玻纤产业织物的发展
0 前 言
产业用纺织品按照美国Sabit Adanur教授所作的定义为：“用于许多非纺织行业的产品、制造过程和配套服务中专门设计的工程类纺织结构材料。”产为用纺织品的历史可以追溯至几千年以前，但只是在20世纪前半叶化学纤维发明之后，才彻底改变了产业用纺织品的功能。化学纤维作为一种材料具有很多其他材料无可比似的功能，它强度高、弹性好、均匀、耐化学性好、耐磨损、耐腐蚀、阻燃，它们可能在同一产品中具有多种优异的优性；柔软、有弹性又有很高的强度。而且化纤纺织技术已十分成熟，它包括众多可变因素，如：聚合类型、纤维种类和结构、纱线品种和结构、织物的加工办法以及多种织造参数，这些可变因素的组合可以构成各种各样的形态和性能，加之可以采用涂层、叠层、复合等不同的反加工办法，可以做成适合多种用途的产品，这就使产业用纺织品领域大大扩展。而玻璃纤维的出现，更将产业纺织品推进一个新时代。
玻璃纤维是一种新型的工程材料，具有不燃、耐腐蚀、耐高温、吸湿小、伸长小等优良性能，在电气、力学、化学以及光学等方面也有优良的特性，因此在各行业广泛应用。在短短的60年间，玻璃纤维制品的应用已覆盖工业、建筑、交通、信息通讯、生态环保等多个领域。随着先进玻璃纤维池窑拉丝生产工艺的掌握和产量剧增，我国已名副其实地成为玻璃纤维生产大国。
1 玻璃纤维产业织物
1.1 玻璃纤维增强材料[-page-]
在玻璃纤维的总产量中，约有70%用作复合材料的增强材料，其中主要用于塑料增强，玻璃纤维增强塑料(即玻璃钢)是以合成树脂为基体，以玻璃纤维及其制品为增强材料制成的，具有优良的比强度、刚度、耐气候性、耐腐蚀性和耐用性；几乎可设计可塑造成任何所需形状，大大减少了组装零件数量，节省模具费用。通过不断创新，玻璃钢用作工程材料的地位日益稳固，在取代传统材料，发挥减轻重量、节省能量、集中功能、提高设计灵活性之作用方面成效卓著，成为材料科学的重要分支。
1.1.1 汽车、火车和船艇方面的应用
玻璃钢用于汽车车身的大优点是减轻重量。与钢材相比，玻璃钢能使很多部件减重35%之多。其他特性还有；刚度高，能量吸收性好；不锈，防腐、不易产生压痕和擦伤；设计灵活等。汽车工业是玻璃钢大的市场之一，采用玻璃钢的汽车部件有：进气歧管、发动机罩、保险杠、横梁、车门板、仪表板、隔热板等。
随着高速铁路的出现，各种列车也越来越多地使用玻璃钢部件，如车头、车顶、地板、侧框、门框等。使用玻璃钢部件的轨道车辆有：高速火车、轻轨列车和地铁，主要优点有：减轻重量，降低能耗；使刹车和启动时能耗降低；提供优良的强度和刚度性能指标；在树脂中添加阻燃剂，具有防火性能，保证乘客安全；能吸收火车的大量振动，增加乘客的舒适度等。
玻璃钢适用于各种船只的设计和制造，其特点是重要轻、强度高、耐腐蚀、防水浸、维护量小。
1.1.2 建筑和基础设施方面的应用[-page-]
玻璃钢在建筑领域有数不清的应用。近10年来，旧建筑和基础设施的加固、修复和翻新已成为一种重要工程。由于长期荷载、气候老化、腐蚀、环境降解、不良设计或施工、缺乏维修以及天灾或事故等原因引起的建筑结构如桥面、梁、柱、房屋、停车场等的老化给玻璃纤维或碳纤维增强塑料(FRP)带来机遇。FRP补强修复技术已成为提高原有混凝土、铸铁和钢结构能力的主要方法，被结构工程师们视为建筑业中一种新的、前景很好的行业。
在加固技术获得成功的基础上，进一步应用FRP进行新的建设。这方面已有不少成功的范例，特别是步行桥的建设。
混凝土是上用得文学的建筑材料，但它有一个重的缺陷；当它的压缩强度较高的时候，其拉伸强度则非常有限。通常利用钢筋来克服这一缺点，但是在腐蚀性很强的环境中，钢的腐蚀是一个大问题。钢筋腐蚀会导致混土开裂和剥落，终引起构筑物毁坏。用玻璃钢代替钢做混凝土筋材，具有重量轻、屈服强度和弹性模量高、不生锈、耐腐蚀、防磁性能好等优点。
1.1.3 能源开发方面的应用
能源开发是玻璃钢较新的应用市场，主要有风力发电、海上采油采气等。
