• 2025-12-29 13:51

玻璃纤维的新用途

    2004年,我国大陆玻璃纤维总产量已达到65.25万吨,创历史高记录,已将日本及英国远远地甩在了后面,也超过了法国,正在紧追美国,成了名副其实的玻纤第二生产大国,但还不是技术强国。
    众所周知,玻璃纤维是无机非金属材料中的一种新型功能材料和结构材料。由于它具有耐高温、抗腐蚀、强度高、比重轻 、吸湿低、延伸小及绝缘好等一系列优异特性,在我国诞生四十七年来,除促使传统工业、农业及建筑业等技术改造及产品更新换代外,目前已广泛应用于电子、通讯、核能、航空、航天、兵器、舰艇及海洋开发、遗传工程等高新技术产业,成为我国二十一世纪不可缺少的可持续发展的高新技术材料。
1、历史的教训值得注意
    回顾我国玻璃纤维工业发展史,由于没有根据玻璃纤维的特性,单纯经济观点,盲目推广应用,曾有过惨痛的教训。
    记得我国大陆玻璃纤维诞生初期,恰逢所谓“三年自然灾害”期间。当时民用棉布全部凭票供应,十分紧缺。有的玻璃纤维生产厂家,从本企业经济效益出发,借此机会大作广告,买玻璃纤维布不收布票,大肆推销库存的玻璃纤维布。
    当时,上海两家大的商场――中百一店及永安公司的棉布柜台上,卖起了玻璃纤维寿衣布及蚊帐布。由于玻璃纤维耐温高,尸体穿上玻璃纤维寿衣,推进焚尸炉后不易火化,终于被殡仪馆火葬工发现,才发出了禁用通告。另外,玻璃纤维既不耐折又不耐磨,而用作蚊账,恰恰是天天既要折又要磨,被折断和磨碎的玻璃纤维毛羽,不断地飞扬掉落在赤臂露腿汗水淋淋的人身上,弄得浑身上下奇痒无比。一刹那广为传播,成为笑谈。但在广大市民的心目中留下了极坏的印象,几乎是到了谈玻璃纤维色变的程度。当然,这种商品立即退出了商场的柜台,但使其它合理应用也受到阻碍。
    目前,我国大陆玻璃纤维工业已发展到池窑拉丝法占主流地位,但十分遗憾的是还有一些小玻纤企业,为了牟取暴利,竟用陶土坩埚生产高碱玻璃纤维,用于玻璃钢制品、增强石膏制品、增强水泥制品及管道包扎布等领域。原建材局、经贸委及玻璃纤维工业协会自1984年起,曾多次发文明令禁止,但还是久禁不止。
    陶土坩埚拉出来的丝,直径粗,且变化大,不匀率相当高。同时,高碱玻璃纤维的化学稳定性差、尤其是耐水、耐碱性更差、不绝缘、强度低,所以不能用作增强石膏、增强水泥制品,也不能用作普通玻璃钢制品,更不能作电绝缘制品。
    据悉,不久前,某市游乐场所高速运转的大型玻璃钢座船,因采用陶土坩埚生产的高碱玻璃纤维制作,结果发生粉碎性折断事故,当时座船内两个游客,一死一重伤。这是个血淋淋的教训,应该引起全行业的高度重视。
2、外面的很精彩
    据报道,目前国外玻璃纤维工业已经发展到拥有4000多个玻璃纤维品种,60000多个规格用途,并且还在以每年平均增长1000多个规格用途的速度向前发展,可以毫不夸张地说,它的“足迹”,已经上到九天“揽月”,下到五洋“捉鳖”。
    国外玻璃纤维制品,按用途划分基本上可以分为四大类:增强热固性塑料用玻璃纤维增强制品、增强热塑性塑料用玻璃纤维增强制品、增强沥青用玻璃纤维增强制品及玻璃纤维纺织制品。
    据悉,2003年玻璃纤维总产能已达到300万吨,但实际生产总量为250万吨。其中增强热固性塑料用玻璃纤维制品约100万吨,增强热塑性塑料用玻璃纤维制品约70万吨,还有增强沥青用玻璃纤维增强制品及玻璃纤维纺织制品合计80万吨。
