2009年第1期(总第1期) 浅析无碱与中碱玻璃纤维异同 林长锋 山东大学材料学院,济南250014) 摘要:介绍了根据碱含量对连续玻璃纤维的分美方法,从性能、生产工艺、应用领域方面阐述了无碱玻纤与中碱玻纤的异同,分析 了无碱玻纤和中碱玻纤的发展前景, 关键词:玻璃纤维;无碱玻纤;中碱玻纤;性能;生产工艺 中图分类号:TQ171.77 文献标识码:B 文章编号:1003-1324(2009)-01-0042-03 玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料,它是内,玻璃纤维就泛指无碱和中碱产品,下面简要从性 以天然矿石为原料,按设计的配方进行配比后,进行高能、生产工艺和应用领域方面对二者做简单对比。 新温熔制、拉丝、络纱织布等工序最后形成各类产品。具 料有强度大弹性模量高,伸长率低,电绝缘性好、耐腐蚀1性能比较 等优点,通常作为复合材料中的增强材料、电绝缘材料1.1力学性能 技和绝热保温材料等,广泛应用于国民经济的各个领域。 玻璃纤维纱线的强度取决于单纤维的强度,单纤 术 玻璃纤维的分类方法很多。一般可从玻璃原料成维的强度与其化学组成相关。国际上都是以新生态纤 分、单丝直径、纤维外观、生产方法及纤维特性等方面维的强度来代表玻璃的强度,所谓新生态纤维是指玻 进行分类。以玻璃原料成分分类,是目前最为通俗的一璃熔体流经拉丝漏板漏嘴后刚形成的纤维。此时的纤 种方法,主要用于连续玻璃纤维的分类。以不同的碱金维尚未遭受空气中水分的侵蚀,纤维表面微裂纹的数 属氧化物含量来区分,碱金属氧化物一般指氧化钠、氧量和尺寸都极小,此时测得的强度较真实。表2给出了 化钾,由纯碱、芒硝、长石等物质引入。碱金属氧化物是无碱、中碱2种玻璃的新生态纤维拉伸强度。田 普通玻璃的主要组分之一,其主要作用是降低玻璃的 表1玻璃新生态纤维拉伸强度 熔点。但玻璃中碱金属氧化物的含量愈高,它的化学稳 玻璃种类 无碱玻璃 中碱玻璃 定性、电绝缘性能和强度都会相应降低。因此,对不同新生态纤维强度MPa 用途的玻璃纤维,要采用不同含碱量的玻璃成分。从而 从表1中可以看出,无碱玻璃的强度高于中碱玻 经常采用玻璃纤维成分的含碱量,作为区别不同用途 的连续玻璃纤维的标志。根据玻璃成分中的含碱量,可 璃。影响玻璃强度的因素很多,主要有化学成分、纤维直 径、存放时间及环境等。对于实际生产中的玻璃纤维产 以把连续纤维分为如下几种 无碱纤维(通称E玻璃):RO含量小于08%,是品来说,其强度除与上述因素有关外还与玻璃熔化质 量、成型工艺及装备、浸润剂的种类和品质有很大关系。 种铝硼硅酸盐成分。它的化学稳定性、电绝缘性能 弹性模量和断裂伸长率也是反映材料性能的重 强度都很好。 要指标,玻璃纤维弹性模量高、伸长小、并且没有塑性 中碱纤维(C玻璃):RO的含量为119%-164%,伸长,这是玻璃纤维的特性。弹性模量和断裂伸长率主 是一种钠钙硅酸盐成分,因其含碱量高,不能作电绝缘 要取决于玻璃成分,与纤维直径关系不大。表2给出了 材料,但其化学稳定性和强度尚好。 高碱纤维:RO含量等于或大于15%的玻璃成无碱和中碱玻璃纤维的弹性模量和断裂伸长率。 分。一般采用碎的平板玻璃、碎瓶子玻璃等作原料拉制 表2玻璃弹性模量和断裂伸长率 而成。现在国家已经禁止生产此类产品。 无碱和中碱玻璃纤两类产品的产量占目前玻纤总 弹性模量/MPa 7.7×104 74×104 产量的98%以上,是用途最广泛的两类产品,在玻纤业 断裂伸长率/% 4 42.21世纪建筑材料200901 C1994-2010ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
