玻璃纖維成份和性能

生產玻璃纖維的基本原料是：石英砂、臘石、石灰石、白云石，為了熔化以上物質，還要加入硼酸和螢石作助熔劑。玻璃纖維按所含Na2O成分的多少分三類：無堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維、高堿玻璃纖維。無堿玻璃纖維中含有SiO2 55~57%,Al2O3 10~17%,CaO 12~25%,MgO 0~8%,B2O3 8.5%，Na2O 0.5%。中堿玻璃纖維Na2O含量為12%，高堿玻璃纖維Na2O含量為15%，其它成分一樣，含量稍微變動。從性能上看，無堿、中堿、高堿玻璃纖維其強度依次降低、耐久性依次變差、絕緣性依次減弱，只是耐酸性依次增強。無堿玻璃纖維多用于增強和絕緣材料，高堿玻璃纖維多用于稀酸環境，如蓄電池隔板、電鍍槽、酸貯罐、酸過濾材料等，中堿玻璃纖維因價格優勢在中國得到普遍使用。玻璃纖維與金屬相比具有高強度、耐腐蝕、透光性和絕緣性好等特點。

玻璃纖維生產工藝

生產玻璃纖維常用的方法有兩種：池窯法直接拉絲、球法坩鍋拉絲。池窯法直接拉絲是將礦物原料磨細配制送入單元窯,用重油燃燒加熱熔化物料后直接拉絲，具有產量大、質量穩、能耗低的特點，球法坩鍋拉絲是從市場上購進玻璃球然后再通過電加熱熔化拉絲，所用坩鍋有陶土坩鍋、全鉑坩鍋、代鉑坩鍋之分，前者只能用平板碎玻璃生產高堿玻璃纖維，全鉑坩鍋能耐高溫且能制出干凈純凈玻璃纖維，但單爐需鉑銠合金3~4公斤，造價昂貴，現在主要用代鉑坩鍋，即熔化部分為耐高溫陶土材料，拉絲漏板用鉑銠合金材料，單爐用貴金屬0.6 公斤既可，節省造價，但質量不如全鉑坩鍋，適合我國。球法坩鍋拉絲所用漏板為50~800孔，單絲直徑在9微米以下，一般需經過加捻紡織后制成各種玻璃纖維制品，此法能耗大、質量不穩定，但非常靈活，可補充池窯拉絲的一切空白。池窯拉絲用漏板為800~4000孔，單絲直徑在11微米以上。

單絲用浸潤劑涂油保護后集束成原絲，如果用于增強塑料則必需涂覆偶聯劑。浸潤劑的作用是：A浸潤保護作用B粘結集束作用C防止玻璃纖維表面靜電荷的積累D為玻璃纖維提供進一步加工和應用所需要的特性E使玻璃纖維獲得與基材有良好的相容性，五種性能使下游復合材料是有理想的物理、力學、化學、電學以及耐老化等應用性能。偶聯劑是讓無機玻璃材料與有機樹酯材料很好地結合在一起，它們決定著玻璃纖維的技術含量和使用方向。玻璃纖維浸潤劑分為增強型浸潤劑、紡織型浸潤劑和增強型浸潤劑三大類。其配方根據下游要求各不相同。

玻璃纖維制品

玻璃纖維制品可分為無紡制品和織紡制品兩大類，前者包括無捻直接粗紗和各種玻璃纖維氈如原絲短切氈、連續氈、針刺氈、復合氈等，后者可通過機織、編織、針織、縫編等手段制成各種用途的玻璃纖維材料：原絲退解成無捻紗，加捻成單股紗，再合股成紗線，繼續合股可制成纜線或繩索，變形加工可制成膨體紗，以上紗、線、繩即可單獨應用又可借助紡織技術做成各種片狀或立體織物，以滿足多種場合下的工業需要。紡織制品品種多，附加值高，但用量少，只占玻纖制品總量的20%左右，其中又以方格布為主，占三分之二。