    从总体上看,国外玻璃纤维增强制品约占70-75%,玻璃纤维纺织制品只占25-30%。但是,必须指出的是,国外玻璃纤维纺织纱中有膨体纱、混纺纱、浸渍纱、膜材用纱、铝液过滤纱、耐热缝纫纱、高强度纱、高硅氧纱及高弹性模量纺织纱等。国外玻璃纤维织物中又有机织物、针织机、网格织物、缝编织物及多轴向织物等,是所有玻璃纤维制品中,品种规格多、发展速度快的一类玻璃纤维制品。
    据国外报道,2000年全已拥有100多亿台各种类型的微型计算机,在各国国民经济的各个部门和人们生活的各个方面广泛应用。作为微型计算机的核心元件――负责制电路板的基础材料,就是电子级玻璃纤维。由于微型计算机及其它电子工业的迅猛发展,对玻璃纤维的需求量也越来越大,年递增量高达10-15%。采用玻璃纤维作工业计算机的数据传输线,其传输能力高。一根玻璃纤维光缆可以同时传输若干信号,还能抗电磁干扰,尤为可贵的是保密性好。
    据称,日本的富士通公司和德国的西门子公司在上先将玻璃纤维光缆用于工业电子计算机。此后,这两家公司联合研制的数字控制系统,就全部采用玻璃纤维光缆传输数据信息。采用玻璃纤维光缆的技术经济指标要大大超过微波电路和载波电路。
    玻璃纤维用于计算机,使人类处理信息的速度提高了六、七个数量级,它与传统的信息传输介质对比,玻璃纤维的频带宽、信息容量大。在光通讯技术中,应用光波作为信息载体,它的频率高达1013~1015赫,比微波还要高出1000多倍,一根直径只有四毫米的玻璃纤维光缆能够同时传输一万路电话。另外,光导玻璃纤维的损耗小,中继距离长。
    美国康宁公司生产的单模光纤的损耗只有0.16dB/km,中继距离可以达到30~35公里,而一般同轴电缆和海底电缆的中继距离,分别只能达到2公里和5公里。尤为可贵的是光导玻璃纤维能抗干扰,且保密性好。光纤通讯不受外界电磁波干扰,信息不会失真,光缆内部光波相互之间不会串话,传输特性稳定可靠,不会产生电磁感应,所以不易补窃听。
    光纤还可以在狭小空间中进行测量。这是国为光纤的直径可以小到100微米,具有可挠性。因此,可以在狭小的空间弯曲进行测量。美国杜邦公司已经研制成功一咱直径仅200微光的光纤,其截面积小到10-2~10-5平方毫米,可以用于高分辨率测量和高分辨率图象传输,目前已经用在宇宙飞船中。
    截至二十世纪,各国已向宇宙发射了地球资源卫星、气象卫星、通讯卫星、科学卫星、电视卫星及侦察卫星等3000多颗卫星。我国大陆也陆续发射成功数十颗各种类型的人造卫星,并且已经成为上第三个掌握卫星回收技术的。这里应该指出的是,玻璃纤维功不可设。玻璃纤维及其制品,除用作卫星和地面站进行微波通讯用抛物面天线外,还用作宇航服、宇宙飞船的结构材料、烧蚀材料和隔热材料。
    据悉,全已经建造了很多的玻璃纤维膜材建筑物,较著名的有沙特阿拉伯的吉达国际机场候机室、美国庞蒂亚克的“银顶体育场”、英国伦敦的“千禧宫”、意大利巴里市体育场、阿联酋迪拜海滩旅馆及马来西亚的哥拉萨马拉汉清真寺等。
    美国杜邦公司在玻璃纤维布上涂敷聚四氟乙烯(PTFE),制成裸装防化服。美国特列尼克公司用此布作化学实验室的防酸帘、喷漆防护帘、化学品密封件等。土耳其玻璃纤维氟隆公司、印度乌尔佳产品公司的PTFE涂涂层玻纤布,在化工厂用作阻隔飞溅化学品和化学烟雾的防护帘及化工人员的防护服等。德国德拉格韦克公司还研制成功一种可用作防毒面罩的涂层织物,该织物是在玻纤布上涂覆聚氯乙烯和有机硅树脂而制成。