风能是上发展快的能源技术，是无污染的清洁的能源。风力发电依靠涡轮机完成，其中涡轮机叶片是关键部件。由于增强塑料在重量、强度、气动弹性及其他性能方面的优点，它能与风力涡轮机的操作条件相匹配。玻璃钢叶片已广泛用于岸上和海上的风力发电项目。叶片制造商采用的玻纤原材料有短切原丝毡、连续原丝毡、无捻粗纱、单向和多轴向的缝编布和机织布等。
海上石油和天色气的开采是前景广阔的工业，也是玻璃钢的新兴市场，玻璃钢产品耐腐蚀、耐紫外线照射、耐热阻燃、轻质高强，这些特性都符合海上苛酷环境的要求。目前玻璃钢应用有：海上钻井平台和承载结构、含水液体的输送管道(玻璃钢在海上成功的应用)、电缆桥架、蓄电池箱。[-page-]
1.1.4 航空航天方面的应用
复合材料已在航空航天飞行器上获得多种应用，如飞机机身、机翼、内装件、火箭和导弹发动机壳体、导弹弹药箱、喷管、雷达罩和压力容器等。由于刚度关系，航空结构的外部通常多用非玻璃纤维的增强材料，但较小飞机的外部机身则可用玻璃纤维增强。玻璃钢在航空器中的成功应用是商用飞机的内部器件，如波音747飞机上层客舱的舱顶板等。
在航天和军事工程方面，玻璃钢早就用作火箭、导弹的外壳或其发动的外壳。
玻璃钢还在人造地球卫星和电视卫星等方面获得了应用。
1.2 玻璃纤维过滤材料
玻璃纤维制品作为过滤材料，特别是在高温气体过滤方面占有重要一席。以纸、机织物、毡(蓬公毡、棉毡、针刺毡等)以及覆膜为主要形态，用于不同含污染物和要求净化的气体过滤，目前已大批量用于碳黑、水泥、冶金工业以及焚烧烟气的除尘净化。同时，也用于人防工程、防毒工具、车辆空调的空气过滤和超净化室的空气处理，并可以使过滤兼有杀菌、除异味效果。近，还人有开发了可用吸收环境污染物的玻璃纤维织物。基于玻璃纤维制品的化学稳定性和高的过滤率，也被用于润滑油、重水、饮料等液体的过滤净化。超细玻璃纤维还被用于生产实验室用精品过滤器。
1.3 其他
玻璃纤维是性能非常优异的电气绝缘材料，在电气、电子产业用作云母片、漆布，层压板、覆铜板和绝缘带、套管以及电、光缆材料等。
玻璃纤维可在一些领域替代功能较差和有害的传统材料，如玻璃纤维可代替石棉等有害材料。[-page-]
玻璃钢纤维及其制品可为制造安全、舒适的居住环境出力，可直接在医疗领域服务于人体健康。
玻璃纤维在各个领域的应用非常广泛，是覆盖面广的产业用纺织品。
2 玻纤产业技术的发展
玻璃纤维作为一种新兴工业，自20世纪30年代末期诞生以来，历经60余年，有了很大发展。作为应用广泛的产业纺织品，玻璃纤维的发展史本身就是生技术不断提高和产品应用领域不断扩大两大因素始终相互促进的过程。
2.1 生产技术不断提高
1937年，美国成立了Owens Corning玻纤公司，上从此开始了玻璃钢纤维商品化生产，近一个世纪的时间，玻璃纤维已经从20世纪30年代末期的球法坩埚拉丝发展到如今的池窑拉丝并大卷装，并积数十年来的生产实践与科学研究的成果，对玻璃纤维单丝或织物进行涂覆或表面化学处理，或改变单丝直径，采用不同的织物结构，从而有效改善玻璃纤维脆性大、既不耐磨、更不耐折的致命缺点。
国外生产厂家在改善玻璃纤维性能方面作了大量的研究，并且取得了可喜的成果，他们不仅在前道拉丝工序采用不同的浸润剂对单丝进行化学涂敷，而且在后道织布工序采用不同的偶联剂对织物进行表面化学处理，不同的浸润剂与不同的偶联剂就是不同用途的产品。僻如有一种超细玻璃纤维织物，它的单丝直径为3.8μm，国外称为“贝它”纱。由于纤维直径极细，故它的柔软性特别好。它比开士米软7倍，比的确凉棉布软14倍，比一般工业用的9μm玻璃纤维软36倍，手感柔软，耐皱折，可用作宇航服及充气层顶材料。日东纺绩株式会社就是根据用户提出的特殊要求，专门设计不同的浸润剂与偶联剂配方，做到一个配方对应一种用途。[-page-]
