复合材料玻纤产业增长点：玻纤织物

    随着各种纤维材料和纺织工业的不断发展，纺织行业在满足了人们对服装和家装的普遍需求后，发展重点转向产业纺织品，以更好满足人类社会现代工业和现代经济对纺织品的新需求。玻纤产业纺织品也成为继功能玻纤、玻纤增强基材之后，玻纤产业新的经济增长点。
    玻璃纤维是普遍使用的产业用纤维之一。回顾玻璃纤维工业的发展历史，开发越来越多的产业纺织品是扩大玻璃纤维应用的必经之路。在我国经济持续高速发展带动下，经过我国玻纤业界的努力，我国连续玻璃纤维高速发展，每年玻纤纱的生产量已超过200万吨，出口量100万吨左右，使用量已达130万吨，产量出口和使用量均为，各种玻纤纺织品产量也达100万吨。在这种形势下，更好发展玻纤产业纺织品是实现我国玻纤工业调整结构，科学发展，推进我国整体经济发展所必须思考和实现的目标。
    要发展好玻纤纺织品，必须注重玻璃纤维的特性，根据相关产业部门特别是基础产业部门的应用要求，选择或开发合适的玻璃纤维品种，经纺织加工成能满足需求和发挥玻纤性能的结构形式的纺织品，经过改性涂层处理解决应用技术，以取得有性价比优势的使用效果。玻纤产业纺织品按应用特征主要有以下几大类。
    一、增强基材
    玻纤及其织物作为增强基材是其主要应用。这时它以复合材料形态在使用，这类应用已相当广泛。随着现代经济的发展，对新材料的要求越来越多，复合材料的应用也越来越多，相应对增强基材的要求也越来越高。玻纤主要用来对以下基体进行增强：
    1、对树脂增强，形成增强热固性树脂（FRSP）制品。其轻质高强、良好的耐腐蚀性已得到广泛运用，如交通运输：包括航空、汽车、轨道交通、船舶及海洋工程等；建筑及基础设施工程：包括供排水，气、液燃料输送，涵洞桥梁工程等；环境工程：烟气及污水处理设施；可再生能源建设：风能、沼气及太阳能设施；工业及休闲、办公设施。
    近几年人们重视可持续发展和绿色低碳经济目标，加大了对FRSP的用量和发展，年增率达10%以上，突出有代表性的是：
    我国风电新装机容量，连续3年翻番，2009年新增装机1400万千瓦，推动我国复材和增强基材的发展。
    我国烟气脱硫（FGD）装置持续高速增长，预测未来10年，将从36.5万兆瓦提升至72.3万兆瓦。实践证明，在这一应用领域FRP是高性价比材料，近年年增率在50%左右，FGD新建和替换是FRP的一大应用市场。
    我们注意到FRSP的发展对玻纤增强基材的新要求，主要是在质的提高上。
    a.玻纤本身性能的提高。更高的强度和模量，更好的耐酸蚀性能，以及与增强基体更好的相容性等。
    b.纺织品结构的提高。更好的可设计性―――多种方向性选择，以更充分发挥玻纤增强效果。
    c.更好的FRSP闭模成型适应性，以提高制品尺寸精确和稳定性，并提高生产效率。因此除提高玻纤传统增强基材，如纱、毡、方格布、增强基布等质量外，要着重发展更利于环向增强的编织物，更利于方向选择、无折皱、复合化的多向针织物和复合织物，以及更具有立体强度的多维织物和预成型体。
    2、增强塑料（热塑），形成增强热塑性塑料（FRTP）制品。塑料是高分子材料的主体，占70%左右。随着技术的发展，其品种越来越多，性能也不断提高。玻纤的加入能明显提高其力学等性能。其增强效果与玻纤含量和状态有关。由于塑料的高粘滞性，玻纤难以均匀、多量进入塑料并保持较佳增强状态，所以FRTP制品的应用滞后于FRSP。经过不断努力，加之其可回用性和较好的韧性。国际上从上世纪80年代，我国从上世纪90年代，FRTP的增率超过了FRSP。当前我国FRTP已占FRP总量的1/4以上，增强塑料用玻纤量已达20万吨/年。FRTP的规模化应用，开始于对PA增强用于防腐耐油机械零件，增强PBT用于电器，以及对量大价低PP增强用于一些工程件。当前FRTP的热点市场为：增强PPS、PEEK高性能工程塑料用于航空和高性能工程件；增强PP用于汽车围护和装饰件。