    荷兰3C碳和陶瓷公司研制成功一种碳化的玻纤导电织物。在这种织物的每一根纤维上涂上几纳米厚的碳。碳赋于织物导电性能因而产生电阻,使织物充当一种电加热介质,用于民用和工业加热用途。
    美国奥斯订市电源公司还研制成功一种铅玻璃纤维布电池。它是把传统的铅酸蓄电池的板栅改为铅玻璃纤维布极板,而铅布是用镀铅玻璃纤维纱织造而成。这种铅布电池用于电动汽车在国外很受欢迎。另外,由于它能屏蔽射线,所以可以用作接触射线的工作人员的防护服。
    玻璃纤维及其制品还在核能技术开发中大显身手,被称为必不可少的绝缘材料、结构材料和绝热材料。不含氧化硼的耐辐射玻璃纤维,已经用作核反应堆内探测器电缆的绝缘材料及其它高温导线的绝缘材料。这种耐辐射玻璃纤维,在累计中子通量为1×1020中子/cm2、累计r射线剂量达1×1011伦琴、工作温度达到550℃的长期辐照条件下,绝缘电阻仍然保持在106Ω/m,比石英纤维还高一个数量级。
    总之,国外玻璃纤维品种多、发展快、技术含量高,已经完全渗入国民经济各个工业部门,成为一种新型功能材料、结构材料和不可替代的可持续发展的高新技术材料。
3、开拓玻璃纤维新用途的途径
    众所周知,玻璃纤维具有耐高温、抗腐蚀、强度高、比重轻、吸湿低、延伸小及绝缘好等一系列优异特性。但是,它也有一些致命的弱点,那就是脆性大,既不耐磨,更不耐折。国外玻璃纤维之所以能达到当代如此广泛的应用范围,通过大量生产及应用实践证明,那就是要大力发掘、运用并充分发挥玻璃纤维原有的一系列特性,再通过物理及化学方法,对其单丝或织物进行技术改性,使其拥有一系列新的特性。
3.1    在发掘、运用并充分发挥玻璃纤维原有一系列技术特性方面:
3.1.1    根据无碱玻璃纤维电绝缘性能好的特性,将玻璃纤维制品用作印制电路板及电机、电缆的包扎与填充材料;
3.1.2    根据玻璃纤维的耐化学腐蚀特性,将玻璃纤维制品用作各种过滤袋及空调配套设备;
3.1.3    根据玻璃纤维导热性低及吸湿性小的特性,将玻璃纤维制品用作保温隔热材料及屋面防水材料;
3.1.4    根据玻璃纤维强度大及延伸率小的特性,将玻璃纤维制品用作轮胎帘子线、传动带、输送带及其它增强橡胶制品;
3.1.5    根据耐碱玻璃纤维耐碱性好、导热性低的特性,将玻璃纤维制品用作增强水泥材料;
3.1.6    根据玻璃纤维强度大、导热性低、延伸率小及吸湿性好的特性,将玻璃纤维制品用作增强石膏材料;
3.1.7    根据特种玻璃纤维所具有的各种优异性能,将玻璃纤维制品制成高硅氧玻璃纤维、高强度玻璃纤维、高弹性模量玻璃纤维、耐辐射玻璃纤维、低介电玻璃纤维、高介电玻璃纤维、半导体玻璃纤维及镀金属玻璃纤维等。
3.2    在通过物理及化学方法,对其单丝或织物进行技术改性方面:
    随着科技水平的不断提高,对玻璃纤维制品的要求,除在特定环境下有足够的强度、柔度和耐用以外,还需要有一些特殊性能。这些性能涉及更广泛的物理性能,为力、电、热、磁、光等;还涉及化学性能,为耐腐蚀性等。要想更好地满足上述使用功能,就必须对玻璃纤维制品进行一系列改性处理。
    所谓改性处理包括对玻璃纤维制品进行表面涂层处理或将玻璃纤维制品与其它材料进行复合加工,使制品多样化。