国内玻璃纤维行业由于很快推广池窑拉丝规模生产新技术，使玻璃纤维的产量迅速提高。目前连续玻璃纤维年产量已超过35万t，矿物棉产量也达45万t以上，成为上玻璃纤维生产大国之一。2004年，我国玻璃纤维行业整体发展态势如积蓄多年的火山，强劲喷发。玻纤工业结构调整呈现巨大成效，玻纤生产总量65.25万t。这一骄人的数字让国外同行刮目相看。2004年进出口额实现11.53亿美元，全年进出口贸易顺差1.24亿美元。全行业经济效益在幅提高，实现利润10亿元币，与去年相比增长50%。
2.2 产品应用领域不断扩大
目前，国外玻璃纤维行业已经发展到3000多个玻璃纤维品种，50000多个规格，每种规格都有一种用途相对应。国外玻璃纤维产品按用途划分基本上可分为四大类：增强热固性塑料用玻璃纤维增强材料、增强热塑性塑料用玻璃纤维增强材料、增强沥青用玻璃纤维增强材料及玻璃纤维纺织材料。其中玻璃纤维增强材料约占70%~75%，玻璃纤维纺织材料只占25%~30%，而国内玻璃纤维增强材料只占约30%。
玻璃纤维与1935年问世的聚酯树脂结合，诞生了“增强塑料”，而二次大占更是刺激了玻璃纤维增强塑料的发展，批玻璃钢产品如防击穿气体贮罐、雷达罩、人体铠甲、军用飞机和陆地运输用轻重量部件应时而生。战后，研发重点从军用转到民用，钓鱼竿是批消费产品之一，汽车、船艇产品也陆续占领市场。玻璃纤维、树脂和成型技术都随着时代进步而不断改进和革新，使玻璃钢工业得以迅速发展。从20世纪60年代到新千年的开始，美国玻璃钢平均年增长率为7%(美国玻璃钢用量接近总用量的一半)，其他大多数地区的年增长率为3%以上。[-page-]
除了汽车、船舶等传统产品外，玻璃钢风力发电机风轮叶片、拉挤玻璃钢门窗、玻璃钢筋材、玻璃钢雷达罩、连续成型玻璃钢瓦及板材和混凝土结构的修复补强均是玻璃钢新应用领域。
玻璃纤维过滤材料作为玻璃纤维纺织材料应用较广的用途之一，近来也有很大发展。从1932年欧文斯-伊利诺思公司次将玻璃纤维用于强制通风窑炉收尘，发展到如今的覆膜滤料，玻璃纤维过滤材料对环保事业功不可没。
我国的玻璃纤维滤料和滤袋与袋式除尘技术是同步发展的。20世纪50年代初，还没有滤料生产厂。市场也没有专用的滤料商品。从60年代起，南京玻璃纤维院与北京建材院都分别开展了玻璃纤维过滤材料的研究开发工作，特别是南京玻璃纤维陆军开发成功的玻璃纤维后处理工艺技术具有旺盛的生命力，现已发展了连续玻璃纤维平幅过滤布、玻璃纤维针刺毡、玻璃纤维复合毡、玻璃纤维覆膜滤料等品种。
除了这些传统领域外，玻璃纤维还在许多领域发挥作用。玻璃纤维可用做吸声隔音材料、绝热材料、建筑防水材料、工程建筑材料和光导材料等。其中玻璃纤维作为光导材料大大改善了人类的生产与生活。
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各个方面广泛应用。作微型计算机的核心元件--印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他电子工业的迅猛发展，对玻璃纤维用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。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，玻璃纤维频带宽，信息容量大。[-page-]
光纤还可以在狭小空间中进行测量，这是因为光纤的直径可以小到100μm，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种直径仅200μm的光纤。其截面积小到10-2~10-5mm2，可以用于高分辨率测量和高分辨率图像传输，目前已经用在宇宙飞船中，在光通讯技术中，应用光波作为信息载体，它的频率高达1013~1015Hz，比微波还高1000多倍，一根直径只有6mm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。
