麦根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 iber glass 技术交流 中图分类号TQ171777.17文献标识码A 浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 凌根华,李雯 (中材科技股份有限公司,南京210012) 摘要:介绍了高强玻璃纤维和普通无碱玻璃纤维相比具有的拉伸强度高、弹性模量高、抗冲击性能好、化学稳定性好 耐高温、抗疲劳性好等优良特征,高强玻璃纤维在国内外发展的情况,高强玻璃纤维及其制品纱及织物的主要技术性能, 它在航空航天、国防工业、一般工业、体育休闲器材等高性能的增强材料方面的广泛应用 关键词:高强玻璃纤维:S-2玻纤:HS玻纤 DEVELOPMENTS AND APPLICATIONS OF HIGH STRENGTH GLASS FIBERS LING Genhua, Li Wen Sinoma Science Technology Co Ltd, Nanjing 210012) Abstract: Compared with conventional E-glass fibers, high strength glass fibers are characterized by superior tensile strength elastic modulus, impact resistance, chemical stability, heat resistance and fatigue endurance. This article presents the developments of high strength glass fibers at home and abroad, the main technical properties of high strength glass fibers and their products, and their extensive uses as high performance reinforcements in aerospace, defence, sports and leisure and industrial applications Key words: high strength glass fiber; S-2 glass fiber; HS glass fiber 0前言 量提高15%~20%。1968年推出商用化产品S-2玻纤 1938年,美国欧文斯一科宁公司发明了E玻璃纤1998年后,S-2玻纤由AGY公司生产和销售 维。后应美国空军的需求开发了一种比E玻纤强度和 法国的圣戈班集团的维托特克斯公司开发出了 模量更高玻璃纤维,因其强度较高,取名为S玻纤。 商标为R(或RH)高强玻纤:日本的日东纺织株式会 S玻纤比常规E玻纤拉伸强度提高30%~40%,弹性模 社,板旭子公司也分别开发出了牌号或商标T及U高 强玻纤,前苏联的波洛茨克公司(现白俄罗斯)生 收稿日期:2008-05-27 产牌号BMI高强玻纤。 作者简介:凌根华,男,1966年生,中材科技股份有限公司特纤 南京玻璃纤维研究设计院,上世纪70年代起成 事业部高级工程师 功开发了具有自主知识产权的S系列高强玻璃纤维, 《玻璃纤维》2008年第5期 C1994-2010 China academic Journal electronic House.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
0 前言 1938年，美国欧文斯—科宁公司发明了E玻璃纤 维。后应美国空军的需求开发了一种比E玻纤强度和 模量更高玻璃纤维，因其强度较高，取名为S玻纤。 S玻纤比常规E玻纤拉伸强度提高30%～40%，弹性模 收稿日期：2008-05-27 作者简介：凌根华，男，1966年生，中材科技股份有限公司特纤 事业部高级工程师。 量提高15%～20%。1968年推出商用化产品S-2玻纤。 1998年后，S-2玻纤由 AGY公司生产和销售。 法国的圣戈班集团的维托特克斯公司开发出了 商标为R（或RH）高强玻纤；日本的日东纺织株式会 社，板旭子公司也分别开发出了牌号或商标T及U高 强玻纤，前苏联的波洛茨克公司（现白俄罗斯）生 产牌号BMП高强玻纤。 南京玻璃纤维研究设计院，上世纪70年代起成 功开发了具有自主知识产权的HS系列高强玻璃纤维， 凌根华，李雯 （中材科技股份有限公司，南京 210012） 摘 要：介绍了高强玻璃纤维和普通无碱玻璃纤维相比具有的拉伸强度高、弹性模量高、抗冲击性能好、化学稳定性好、 耐高温、抗疲劳性好等优良特征，高强玻璃纤维在国内外发展的情况，高强玻璃纤维及其制品纱及织物的主要技术性能， 它在航空航天、国防工业、一般工业、体育休闲器材等高性能的增强材料方面的广泛应用。 