21 世纪建筑材料 2009.01 浅析无碱与中碱玻璃纤维异同 林长锋 （山东大学 材料学院，济南 250014） 玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，它是 以天然矿石为原料，按设计的配方进行配比后，进行高 温熔制、拉丝、络纱、织布等工序最后形成各类产品。 具 有强度大，弹性模量高，伸长率低，电绝缘性好、耐腐蚀 等优点，通常作为复合材料中的增强材料、电绝缘材料 和绝热保温材料等，广泛应用于国民经济的各个领域。 玻璃纤维的分类方法很多。 一般可从玻璃原料成 分、单丝直径、纤维外观、生产方法及纤维特性等方面 进行分类。以玻璃原料成分分类，是目前最为通俗的一 种方法，主要用于连续玻璃纤维的分类。以不同的碱金 属氧化物含量来区分，碱金属氧化物一般指氧化钠、氧 化钾，由纯碱、芒硝、长石等物质引入。碱金属氧化物是 普通玻璃的主要组分之一， 其主要作用是降低玻璃的 熔点。但玻璃中碱金属氧化物的含量愈高，它的化学稳 定性、电绝缘性能和强度都会相应降低。 因此，对不同 用途的玻璃纤维，要采用不同含碱量的玻璃成分。从而 经常采用玻璃纤维成分的含碱量， 作为区别不同用途 的连续玻璃纤维的标志。根据玻璃成分中的含碱量，可 以把连续纤维分为如下几种： 无碱纤维（通称 E 玻璃）： R2O 含量小于 0.8%，是 一种铝硼硅酸盐成分。 它的化学稳定性、电绝缘性能、 强度都很好。 中碱纤维（C 玻璃）： R2O 的含量为 11.9%～16.4%， 是一种钠钙硅酸盐成分，因其含碱量高，不能作电绝缘 材料，但其化学稳定性和强度尚好。 高 碱 纤 维： R2O 含量等于或大于 15%的 玻 璃 成 分。一般采用碎的平板玻璃、碎瓶子玻璃等作原料拉制 而成。 现在国家已经禁止生产此类产品。 无碱和中碱玻璃纤两类产品的产量占目前玻纤总 产量的 98%以上,是用途最广泛的两类产品, 在玻纤业 内， 玻璃纤维就泛指无碱和中碱产品, 下面简要从性 能、生产工艺和应用领域方面对二者做简单对比。 1 性能比较 1.1 力学性能 玻璃纤维纱线的强度取决于单纤维的强度， 单纤 维的强度与其化学组成相关。 国际上都是以新生态纤 维的强度来代表玻璃的强度， 所谓新生态纤维是指玻 璃熔体流经拉丝漏板漏嘴后刚形成的纤维。 此时的纤 维尚未遭受空气中水分的侵蚀， 纤维表面微裂纹的数 量和尺寸都极小，此时测得的强度较真实。表 2 给出了 无碱、中碱 2 种玻璃的新生态纤维拉伸强度。 [1] 表1 玻璃新生态纤维拉伸强度 从表 1 中可以看出， 无碱玻璃的强度高于中碱玻 璃。 影响玻璃强度的因素很多，主要有化学成分、纤维直 径、存放时间及环境等。 对于实际生产中的玻璃纤维产 品来说， 其强度除与上述因素有关外还与玻璃熔化质 量、成型工艺及装备、浸润剂的种类和品质有很大关系。 弹性模量和断裂伸长率也是反映材料性能的重 要指标，玻璃纤维弹性模量高、伸长小、并且没有塑性 伸长，这是玻璃纤维的特性。弹性模量和断裂伸长率主 要取决于玻璃成分，与纤维直径关系不大。表 2 给出了 无碱和中碱玻璃纤维的弹性模量和断裂伸长率。 表2 玻璃弹性模量和断裂伸长率 摘 要：介绍了根据碱含量对连续玻璃纤维的分类方法，从性能、生产工艺、应用领域方面阐述了无碱玻纤与中碱玻纤的异同，分析 了无碱玻纤和中碱玻纤的发展前景。 关键词：玻璃纤维；无碱玻纤；中碱玻纤；性能；生产工艺 中图分类号：TQ171.77 文献标识码：B 文章编号：1003-1324（2009）-01-0042-03 玻璃种类 新生态纤维强度 /MPa 无碱玻璃 3058 中碱玻璃 2617 玻璃种类 弹性模量 /MPa 断裂伸长率 /% 无碱玻璃 7.7 ×104 4.8 中碱玻璃 7.4 ×104 4.2 ◆ 新 材 料 、 新 技 术 2009 年 第 1 期 （总第 1 期） · ·42