    玻璃纤维涂层制品,通常是玻璃纤维在内起力学结构作用,涂料在外满足一些新型功能要求。根据不同性能要求,涂料可选用高分子材料、金属材料或无机材料。
    制品多样化则包括对玻璃纤维不同形态,为纱、布、毡及其复合;还有加工方法的多样化,为机织、针织、编织、非织造及其复合;及至更大范围的规格,为不同的厚度、宽度及织物组织等等。这些改性处理的趋势正在日新月异地发展中。
3.2.1    国内外一种传统的方法,就是将玻璃纤维与热固性树脂或热塑性树脂,采用特殊工艺相结合,制成玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)或玻璃纤维增强热塑性塑料制品。这种制品因为玻璃纤维被复合粘结在有机树脂里,不会直接与其它材料产生摩擦,也不受弯折作用,故玻璃纤维脆性大、不耐磨、不耐折等弱点被完全掩盖,而其强度大、重量轻、抗腐蚀、绝缘好等一系列特性却得到了充分发挥。这种玻璃纤维增强塑料制品在对玻璃纤维我“扬长避短”方面,可算是一个典型的佳产品,产品用途越来越广泛。
    目前,常用的热固性树脂有不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂及酚醛树脂。常用的热塑性树脂有聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯――丙烯脯共聚体、聚碳酸酯及尼龙66等。
3.2.2    国外很多玻璃纤维织物在使用之前都要经过表面处理或再加工、为热定纹、表面化学处理、涂层、贴面或机械处理等。
    热定纹就是用高温固定织物的织纹,使张紧的径、纬纱线产生松弛,减少相对位移,改善织物的回弹及手感。
    化学处理就是通过浸渍等方式,赋予织物某各所需的性能,好偶联剂处理、防水处理及抗碱处理等。
    涂层就是在织物表面根据使用性能要求,涂覆沥青、PVC、丙烯酸酯、硅橡胶或聚四氟乙烯等各种高分子材料,也可以是石墨、碳、sio2、Tio2、蛭石等无机材料,还可以是铝、锌、铬等金属材料。
    复合就是通过粘贴及缝编,把玻璃纤维织物及短切毡、方格布、铝箔、云母或其它薄膜材料等缝编或粘贴成双维或多维复合制品。
    机械处理就是用机械方式在玻璃纤维织物表面形成圈,以增强与基体材料的结合。
3.2.3    捷克圣戈班维托特克斯公司生产的RECO牌防水玻璃纤维布,是以单纱为经纱,膨体纱合股纱为纬纱而织成,平纹组织。织成后,经过以聚醋酸乙烯酯为基,另加淀粉和憎水剂的表面处理剂处理,用作高沥青含量的油毡基材。此油毡特别适用于平屋顶的防水、地下水的阻隔和地下钢管的保护。
3.2.4    国外近期研制成功一种AMI处理电子布。这种新型电子布是在后处理工序中,对布面进行了偶联剂处理后,再进行一次高性能树脂层处理。所处理的树脂是一咱水溶型功能性树脂。它既可与已知成分的主树脂进行反应。通过这种处理,使得覆有树脂处理剂的电子布,在电子纱浸渍主树脂的能力上,有了很大程度的提高。另外,经AMMI处理的电子布,由于通过树脂处理,使电子布的编织结构固化定型,布面变得挺括,从而提高了电子布的加工性能,有利于改进覆铜板的尺寸稳定性及提高覆铜板制造中的合格率。同时,还可提高电子布的电绝缘可靠性。
    此外,还有与低电电常数有机纤维混纺或混织的低介电常数电子布、不同捻向或不同捻度的新织物结构电子布、采用特殊热处理工艺的过烧电子布以及在后处理剂中添加氧化钛微粉、荧光增白剂及紫外线聚合引发剂等新组合的新功能电子布等等。