据称，日本的窗上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。美国康宁公司生产单模光纤的损耗只有0.16dB/km，中继距离可以达到30~35km，而一般同轴电缆和海底电缆的中继距离分别只能达到2km和5km。尤为可贵的是光导玻璃纤维能抗干扰，且保密性好。光纤通信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，所以不易被窃听。
近，光纤在太阳能传输的应用为人类解决能源危机带来福音；光化学纳米Tio2光催化技术可用于分解难于降解的有机污染物，并能杀死细胞和病毒，在给水、废水处理和杀菌消毒等领域有着广阔的应用前景，具有潜在的高效性和经济性。
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y射线剂量达1*1011伦琴、工作温度为550℃的长期辐照条件下，绝缘电阻仍能保持在106Ωm，比石英纤维还高一个数量级。还有一种含氧化铅的玻璃纤维，由于能屏蔽射线，所以可以用作接触射线的工作人员的防护服。[-page-]
另外，由于人口的不断增长，人类对食物、能源和各种矿物资源需求量也日益增长，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上述资源。据资料介绍，海洋蕴藏铀矿达50亿t、碘矿800亿t、黄金及铜各100亿t。此外，海洋每年还可提供20亿t鱼类、贝类和藻类食物。由于玻璃纤维具有一系列优异特性，在人类向海洋进军中，玻璃纤维将可大显身手。如海底石油及矿产开采，可用玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)作开采设备的结构材料和输送管道、储油罐及浮洞等，还可用作钻机的摩擦制动材料及治理海洋污染的净化设备等等。
截至20世纪，世办各国已向宇宙发身了地坏资源卫星、气象卫星、通讯卫星、科学卫星、电视卫星及侦察卫重等3000多颗卫星。我国也陆续发射成功数10颗各种类型的人造卫生，并且已经成为上第三个掌握卫星回收技术的。这是应该指出的是玻璃纤维功不可没。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。
3 结束语
材料工业是现代化科学技术进步和经济发展的基础，新材料的开发利用代表了一个的科技和经济发展水平。玻璃纤维作为应用广泛的产业用纺织品，由于具有技术含量高、劳动生产率高、产品性能独特和用途广泛特点，在国民经济的各个领域得到了广泛应用，成为许多行业和部门不可缺少的一种新型材料，一直保持着持续高速增长的发展势头，是目前上发展速度快的新兴行业之一。目前，先进的非织造材料和产业用纺织品已占纤维制品总量的40%~50%左右。非织制材料的生产技术已是纤维制品生产的三大加工技术之一，成为衡量一个和地区纤维制品加工工业发展水平和工业化程度的重要标志。[-page-]
美国、西欧一些不但是玻璃纤维的生产大国，也是玻璃纤维生产强国，他们不但工艺齐全、相对产量大，更主要的是技术水平先进，品种多，质量高，是玻璃纤维发展的代表。
英国的玻璃纤维年产量为25万t左右(包括玻璃棉和连续玻璃纤维)。玻璃棉市场由建筑工业主宰，而连续玻璃纤维则主要用于交通运输、建筑和电子工业。
法国的圣戈班则深入亚太地区，极力扩大市场，除了在韩国、印度、东南亚以及澳大利亚和新西兰建立企业和市场外，近年又进入日本和。在日本与板硝子公司建立合资企业，并在日本津市建立研究中心，在杭州的合资企业于2003年秋投产第二座现代化池窑，在市场实现圣戈班增强材料部的新技术开发成果。杭州厂除了生产无捻粗纱、短切原丝毡等产品外，还在帮助推广圣戈班的技术织物产品如增强砂轮布、干墙接缝带等。据称在杭州的圣戈班人员、亚洲专家和日本津市研发中心的共同努力导致了产品的服务质量的提高。使其能够更好地适应亚洲用户的需求。
我国玻纤近几年有很大发展，但现行玻璃纤维产品结构中，初级和中、低档产品多，深加要和高、精产品少。从而，产值低，效益差，不能满足国内、外市场对高新玻璃纤维制品的要求，我们还应该供鉴国外的经验为我所用，推动产品结构调整，使行业自身实现新型工业化，走向合理的发展之路。