关键词：高强玻璃纤维；S-2 玻纤；HS玻纤 LING Genhua，Li Wen （Sinoma Science Technology Co.Ltd，Nanjing 210012） DEVELOPMENTS AND APPLICATIONS OF HIGH STRENGTH GLASS FIBERS Abstract：Compared with conventional E-glass fibers，high strength glass fibers are characterized by superior tensile strength， elastic modulus，impact resistance，chemical stability，heat resistance and fatigue endurance. This article presents the developments of high strength glass fibers at home and abroad，the main technical properties of high strength glass fibers and their products，and their extensive uses as high performance reinforcements in aerospace，defence，sports and leisure and industrial applications. Key words：high strength glass fiber；S-2 glass fiber；HS glass fiber 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 技 术 交 流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 技 术 交 流 浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 《玻璃纤维》2008年 第5期 7 《玻璃纤维》2008年 第5期 8 《玻璃纤维》2008年 第5期 9 产品性能接近或达到国外先进水平。 高强玻璃纤维作为先进复合材料的增强基材， 最初主要用于航空、航天、兵器等国防军工领域。 随着科学技术水平进步及世界经济的发展，高强玻 纤在民用一般工业领域如电机行业、风力产业、压 力容器增强、高强格栅、汽车行业、体育休闲器材、 海上石油管道、建筑补强得到了广泛应用。 近年来，随着需求的不断增加，高强玻纤在北 美、欧洲等发达国家发展较快，年需求自2004年以 来，均以每年25%以上的速度递增，国外高强玻纤主 要由美国AGY公司生产，其生产及销售量占全世界的 80%以上。在我国，高强玻纤作为国家鼓励重点发展 2 高强玻纤的性能 高强玻纤与常用E玻纤相比具有下列主要六大特 点：拉伸强度高，弹性模量高刚性好，断裂伸长量 大抗冲击性能好，化学稳定性好，耐高温，抗疲劳 特性及雷达透波性能好。 2.1 高强玻纤的拉伸强度及弹性模量 高强玻纤的拉伸强度，弹性模量分别比E玻纤提 高了30%～40%和16%～20%以上。用高强玻纤制成的 复合材料其强度及模量比E玻纤制成的复合材料分别 高近50%。 2.2 耐冲击性能 断裂伸长率表示纤维抗冲击变形的能力，是材 料耐冲击的重要指标，高强玻纤的断裂伸长量大于 5%，和芳纶纤维、碳纤维相比，其在一定应力下形 变能力最大，能充分吸收冲击能量，该特性决定高 强纤维可以作为一种比较理想的防弹材料。 2.3 耐疲劳特性 的新材料，被列入国家科技部、财政部、税务总局 共同组织编制的《中国高新技术产品目录》，中材 科技股份有限公司也新建了年产1,000,t高强玻纤生 产线，为日益增长的市场需求提供有利保障。 1 高强玻纤的化学成分 SiO2-Al2O3-MgO或SiO2-Al2O3-CaO-MgO是高强玻 璃系统主要体系，各种高强玻璃成分的质量分数不 尽相同，但其中主要氧化物的含量均比E玻纤高，其 中Al2O3的含量均在25%左右。高强玻纤的化学成分 的质量分数见下表1。 高强玻纤的耐疲劳性能比E玻纤高出10倍以上， 该特性决定用高强玻纤制成的复合材料具有更长的 工作寿命。 2.4 化学稳定特性 高强玻纤具有高的化学稳定性，其水煮，酸洗， 碱洗后强度保持率比E玻纤高。 2.5 耐高温性能 高强玻纤在比E玻纤更高的温度下熔制而成， 具有较高的软化点，通常高强玻纤要比E玻纤更耐 100～150,℃。 3 高强玻纤制品 高强纤维制品分为直接制品和复合制品两类， 直接制品分为高强玻纤纱线，合股无捻粗纱，直接 无捻粗纱，高强玻纤布，单向布，无捻粗纱布等等。 