林长锋:浅析无碱与中碱玻璃纤维异同 1.2化学稳定性 硅酸盐玻璃成分,以SiO2、AlO3、CaO三元系统为基 化学稳定性是指玻璃抵抗水、酸、碱等介质侵蚀的础,国际上通常叫做“E”玻璃。最初是为电气应用研制 能力。通常以受介质侵蚀前后的质量损失、析出的碱量的,但今天无碱玻璃纤维的应用范围已远远超出了电 及进入侵蚀介质中的玻璃组分、强度损失和直径减少气用途,成为一种通用配方。表6给出了目前国际通用 率等指标来衡量。表3给出了无碱和中碱玻璃纤维的的无碱玻璃配方。 耐水性。它是以5000cm2表面积试样,在250ml蒸馏水 表6通用无碱玻璃配方 中煮3h测得的结果。P 成分SiO2AlO3BO3 Cao+Mgo R,o Feo3F-TiO2 表3玻璃纤维耐水性 重量%5414.37.222.5<0.8<040.3<0.5 玻璃种类 无碱玻璃 碱玻璃 无碱玻璃纤维的主要原料为:叶腊石,引入AL2O3 失重/mg 和SiO2;硼钙石,引入B2O3和CaO;石灰石,引入CaO。 析碱量/mg 辅助原料:纯碱,引入R0O;芒硝,作为助熔剂,同时引 表4给出了无碱和中间玻璃纤维的耐酸性。它是入R2O;萤石,助溶剂,同时引入CaO和F-。 5000cm2表面积试样,在0.25 mol/L HSO4溶液中煮 中碱玻璃成分是在Na2O-CaO-SiO2三元系统基础 3h测得的结果。 上发展起来的钠钙硅酸盐玻璃,1964年我国中碱玻璃 表4玻璃纤维耐酸性 5#成分投入工业生产,因其具有较好的化学稳定性和 玻璃种类 无碱玻璃 中碱玻璃 力学性能,至今仍是我国中碱玻璃的通用成分。表7分 1063.9 别给出了国内通用的5#中碱玻璃配方。 表5给出无碱和中碱玻璃的耐碱性试验结果。 ◆新材料 表7通用中碱配方 它是用相同比表面积的玻璃球进行试验,每个玻璃球成分 SiO Al-O3 Cao Mgo R。FeO3杂质 质量约为30g,表面积约为36cm2。碱性介质采用5%重量%6237095421205 NaOH溶液,耐碱性以失重和溶出硅离子浓度进行衡 中碱玻璃的主要原料为:石英砂,引入SiO2;钠长术 石,引入SiO2、AO3、Na0O;白云石,引入Ca0和MgO 表5无碱、中碱玻璃的耐碱性 方解石,主要引入 Cao Fe2O3纯碱,主要引入R2O。辅 失重/mgdm2 溶出硅离子浓度/mgm2 助原料为:萤石,助溶剂,同时引入CaO和F-;硝酸钠 条件 碱玻璃中碱玻璃无碱玻璃中碱玻璃助溶剂,同时引入Na2O;氧化砷,氧化剂,引入As2O3 28d35.7 0.071 2.2熔制工艺 80℃.6h 0.087 沸周3694939016017窑两种窑型,单元容一般应用于无碱池窑拉丝工艺,马 从表3中可以看出,无碱玻璃在水中的失重和析蹄焰窑一般作为纤维用玻璃球窑,也有少数作为中碱 碱量都低于中碱玻璃,表明无碱玻璃的耐水性优于中池窑拉丝工艺的窑型。 碱玻璃。 目前池窑直接拉丝法生产的无碱玻纤产量已超过 表4显示在酸性溶液中,中碱玻璃的失重远低于玻纤总产量的70%,池窑拉丝工艺已经成为无碱玻纤 无碱玻璃,说明中碱玻璃的耐酸性明显优于无碱玻璃。的主要生产工艺。无碱池窑拉丝用窑为单元窑,它是 从表5中可以看出无论是失重还是溶出硅离子浓种窑池狭长,用横穿炉膛的火焰燃烧的窑炉,通常是用 度,无碱玻璃都高于中碱玻璃,可以看出中碱玻璃的耐金属换热器对热能进行回收利用。