3.2.5    美国阿尔法联合产品公司的一种吸声布是单面涂覆聚氯乙烯的玻纤面,而美国声学方案公司的一种吸声毯,则是用聚氯乙烯涂层的玻纤布直直接接缝在玻纤或泡沫吸声材料的双面制成。其吸声等级为NRC•85,其用途为工业减噪和幕墙、多功能室及体育馆等场所的噪声控制。
3.2.6    德国弗隆特克斯公司用聚四氟乙烯涂层玻纤布制作面包房的烘板、加拿大绿带工业公司与土耳其纤维氟隆公司则用此布制作烘烤器皿的不粘盘面,而美国特科尼克公司的标准级聚四氟乙烯涂层玻纤布用作化学品、油类和气体的密封件、中等涂层级玻纤布用作化学实验室的洗瓶机配件等。
3.2.7    国外在玻纤布表面覆以抗静电涂层,即形成具有导电特性的表面,可用在各种作业中消除静电。抗静电涂层一般是在聚四氟乙烯等涂料中,加入碳或石墨而形成,也可采用导电聚合物(如聚吡咯)作为涂料。
3.2.8    法国圣戈班技术织物公司用E玻璃纤维网布涂覆抗碱的聚丙烯酸酯涂料,用于混凝土桥面板、混凝土地基、浇灌水泥池底及桥桩修复,效果极好。
3.2.9    意大利将玻璃纤维网布与环氧或聚酯树脂复合,用来保护大理石板,可承受断裂、冲击和弯曲应力。该技术称为“加网”,在意大利获得广泛应用。
3.2.10    日本蚕毛公司和钟纺公司用镀镍玻璃纱织成布,俄罗斯纺织科学院用化学方法在织好的玻纤布上涂金属,美国BGF公司用镀铝的E玻璃纤维,通过热粘方式制成导电毡(非织造布),还有一些公司则在玻璃纤维布上贴合铝箔或金属膜。这些与金属复合的玻璃纤维制品被广泛用于电磁干扰及射频干扰屏蔽、雷击防护等。
    此外,用硅橡胶涂层玻纤布制成的防喷面可用在管道、设备连接处,防止漏泄喷出的高温流体、酸液等造成人员或设备损害。用硅酮、氯丁橡胶、氯磺酰化聚乙烯及蛭石等涂层玻纤布,在焊接、切割、喷镀及热处理等热工作业中,可用来保护人身和设备不受飞溅熔渣和火花的损害。
    值得指出的是,由于人口的不断增长,人类对食、能源和各种矿物资源的需求量也日益增长,地球上现有陆地资源越来越不能满足人类的需要,而占地球70%的海洋,却蕴藏着极其丰富的资源。据有关资料报道,海洋蕴藏着铀矿达50亿吨,碘矿800亿吨,黄金及铜矿各100亿吨。此外,海洋每年还可提供20亿吨鱼类、贝类和藻类食物。由于玻璃纤维具有的一系列优异特性,再加上径高科技物理及化学方法处理后赋予的新功能,在未来人类向海洋进军的漫长途中,玻璃纤维一定能大显身手。近,印制电路行业协会秘书长王成基先生写了一篇很有教育意义的文章。文章的标题是:“铭记历史、落后挨打”。他说,翻开近代历史,我们有过许多的辛酸和泪水――今天我们必须铭记历史,我们必须努力强盛,国为今天上无论军事、政治、经济和文化仍然遵循着一条规律――落后要挨打。
    2004年,我国大陆玻璃纤维总产量尽管已经达到65.25万吨,成为玻纤第二生产大国,但是从玻璃纤维的生产技术水平,从自主知识产权及高新技术含量上看,我国与发达工业对比,还有很大的差距,为我国大陆玻璃纤维的品种、规格与用途还不及发达工业的十分之一。这意味着我国玻纤工业还没有完全摘掉落后的帽子。因此,我国要实现玻璃纤维技术强国之梦,还需要走很长很长的路。
    让我们全行业与相关行业紧密携手合作,努力拼搏,摘除落后帽子,快速奔向强盛。