3.1 纺织纱 国外高强玻纤有捻纱以9,,,m68,tex的单捻纱为 主，也有少量的9,,,m33,tex的单捻纱和合股纱，浸 润剂分为淀粉型，直接增强用硅烷型。纺织纱主要 用于供应玻纤织布厂家。我国高强纱主要模仿前苏 联的产品以8,,,m的直接增强细纱为主。 3.2 无捻粗纱 高强无捻粗纱通常由直径9,,,m以上原丝来合股 而成，其浸润剂分别适用环氧、酚醛、乙烯基等树 脂基体。值得一提的是AGY公司在2000年以后推出 ZenTron及VeTron的两种牌号的直接无捻粗纱。 3.3 高强玻纤布 国外高强玻纤厂家通常自身不织布，而是将纺 织纱供应给专业的织布厂商来织造高强布。 除上述规格的高强玻纤布外，BGF和HEXCEL公司 还制造一些规格的高强单向布和无捻粗纱布。 中材科技股份有限公司除可以向市场提供高强 纱之外，也生产下列规格的高强玻纤布。 4 高强玻纤的主要应用领域 4.1 航空、航天 目前高强玻纤在世界航空领域中占20%～30%市 场，常见的材料有GLARE层板，S玻纤单向预浸料以及 S玻纤细纱布。其用途作为飞机内装材料，地板，舱 门，机翼前缘；雷达罩；副油箱；直升飞机机翼等 等。 4.2 国防军事、警用器材 高强玻纤断裂伸长量大抗冲击性能好，高强玻 纤的断裂伸长量大于5%使之能成为吸收能量的理想 材料，高强无捻粗纱方格布和酚醛树脂复合制成高 强玻纤复合材料层压板可以用于各种军事或民用目 的防弹装甲。 4.3 一般民用工业 4.3.1 汽车工业 利用高强玻纤的耐高温性能，用作Silentex消 技 术 交 流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 中图分类号:TQ171.77+7.17 文献标识码:A 表1 几种高强玻璃纤维化学成分质量百分比 % SiO2 64～66 58～60 55～62 58～60 65 Al2O3 24～25 23.5～25.5 25 20～27 23 CaO 0～0.2 8～10 - - ＜0.01 MgO 9.5～10 5～7 12～14 10～15 11 Na2O+K2O 0.02 0～1 - 0.18～0.45 ＜0.1 B2O3 - 0～0.35 ＜3 - ＜0.01 Fe2O3 0～0.1 0～0.5 1 0.1～0.6 ＜0.1 S-2玻纤 R玻纤 HS4玻纤 BMП T玻纤 高强玻纤VS无碱玻纤 E 玻纤 HS4玻纤 抗 拉 强 度/MPa 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 测试方法 ASTM D2343 2275 3535 图1 国产高强玻纤拉伸强度 90 85 80 75 70 65 纤 维 模 量/GPa 高强玻纤VS无碱玻纤 E 玻纤 HS4玻纤 测试方法 ASTM D2343 73 87 图2 国产高强玻纤拉伸模量 表2 BGF和HEXCEL公司主要织造下列规格的高强布 牌号 6522 6533 6580 6581 6781 纱线规格 SC9 33 1×2 SC9 66 1×2 SC9 33 1×1 SC9 33 1×2 SC9 66 1×1 经/纬密度/根 cm 9×9 7×7 29×28 23×21 23×21 质量/g m-2 125 200 190 302 302 组织 平纹 平纹 八枚缎纹 八枚缎纹 八枚缎纹 表3 中材科技股份有限公司高强布织造规格 牌号 SW80B-90b SW100A-100a SW110C-90a SW140B-90a SW180D-90a SW200C-90a SW210A-92a SW220B-90b SW280F-92a 纱线规格 SC8 12 1×2 SC8 12 1×2 SC8 12 1×2 SC8 12 2×2 SC8 12 2×2 SC8 12 2×4 SC8 12 2×3 SC8 12 2×3 SC8 12 2×3 经/纬密度 根 cm 16×16 20×20 22×22 14×14 18×18 20×10 16×12 18×14 20×18 质量 g m-2 80 100 110 140 180 200 210 240 280 组织 斜纹 平纹 四枚缎纹 斜纹 五枚缎纹 四枚缎纹 平纹 斜纹 八枚缎纹 《玻璃纤维》2008年 第5期 10 音器填料减少噪声；高强玻纤与橡胶材料复合制作 同步带，这种同步带用在汽车发动机内比金属链更 耐高温、耐腐蚀。 4.3.2 压力容器增强 高强玻纤可以直接用于缠绕各种高压气瓶（医 疗、煤矿、消防、登山体育用），或者和碳纤维一 起使用，增强气瓶的抗冲击力和耐磨擦性能。 4.3.3 电机行业 传统换向器加强环多为金属环，不仅强度低 （只有400,MPa），也不绝缘，采用高强玻纤生产的 加强环不仅具有良好的绝缘性能，强度也可以达到 800～1,200,MPa，是钢环的2～3倍，能确保转子轴 在高速运转下产生强大的离心力，对漆包线起到固 定作用。 