在单元窑内的玻璃 碱性略好于无碱玻璃。 熔化、澄清行程长,比其他窑型在窑内停留时间长,适 2生产工艺比较 合熔制难熔和质量要求高的玻璃。无碱单元窑的主要 燃料为天然气、重油和液化石油气。表8给出了无碱池 目前无碱和中碱玻纤的生产工艺大体分为两窑拉丝用单元窑的主要技术指标。 种,一种是池窑法,另一种是坩埚法。以下就原料配方 表8无碱池窑拉丝用单元窑的技术指标 及原料种类、熔制工艺和拉丝成型三个主要工艺环节 指标熔化率熔化温度窑龄长宽熔化部深度熔化面积 加以简单比较 名称tm2dT/C/n比/ 2.1玻璃配方及原料种类 指标范围0.8-201600±1041234600-10 20-180 无碱成分是指碱金属氧化物含量小于1%的硼铝 21 CENTURY BUILDING PRODUCTS 2009.01.43 C1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
21st CENTURY BUILDING PRODUCTS 2009.01 玻璃种类 失重 /mg 析碱量 / mg 无碱玻璃 20.98 4.65 中碱玻璃 25.80 9.90 1.2 化学稳定性 化学稳定性是指玻璃抵抗水、酸、碱等介质侵蚀的 能力。通常以受介质侵蚀前后的质量损失、析出的碱量 及进入侵蚀介质中的玻璃组分、 强度损失和直径减少 率等指标来衡量。 表 3 给出了无碱和中碱玻璃纤维的 耐水性。 它是以 5000cm2 表面积试样，在 250ml 蒸馏水 中煮 3h 测得的结果。 [2] 表3 玻璃纤维耐水性 表 4 给出了无碱和中间玻璃纤维的耐酸性。 它是 以 5000cm2 表面积试样，在 0.25mol/L H2SO4 溶液中煮 3h 测得的结果。 表4 玻璃纤维耐酸性 表 5 给出无碱和中碱玻璃的耐碱性试验结果。 它是用相同比表面积的玻璃球进行试验， 每个玻璃球 质量约为 30g， 表面积约为 36cm2 。 碱性介质采用 5% NaOH 溶液， 耐碱性以失重和溶出硅离子浓度进行衡 量。 [3] 表5 无碱、中碱玻璃的耐碱性 从表 3 中可以看出， 无碱玻璃在水中的失重和析 碱量都低于中碱玻璃， 表明无碱玻璃的耐水性优于中 碱玻璃。 表 4 显示在酸性溶液中， 中碱玻璃的失重远低于 无碱玻璃，说明中碱玻璃的耐酸性明显优于无碱玻璃。 从表 5 中可以看出无论是失重还是溶出硅离子浓 度，无碱玻璃都高于中碱玻璃，可以看出中碱玻璃的耐 碱性略好于无碱玻璃。 2 生产工艺比较 目前无碱和中碱玻纤的生产工艺大体分为两 种，一种是池窑法，另一种是坩埚法。 以下就原料配方 及原料种类、 熔制工艺和拉丝成型三个主要工艺环节 加以简单比较。 2.1 玻璃配方及原料种类 无碱成分是指碱金属氧化物含量小于 1%的硼铝 硅酸盐玻璃成分， 以 SiO2 、Al2O3、CaO 三元系统为基 础，国际上通常叫做“E”玻璃。 最初是为电气应用研制 的， 但今天无碱玻璃纤维的应用范围已远远超出了电 气用途，成为一种通用配方。表 6 给出了目前国际通用 的无碱玻璃配方。 [4] 表6 通用无碱玻璃配方 无碱玻璃纤维的主要原料为：叶腊石，引入 Al2O3 和 SiO2；硼钙石，引入 B2O3 和 CaO；石灰石，引入 CaO。 辅助原料：纯碱，引入 R2O；芒硝，作为助熔剂，同时引 入 R2O；萤石，助溶剂，同时引入 CaO 和 F-。 中碱玻璃成分是在 Na2O-CaO-SiO2 三元系统基础 上发展起来的钠钙硅酸盐玻璃，1964 年我国中碱玻璃 5# 成分投入工业生产，因其具有较好的化学稳定性和 力学性能，至今仍是我国中碱玻璃的通用成分。