    为使玻纤和塑料很好均混，采用各种预混手段，制成料粒、片材、预渍织物等半成品，这就要求玻纤纱从浸润剂这个关键环节解决与不同被增强塑料的共容亲合，再根据不同制品探求合理工艺，提高玻纤在制品中的含量和佳受力状态。综合起来有六种，主要特征见附表。玻纤基材进而要根据不同工艺主动探求佳结构形式（纱、毡、织物）。
    3、增强高分子弹性体。高分子弹性体包括天然橡胶、合成橡胶和聚氨酯弹体等。这些是高分子材料的一类，有相当的资源量，这些材料有弹性，可减震，有较好的耐磨性和化学稳定性（耐油、耐水、耐温）。但是强度模量低，用玻纤作为骨架材料来增强，力学性能有较大改善，还可稳定尺寸。因此可制作许多有价值的制品，如传动带、运输带、矿用导风管、输油水胶管、轻质型材、铺装材料，以及磨擦片和耐热密封带等。基于弹性体的料性，作为骨架材料的玻纤，其浸润剂要适宜和弹性体基体粘结，还要对纱和布做乳胶预处理，进而加工成帘线和帘布等结构形式，后经过硫化等制品成型。从事玻纤增强弹性体生产就要坚持这方面的专业积累，不断提高增强效果，扩大制品应用范围。
    4、增强无机胶凝材料。主要指氯氧镁和石膏。我国此类产品资源丰富。按规范条件下生产的制品，比水泥制品质轻，防水耐热性好，耗用能耗较低，有一定的力学性能，所以以板材为主要形式的产品，代砖代木，在建筑工程等领域得以迅速推广应用。我国石膏板2009年产量已达13亿平方米，玻镁板年产量也超过6亿平方米。用玻璃纤维对它们进行增强，可明显提高制品的力学性能，特别是抗弯抗冲击性能，同时也改善一些物理化学性能。这个领域年用玻纤量20多万吨。还有石膏板贴面等新的增强形式要开发，潜在市场有40万吨/年。增强氯氧镁和石膏用玻纤基材，有短切原丝、毡和布（网）等。应该说，玻璃纤维增强无机胶凝材料有它的一些特殊规律，譬如：a.要经过制品成型的水化胶凝过程，又长期在低碱性（PH8-9）条件下，怎样的成分玻纤更合理？b.面对硫酸钙、氯氧镁等结晶的胶体，玻纤用什么浸润剂？要否对纱和织物作预处理才能更好亲和？c.玻纤基材以怎样的结构形式和配向，适应制品成型工艺，求得对制品的佳增强效果？过去限于成本要求，对无机胶凝的玻纤增强基材，往往借鉴已有的中碱产品。笔者认为，面对如此大的应用领域，应针对它的特色深入进行专业开发，以求得更好增强效果，进而推动玻纤增强胶凝材料制品的更广泛应用。
   二、新型建筑材料
    建筑工程的轻量化、多样化和更加安全性的发展，推动着新型建材快速增长和推广使用。“纺织建筑”是建筑发展的一支。玻璃纤维凭借高强度、低伸长、不燃性和好的耐候性，其纺织品在新型建材中占有一席，在众多场合显示出优越性，得到规模化应用，并不断扩大发展。例如，增强改性沥青和其他高分子材料，用做屋面和地下防水；增强PVC、PU等塑料做地板材料；编成格栅并进一步处理复合，用做高等级公路路面增强等土工纺织品；制成各种美观耐用的遮阳织物；做成防火、多样、美观、便于清洁的贴墙布、均光布和装饰板；轻便、耐用、美观、透光的建筑膜材；不同规格的防护、防水篷布等。
    新型建材使用玻纤纺织品也有它的规律性要求，要做专业性的开发。本文突出介绍两个市场潜力较大的产品开发：
    a.湿法薄毡。它用途广泛，如上述可用来增强树脂、塑料、沥青、饰墙等。在建材领域可用量非常大，所以在美国占全部玻纤产品的1/3以上，全平均也在10%以上。我国则不足3%，虽有生产但针对不同应用专业开发不够，所以设备开工率不高。