單根絲用直徑（微米）量化,紗和線用線密度tex(一公里的克重)量化,片狀物用“克/平方米”和厚度（毫米×1000）量化。

玻璃纖維的增強性能

復合材料由三部分組成：增強相、基體相、界面相。基體相是一種連續相材料，它把改善材料性能的增強材料固化結成一體，并起到傳遞應力的作用，主要包括樹脂、金屬、陶瓷、水泥等幾大類。增強相起承受應力負荷和顯示功能的作用，主要包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、鋼絲等。界面相決定著增強相和基體相的結合力，是復合材料設計的重要技術因素和功能實現因素。

玻璃鋼是最常見也是用量最大的一種復合材料，國外稱玻璃纖維增強塑料，其基體相是高分子樹脂，如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚丙烯酸樹脂等；增強相是各種質地和型號的玻璃纖維制品，如玻璃纖維方格布、短切氈、連續氈、纏繞紗等。界面相通過浸潤劑、偶聯劑及各種助劑實現，如石蠟、淀粉等保護劑、硅烷類偶聯劑等。

纖維玻璃纖維增強塑料（FRP）的生產成本=原料成本+復合成本。其中原料成本，由于石化工業的發達使合成樹脂成本在不斷下降和玻璃纖維池窯拉絲的發展使玻璃纖維成本也在不斷下降，但是，由于技術原因使得復合成本高于原料成本，造成復合材料生產成本過高。玻璃纖維增強塑料可靠性較差也是由于復合技術原因造成的，主要表現在玻璃纖維與合成樹脂分布不均勻，合成樹脂含量很難準確控制，復合界面不良，力學結構不佳，所以亟需技術創新加以突破。縱觀復合材料發展50余年歷史，始終沿著后期復合道路發展，未有突破，要想使復合材料產生質的飛躍，必須突破常規復合機理，采用高新技術在玻璃纖維新生態下進行早期復合，這就是中國人發明的“玻璃纖維復塑絲及玻璃纖維復塑異型材”所倡導的復合材料發展新理念。

在玻璃纖維熔化拉絲過程，利用玻璃纖維的余熱和表面的活性，將合成樹脂復合在新生的玻璃纖維表面上，形成玻璃纖維復合塑絲，達到單纖維精密復合，采用一步生產法制成無機材料與有機材料的復合纖維，實行高速拉絲自動復塑。它將常規的冗長復合工序提前合并在拉絲過程中瞬時完成，由于復合與拉絲同期合并進行，所以成為零工時復合。由于復合工時為零，所以復合勞動成本等于零，則使得復合材料成本接近或等于原料成本，所以稱為低成本新技術。由于實行單纖維精密復合，使得復合材料的界面積為最大——等于所有玻璃纖維表面積之和，所以結合力也最大。消除復合材料內部缺陷，所以提高了復合材料質量和可靠性。

我們知道，常用E級玻璃纖維的工作態抗拉強度為1200Mpa，碳纖維T300的抗拉強度為3500Mpa，因此玻璃纖維只能做普通復合材料使用，而高強度的先進復合材料必須使用碳纖維做增強材料，但是碳纖維價格昂貴，例如T300 720元/kg，如此昂貴的價格阻礙了先進復合材料普及應用。過去人們曾設想，通過改進成份來提高玻璃纖維的強度，但是效果不大，例如S級玻璃纖維只比E級玻璃纖維強度提高30％，但是成本增加4倍。再想提高玻璃纖維的強度，被認為是不可能的事。

但是，深入研究不難發現，玻璃纖維醞藏著一個非常重要的未被利用的特性，那就是玻璃纖維新生態的強度非常高，高于碳纖維：例如：E級玻璃纖維新生態強度為3700Mpa，它比碳纖維T300的強度3500Mpa高出200Mpa。由于玻璃纖維對環境水份非常敏感，抗蝕能力較低，經過水冷卻和浸潤劑處理后，強度大幅下降，再有玻璃纖維表面無保護，因互相摩擦損失，也使強度下降約30％，所以到了玻璃纖維工作狀態時，強度下降12OOMpa，損失了25OOMpa。采用什么樣的技術手段保護玻璃纖維由新生態到工作態強度不下降或少下降？這正是玻璃纖維新生態早期復合技術的有用之處。