表 7 分 别给出了国内通用的 5# 中碱玻璃配方。 表7 通用中碱配方 中碱玻璃的主要原料为：石英砂，引入 SiO2；钠长 石，引入 SiO2、Al2O3、Na2O；白云石，引入 CaO 和 MgO； 方解石，主要引入 CaO Fe2O3；纯碱，主要引入 R2O。 辅 助原料为：萤石，助溶剂，同时引入 CaO 和 F-；硝酸钠， 助溶剂，同时引入 Na2O；氧化砷，氧化剂，引入 As2O3。 2.2 熔制工艺 无碱和中碱玻璃的熔制主要采用单元窑和马蹄焰 窑两种窑型，单元窑一般应用于无碱池窑拉丝工艺，马 蹄焰窑一般作为纤维用玻璃球窑， 也有少数作为中碱 池窑拉丝工艺的窑型。 目前池窑直接拉丝法生产的无碱玻纤产量已超过 玻纤总产量的 70%，池窑拉丝工艺已经成为无碱玻纤 的主要生产工艺。无碱池窑拉丝用窑为单元窑，它是一 种窑池狭长，用横穿炉膛的火焰燃烧的窑炉，通常是用 金属换热器对热能进行回收利用。 在单元窑内的玻璃 熔化、澄清行程长，比其他窑型在窑内停留时间长，适 合熔制难熔和质量要求高的玻璃。 无碱单元窑的主要 燃料为天然气、重油和液化石油气。表 8 给出了无碱池 窑拉丝用单元窑的主要技术指标。 表 8 无碱池窑拉丝用单元窑的技术指标 林长锋：浅析无碱与中碱玻璃纤维异同 玻璃种类 失重 /mg 无碱玻璃 1063.9 中碱玻璃 49.22 处理 条件 常温，28d 80℃，6h 沸腾，3h 失重 /mg·dm-2 无碱玻璃 35.7 46.39 67.19 中碱玻璃 15.74 23.68 49.59 溶出硅离子浓度 / mg·ml-2 无碱玻璃 0.071 0.087 0.16 中碱玻璃 0.044 0.065 0.17 成分 SiO2 Al2O3 B2O3 CaO+MgO R2O Fe2O3 F- TiO2 重量% 54 14.3 7.2 22.5 ＜0.8 ＜0.4 0.3 ＜0.5 成分 SiO2 Al2O3 CaO MgO R2O Fe2O3 杂质 重量% 67.3 7.0 9.5 4.2 12.0 <0.5 余量 指标 名称 指标范围 熔化率 t/m2 ·d 0.8-2.0 熔化温度 T ／ ℃ 1600±10 窑龄 ／n 4-12 长宽 比 3-4 熔化部深度 ／mm 600-1100 熔化面积 ／m2 20-180 ◆ 新 材 料 、 新 技 术 · ·43
林长锋:浅析无碱与中碱玻璃纤维异同 中碱玻璃纤维目前以坩埚法生产为主,约占中碱钢复合材料的主要应用领域所占分额分分别为:交通 产品总产能的75%,2008年中碱玻纤的产量约为47工具29%、建筑工程19%、工业、农业16%、电气/电子 万吨,其中池窑法12万吨,坩埚法35万吨。中碱坩埚13%、其它23%。 法拉丝是以中碱玻璃球为原料,中间玻璃球是通过玻 屋面防水用玻纤材料,目前全世界用于屋面防水 璃球窑熔制生产的,中碱球窑一般为马蹄焰池窑。马蹄用材料的玻璃纤维约为40万吨,主要是各种玻纤毡产 焰窑属蓄热室池窑,蓄热室布置在窑炉前端,火焰覆盖品。 面积大,火焰形状为马蹄型。池窑直接拉丝法生产中碱纺织型玻纤材料主要应用在电子、电气工业、过滤 玻纤近几年也有较快发展,窑型也多为马蹄焰窑,目前织物、增强塑料织物、耐高温织物、装饰织物等方面。 全国在产的池窑已有6座。因中碱玻璃含碱量较高,单 上述四大类玻纤产品都有无碱和中碱产品,总的 位玻璃液熔化能耗要低于无碱,可以用热值较低的发来说,无碱玻纤比中碱玻纤在品质上略高一档,目前各 生炉煤气为燃料,这就大大降低了生产成本,天然气、个应用领域的高档产品都是无碱玻纤,中碱产品在对 重油和液化石油气也中碱玻璃熔制的主要燃料。