总产量的1／5，进入玻璃纤维制造大国行列。

玻璃纤维的分类

(1)按玻璃中碱金属氧化物的含量多少来划分

①无碱玻璃纤维

其碱金属氧化物含量小于1％，此种玻璃纤维相当于E玻璃纤维。它有优良的化学稳定性、电绝缘性和力学性能。主要用于增强塑料、电器绝缘材料、橡胶增强材料等。

②中碱玻璃纤维

其碱金属氧化物含量为8％一12％。此种玻璃纤维相当于C玻璃纤维。由于含碱量较高，耐水性就较差，不适宜用作电绝缘材料。但它的化学稳定性较好，尤其是耐酸性能比E玻璃纤维好。虽然机械强度不如E玻璃纤维，但由于来源较E玻璃纤维丰富，而且价格便宜，所以对于机械强度要求不高的一般增强塑料结构件，可用这种玻璃纤维。

③高碱玻璃纤维

其碱金属氧化物含量为14％一15％。此种玻璃纤维相当于A玻璃纤维。它的机械强度、化学稳定性、电绝缘性能都较差。主要用于保温、防水、防潮材料。

④特种成分玻璃纤维

由于在配方中添加了特种氧化物，因而赋予玻璃纤维各种特殊性能。如高强度玻璃(S玻璃)纤维、高弹性模量玻璃(M玻璃)纤维、耐高温玻璃纤维、低介电常数玻璃纤维、抗红外线玻璃纤维、光学玻璃纤维、导电玻璃纤维等。

玻璃纤维的直径越细则强度越高，扭曲性也越好，主要原因是纤维直径越细，其表面裂纹较少而且小，因此拉伸强度随着纤维直径的减小而急剧上升。

增强塑料常用的玻璃纤维直径是6—15um，是属于高中级玻璃纤维类型，此种玻璃纤维拉伸强度一般在1000—3000MPa之间，因而增强塑料有很高的机械强度。对于超级玻璃纤维，由于产量低，成本高，不宜采用。它一般作高级绝缘基材。从强度及成本角度考虑，今后中级玻璃纤维作增强材料将占极大比重。

(2)按纤维长度分类

①连续玻璃纤维主要是用漏板法拉制的长纤维。

②定长玻璃纤维主要是用吹拉法制成长度为300—500mm的纤维，用于制毛纱或毡片。

③玻璃棉主要用离心喷吹法、火焰喷吹法制成长度为150mm以下，类似棉絮的纤维。主要用作保温吸声材料。

玻璃纤维的特点

玻璃纤维的特点是强度高，其抗拉强度可达1000-3000MPa；弹性模量比金属低得多，为(3-5)×104MPa；密度小，为2.5—2.7g/cm3，与铝相近，是钢的1/3；比强度、比模量比钢高；化学稳定性好；不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸声、绝缘等。缺点是脆性较大，耐热性低，250℃以上开始软化。

玻璃纤维的用途

玻璃纤维性能优异，应用场景众多:玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属复合纤维材料，具有成本低、重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀等一系列优点。比强度达到833mpa/gcm3，在常用材料中仅次于碳纤维(1800mpa/gcm3以上)。由于玻璃纤维的量产技术成熟，成本低，子类多，综合性价比明显优于碳纤维。可以根据不同的场景设计不同的产品。因此，玻璃纤维被广泛应用于各种场景，是当今最重要的无机非金属复合材料之一。

土木建筑

在建筑行业中，玻璃纤维已广泛应用于冷却塔、贮水塔、浴缸、浴缸、门窗、头盔及厕所通风设备。另外，由于玻璃纤维不易沾污、隔热、不燃烧，在建筑装饰中应用越来越广泛。玻璃纤维在基础设施中的应用主要包括桥梁、码头、栈桥和滨水构筑物。沿海和海岛建筑易受海水腐蚀，最能发挥玻璃的作用纤维材料的优点。

交通运输

玻璃纤维主要用于航空航天、汽车、火车制造等行业。目前，波音747飞机使用的玻璃纤维复合材料部件总面积已达929平方米。玻璃纤维可用于汽车零部件、汽车整体外壳、渔船等。其工艺简单，防腐，维护频率和维护费用低，使用寿命长。

机械工业

玻璃纤维增强聚苯乙烯塑料的力学性能、尺寸稳定性、耐热性和耐冲击性都有很大的提高。广泛应用于家用电器零部件、外壳等。玻璃纤维增强POM还广泛用于替代有色金属和制造传动部件，如轴承、齿轮和凸轮。

化学工业

化工设备腐蚀严重，玻璃纤维的出现给化工行业带来了光明的前景。玻璃纤维主要用于制造罐、塔、管道、泵、阀、风机等化工设备及配件。用玻璃纤维制造出来的产品耐腐蚀，强度高，使用寿命长，高绝缘等多种优势，像用玻璃纤维和不饱树脂制造的玻璃钢材质的电缆桥架就是其中应用产品之一。

此外，在保温、隔热、加固、过滤等材料上，玻璃纤维也在很大程度上取代了石棉。同时，玻璃纤维还被应用于新能源、环保、旅游、工艺美术等多个方面的开发。