    b.遮阳织物。近年来，日、美玻纤制品商都在积极开发。围绕透光率、日照获热率、日照遮蔽系数等专业指标要求进行开发，一般用涂塑玻纤纱织造，织物组织有平纹、斜纹和集组条纹多种，还有不同颜色、花纹，制成卷帘等制品。采用遮阳织物有明显节能效果，有检测报告显示，用得好可节省空调25%左右。
    建材用玻纤纺织品也有涂层处理问题，它要求有自己特色，而且具体用途不同要求也不同，不少功能是靠涂层来实现的。必须精细研究，还要注重合理的性价比。
    融入建筑工程是玻纤建材纺织应用开发的重点，包括与被增强基体的联接，膜材篷布和遮阳织物的支撑，直到让建筑师了解玻纤纺织品的特点和优势所在，纳入整体建筑设计等。[-page-] 
    三、耐高温纺织品
    在200℃以上高温条件连续使用不分解、主要物理性能不降低的，称之为耐高温纺织品。按此定义，玻璃纤维以它的高耐热性和不燃性，成为耐高温纤维的佼佼者。玻璃纤维纺织品被广泛应用于耐高温的多个领域，主要有：短、中程导弹护体用耐烧蚀材料；防火布、帘、服；铝液过滤，焊接、窑炉火焰隔离用耐高温制品；高温烟气过滤净化和高温气体输送材料；增强磨擦和高温密封材料；使耐火等级达二级以上的增强保温绝热和外围护材料。
    耐高温玻纤纺织品要有好的使用效果，必须注重三个重要技术环节：
    a.根据使用温度合理选择玻纤种类。一般≤400℃，普通中、无碱即可；500℃～600℃，选用无碱无硼纤维；700℃左右，选用玄武岩纤维；900℃左右，选用高硅氧纤维；1000℃左右，选用石英玻璃纤维。
    b.耐高温玻纤纺织品的结构形态。根据使用条件有绳、带、布、毡、毯等多种。在这个领域混织技术用得较多，包括为改善纺织工艺性和织物特性，与棉及化纤的混纺混织；为提高织物厚实和严密、隔热性，与变形玻纤纱、定长玻纤纱的混纺混织；为进一步提高耐热和其他特性，与金属纤维（铜、不锈钢丝）和陶瓷纤织混纺混织。
    c.为在高温条件仍保持织物的基本形态和必要功能性，又不降低使用温度，必须下功夫对玻纤织物的耐高温处理剂及其涂覆工艺进行不断开发和改进。重点对硅橡胶、聚四氟乙烯和各种无机悬浮液三大类进行改性和研发。
    安全和节能将使耐高温纺织品有越来越大的市场，玻纤纺织品在其中的市场占有率取决于它的特性和开发力度。国外许多企业长期坚持这方面的专业开发，不断扩大应用。国内也有不少玻纤企业进入了这个领域，应坚持不懈，创新开发，更好推动玻纤耐高温纺织品扩大应用。
    电气化、信息化是现代化的重要标志之一。在改变发展方式的经济战略下，电力和电子产业会有更好的发展。无碱玻璃纤维凭借高而稳定的电绝缘性，成为新型电绝缘主体基材之一。在电机电器、电线电缆、层压板、覆铜板等领域不断扩大应用，年用量已达30多万吨。近年还在探索一些新应用，例如高压送电工程中复合材料杆塔横担和绝缘子的使用；玻璃钢电杆的推广；高性能复合材料双极板在燃料电池中的开发应用，以及玻纤织物两面铺覆碳纤维和导电树脂的“储电装置”等。电机电器的小型化、高效化（高压、高频）方向是明确的。玻纤电绝缘基材必须提高质量，不断满足电机电器发展的要求，才能不断扩大应用。当前玻纤电绝缘基材有三个主要需求点：
    a.在E玻纤基础上，希望有某些更好电性的玻纤。已经提上日程的是为减小高频条件下PCB的介电损失，希望有1MHz条件下介电常数＜4.5的无碱玻纤，并能有更低的膨胀系数和更高的层压板玻璃化温度。
    b.用在电绝缘上的玻纤纺织品是多样、多规格的，有纱、带、套、布、毡等，其发展趋势是细、薄，且在细、薄基础上物理和电性能要更加均质、稳定。当然用途不同要求不同，其中覆铜板基布要求高。细者纤维要5μ，纱要2.75tex，甚至更细。其中气泡含量要达到＜0.5个/g，不允许附有导电离子，薄度甚至要＜20μ，不但要求经纬张力均匀，还要采取措施进行平化，克服织物节点带来的绝缘差异。