表9纤维性能要求相对不高的领域应用较多,如普通缠绕 给出了中碱玻璃球窑(马蹄焰窑)的主要技术指标。拉挤和手糊等传统玻璃钢产业。因中碱玻纤的耐酸碱 表9中碱玻璃球窑(马蹄焰窑)技术指标 性要好于无碱产品,而广泛应用于化工环境中的各种 指标熔化率熔化温度窑龄长宽熔化部深度熔化面积 过滤材料中。 名称tm2d /年比 ◆新材料 指标范围0.55-1.21530±103-61.4-2.0800-120010-9 4发展趋势及前景 电助熔和鼓泡工艺在无碱单元窑和中碱马蹄焰窑 我国玻纤工业经过五十年的发展,玻纤的总产量 料新技术 中都已广泛应用,纯氧燃烧技术已经在无碱单元窑上已跃居世界首位。2008年全国玻纤总产量达到了230 逐步应用,节能效果明显,环保效益显著。 万吨,其中无碱产品产量为180余万吨,中碱产量为 2.3成型工艺 47万吨。在生产技术方面,池窑直接拉丝工艺已经成 玻璃纤维进入工业化生产以来,所采用的成型工为主流,2008年池窑直接拉丝工艺生产的玻纤产量为 艺方法总的可以分为球法坩埚拉丝和池窑法直接拉丝160万吨,已经达到总产量的70%,其中无碱产品为 两大类,目前高档无碱纤维都采用池窑法直接拉丝工148吨,中碱为12吨。 艺生产;中碱玻纤以球法坩埚拉丝为主。两种成型工艺 在国外玻璃纤维产品绝大多数为无碱制品,而我 位置线基本相同,坩埚拉丝工艺线为单层布置,池窑拉国中碱玻璃纤维产品还占有相当的比例。从产能和应 丝工艺位置线为双层布置。中碱球法坩埚拉丝一般采用情况看,无碱玻纤将继续发展和壮大。中碱玻璃纤维 用200-800孔的小漏板。增强型无碱池窑拉丝工艺目是我国特有的玻璃纤维品种,其性能除电绝缘性能等 前都采用1600-6000孔的大漏板。 级低和强度、耐水性较逊色于无碱玻璃纤维外,其化学 防腐性能优于无碱玻璃纤维,更由于其价格低,可因材 应用领域 施用,因此在我国仍然会长期使用,在中低端应用领域 玻璃纤维工业经过六十多年的发展,目前有四大保持一定市场分额。 类玻纤产品,即增强热固性塑料(FRP)用玻纤材料、增 强热塑性塑料(FTP)用玻纤材料、屋面防水用玻纤材参考文献 料以及纺织型玻纤材料 -{4]张耀明,李巨白,姜肇中.玻璃纤维与矿物棉全书.北京:化学工 业出版社,2001 FRP、FRTP用玻纤材料属于玻璃钢复合材料工业凹21葛敦世,陈尚,王玉梅,等,增强型玻璃纤维应用指南,北京:中国 基材。玻璃钢复合材料工业是玻璃纤维的最大市场,标准出版社,2001 其玻纤用量约占玻纤制品总量的70%~80%。世界玻璃3吴永坤,龚方红,沙得仁纤维玻璃耐碱性的研究.玻璃纤维,204 44·21世纪建筑材料200901 C1994-2010ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
21 世纪建筑材料 2009.01 中碱玻璃纤维目前以坩埚法生产为主， 约占中碱 产品总产能的 75%，2008 年中碱玻纤的产量约为 47 万吨，其中池窑法 12 万吨，坩埚法 35 万吨。 中碱坩埚 法拉丝是以中碱玻璃球为原料， 中间玻璃球是通过玻 璃球窑熔制生产的，中碱球窑一般为马蹄焰池窑。马蹄 焰窑属蓄热室池窑，蓄热室布置在窑炉前端，火焰覆盖 面积大，火焰形状为马蹄型。池窑直接拉丝法生产中碱 玻纤近几年也有较快发展，窑型也多为马蹄焰窑，目前 全国在产的池窑已有 6 座。因中碱玻璃含碱量较高，单 位玻璃液熔化能耗要低于无碱， 可以用热值较低的发 生炉煤气为燃料，这就大大降低了生产成本，天然气、 重油和液化石油气也中碱玻璃熔制的主要燃料。 表 9 给出了中碱玻璃球窑（马蹄焰窑）的主要技术指标。 表9 中碱玻璃球窑（马蹄焰窑）技术指标 电助熔和鼓泡工艺在无碱单元窑和中碱马蹄焰窑 中都已广泛应用， 纯氧燃烧技术已经在无碱单元窑上 逐步应用，节能效果明显，环保效益显著。 2.3 成型工艺 玻璃纤维进入工业化生产以来， 所采用的成型工 艺方法总的可以分为球法坩埚拉丝和池窑法直接拉丝 两大类， 目前高档无碱纤维都采用池窑法直接拉丝工 艺生产；中碱玻纤以球法坩埚拉丝为主。两种成型工艺 位置线基本相同，坩埚拉丝工艺线为单层布置，池窑拉 丝工艺位置线为双层布置。 中碱球法坩埚拉丝一般采 用 200-800 孔的小漏板。 增强型无碱池窑拉丝工艺目 前都采用 1600-6000 孔的大漏板。 3 应用领域 玻璃纤维工业经过六十多年的发展， 目前有四大 类玻纤产品，即增强热固性塑料（FRP）用玻纤材料、增 强热塑性塑料（FRTP）用玻纤材料、屋面防水用玻纤材 料以及纺织型玻纤材料。 FRP、FRTP 用玻纤材料属于玻璃钢复合材料工业 用基材。玻璃钢复合材料工业是玻璃纤维的最大市场， 其玻纤用量约占玻纤制品总量的 70%～80%。世界玻璃 钢复合材料的主要应用领域所占分额分分别为： 交通 工具 29%、建筑工程 19%、工业、农业 16%、电气/电子 13%、其它 23%。 屋面防水用玻纤材料， 目前全世界用于屋面防水 用材料的玻璃纤维约为 40 万吨，主要是各种玻纤毡产 品。 纺织型玻纤材料主要应用在电子、电气工业、过滤 织物、增强塑料织物、耐高温织物、装饰织物等方面。 上述四大类玻纤产品都有无碱和中碱产品， 总的 来说，无碱玻纤比中碱玻纤在品质上略高一档，目前各 个应用领域的高档产品都是无碱玻纤， 中碱产品在对 纤维性能要求相对不高的领域应用较多，如普通缠绕、 拉挤和手糊等传统玻璃钢产业。 因中碱玻纤的耐酸碱 性要好于无碱产品， 而广泛应用于化工环境中的各种 过滤材料中。 4 发展趋势及前景 我国玻纤工业经过五十年的发展， 玻纤的总产量 已跃居世界首位。 2008 年全国玻纤总产量达到了 230 万吨， 其中无碱产品产量为 180 余万吨， 中碱产量为 47 万吨。 在生产技术方面，池窑直接拉丝工艺已经成 为主流，2008 年池窑直接拉丝工艺生产的玻纤产量为 160 万吨， 已经达到总产量的 70%， 其中无碱产品为 148 吨，中碱为 12 吨。 在国外玻璃纤维产品绝大多数为无碱制品， 而我 国中碱玻璃纤维产品还占有相当的比例。 从产能和应 用情况看，无碱玻纤将继续发展和壮大。中碱玻璃纤维 是我国特有的玻璃纤维品种， 其性能除电绝缘性能等 级低和强度、耐水性较逊色于无碱玻璃纤维外，其化学 防腐性能优于无碱玻璃纤维，更由于其价格低，可因材 施用，因此在我国仍然会长期使用，在中低端应用领域 保持一定市场分额。 参考文献： [1]-[4] 张耀明， 李巨白， 姜肇中. 玻璃纤维与矿物棉全书. 北京：化学工 业出版社， 2001 [2] 葛敦世， 陈尚， 王玉梅， 等. 增强型玻璃纤维应用指南. 北京：中国 标准出版社， 2001 [3] 吴永坤， 龚方红， 沙得仁. 纤维玻璃耐碱性的研究. 玻璃纤维，2004， 2004，6（4）：6-14。 林长锋：浅析无碱与中碱玻璃纤维异同 指标 名称 指标范围 熔化率 t/m2 ·d 0.55-1.2 熔化温度 ／℃ 1530±10 窑龄 ／年 3-6 长宽 比 1.4-2.0 熔化部深度 ／mm 800-1200 熔化面积 ／m2 10-90 ◆ 新 材 料 、 新 技 术 · ·44