    c.玻纤电绝缘基材多数情况是和高分子材料复合使用。绝缘使用效果更多地决定于高分子材料。近些年这方面发展很快，不但对聚酯、酸醛、环氧、三聚氰胺进行改进，还要具有阻燃、磁性、防电晕等特性，并开始规模性地使用电性能更好的聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚苯醚和有机硅等高分子材料，所以必须注意玻纤基材与这些高分子材料的很好复合。
    五、其他功能玻纤应用开发
    1.导光功能：除专用通讯石英光纤外，玻璃光纤在普通和特种光源传输、设备内部和危险地域窥视领域也得到越来越多的应用。近年来开发热点在把光纤埋入网络监视工程安全，还开发出多种用于监测、控制和智能化的光纤传导器。近还有制作硅线和硅粒的FRP支持体用来捕获光线。
    2.电磁功能：用作接收电磁波的雷达罩和电磁干扰材料等。
    3.医疗方面应用：包括光剌激、内窥镜；体液过滤；绷带；医疗器具和医疗机械部件等。
    4.防御应用：做成复合材料头盔；人和装甲车用防弹片、板；防火、防辐射等专用防护服。
    六、发展玻纤产业织物的建议
    1.完善新产品开发机制。把重视新产品开发作为企业经营方针的重要内容来抓，注重建立完善新产品开发的长效机制。
    a.根据玻纤发展方向和市场要求，结合企业实际，确定长、短期目标加以落实。
    b.提高对市场新需求的敏感度，例如加强技术与销售的人员和信息交流。
    c.建立行之有效的技术创新和新产品开发的责任制和激励机制。
    d.注重产品应用性能的测试和评价。
    2.发挥玻纤特性，正确选材。发展玻纤产业织物必须注意发挥玻纤特点，不要盲目无优势地代用其他纺织品和木、钢等材料。当前更多功能性玻纤的开发给我们有更多的选择。各种特性纱是织物特性的前提。要根据需要合理选择，并通过改性处理和混纺混织来克服玻纤特性上的不足，赋予织物特定的表观功能，以求扩大应用。
    3.着力提高装备水平。产业纺织品的制成主要靠纺织机械。制品的稳定结构和较高的生产效率更赖于高度机电一体化的先进装备。作为纤维材料的共性和相对量小的玻纤，必须注意依靠和借鉴通用纺织设备。但是玻纤的纺织工艺性差，如不耐折、不耐磨、低伸长等，又必须对纺织设备进行以张力均恒稳定为中心的改造，有些制品设备甚至要专门开发，注重纺织各道工序的设备配套，才能取得好的综合效果。
    4.在发展玻纤产业织物过程中，企业要正确处理产品品种多而广与专而特的关系。相对其他纺织品，玻纤产业织物应用差异化更大，用量又相对较小，所以品种规格系列多是一特点。同时它在不同领域应用又有不同特征要求，相应工艺装置要求也有差别。一个玻纤制品企业在大限度满足用户需要指导思想下，要有重点供应领域和品牌特色产品，才能更具有竞争力。在此基础上加强合作来满足用户的配套需求。不要不分领域，不分厚薄，不分有纺、无纺，不分针织、机织，某个产品短期有市场，就跟风添置设备生产，样样工艺不专，设备不精。这样对行业、对企业都不利。
    5.加强应用开发和售后服务。加强服务是后工业时代对工业产品的要求。作为一种不明确应用方向就无法确定产品材料的玻璃纤维更应该加强。国际国内先进企业都开始了“解决方案”式服务。实际上售后服务不但利于产品销售，而且会产生直接效益，有资料统计，80个大型企业，其服务所赚取的利润，平均占到总利润的25%。作为起步，我国玻纤企业要注意产业链上下游应用合作开发，根据应用要求提供配套产品，合作解决一些应用技术。还要注重产品售后跟踪服务，不断改进完善产品性能和应用技术。