4.3.4 高强格栅 高强玻纤强度高，耐腐蚀性能好，用于生产超 长跨距格栅，其纵向筋条的间隔可以非常大。国内 客户生产的高强格栅产品通过美国海岸警卫队测试， 在海洋石油平台，人行通道，船甲板，地铁，煤矿 等紧急逃生通道或救生场所得到广泛的应用。 4.3.5 风力发电 据国外研究，单台风力机组的发电量和风力叶 片的长度的平方成正比，这就要求风力叶片尺寸能 尽量的长，以提供发电效率降低发电成本。叶片的 大型化就要求叶片本身刚性硬度高，以避免在强风 时叶片弯曲变形和塔身相碰。现在研究表明：E玻纤 的理论设计极限叶片长度50米左右，因此我们有理 由相信随着风电产业的发展高强玻纤必将会得到应 用。 4.4 体育、休闲行业 高强玻纤作为纤维增强材料用来制作滑雪板和 冲浪板、游艇、帆船等陆上及水上项目用品；也可 以用来制作钓竿、曲棍球棍、棒球和垒球棒等等。 技 术 交 流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 （上接第3页） 温度从250,℃降至45,℃以下，高温含氟废气pH为偏 酸性，因而喷淋液采用3%（重量浓度）NaOH溶液， 这样，在降温同时，可中和废气酸碱度。 降温中和后的废气进入洗涤吸收塔，吸收剂采 用NaOH质量分数为5%溶液。 氟化氢废气与氢氧化钠发生反应： HF＋NaOH→NaF＋H2O（反应时间2～4,s） 将含氟化物转化为NaF。 经洗涤吸收后，废气可达标排放。 其中一套装置经当地环保监测站监测，处理后 废气中所有污染物指标均已达标。 3 结论 本方法针对传统方法处理高温工业废气的不足， 提出冰水冷却中和—洗涤吸收法新工艺。先使用冰 水冷却系统，使高温工业废气降温同时中和废水pH， 后接洗涤吸收。这样既克服了稀释法需放大设备尺 寸的不足，又克服了单纯吸收法需采用耐高温材质 制作吸收设备的弊端，新工艺在保证处理效果的前 提下大大降低了工程投资，减少了占地面积和运转 成本，而且工艺简捷，处理效果稳定可靠，运转费 用较低。根据废气量的多少，可配置相应的处理装 置。因而在高温工业废气处理方面有着广阔的应用 前景。 200620159210.6 用于冷却塔的玻璃钢侧板 本实用新型公开了一种用于冷却塔的玻璃钢侧板，其侧板中部向内弯曲形成一纵向的凹槽，该凹槽的两侧 连接有由两层玻璃纤维板粘合而成的中空板体。通过使用本实用新型所述玻璃钢侧板组装而成的冷却塔，可以 完全省去传统冷却塔中的钢架体结构，节省70%以上的螺钉或螺丝，且大部分部件采用玻璃纤维板制成，大大 μ 减少了冷却塔的组装部件，缩短组装时间，降低制作成本。 μ μ μ 【专 利 摘 要】
技术交流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 产品性能接近或达到国外先进水平 的新材料,被列入国家科技部、财政部、税务总局 高强玻璃纤维作为先进复合材料的增强基材 共同组织编制的《中国高新技术产品目录》,中材 最初主要用于航空、航天、兵器等国防军工领域 科技股份有限公司也新建了年产1000t高强玻纤生 随着科学技术水平进步及世界经济的发展,高强玻产线,为日益增长的市场需求提供有利保障 纤在民用一般工业领域如电机行业、风力产业、压 力容器增强、高强格栅、汽车行业、体育休闲器材、 高强玻纤的化学成分 海上石油管道、建筑补强得到了广泛应用 SiO2-A120-MgO或SiO2-A1203-CaO-Mg0是高强玻 近年来,随着需求的不断增加,高强玻纤在北璃系统主要体系,各种高强玻璃成分的质量分数不 美、欧洲等发达国家发展较快,年需求自2004年以尽相同,但其中主要氧化物的含量均比E玻纤高,其 来,均以每年25%以上的速度递增,国外高强玻纤主 中A120的含量均在25%左右。高强玻纤的化学成分 要由美国AGY公司生产,其生产及销售量占全世界的的质量分数见下表1 80%以上。在我国,高强玻纤作为国家鼓励重点发展 表1几种高强玻璃纤维化学成分质量百分比 S102 AlzO3 Na20+K20 Fe203 S-2玻纤 R玻纤 8~6023.5~25.5 0~0.35 HS4玻纤 12~1 10~15 0.1~0.6 玻纤 23 <0.01 <0.1 <0.1 2高强玻纤的性能 高强玻纤的耐疲劳性能比E玻纤高出10倍以上 高强玻纤与常用E玻纤相比具有下列主要六大特该特性决定用高强玻纤制成的复合材料具有更长的 点:拉伸强度高,弹性模量高刚性好,断裂伸长量工作寿命 大抗冲击性能好,化学稳定性好,耐高温,抗疲劳2.4化学稳定特性 特性及雷达透波性能好 高强玻纤具有高的化学稳定性,其水煮,酸洗 2.1高强玻纤的拉伸强度及弹性模量 碱洗后强度保持率比E玻纤高 高强玻纤的拉伸强度,弹性模量分别比E玻纤提2.5耐高温性能 高了30%~40%和16%~20%以上。用高强玻纤制成的 高强玻纤在比E玻纤更高的温度下熔制而成 复合材料其强度及模量比E玻纤制成的复合材料分别具有较高的软化点,通常高强玻纤要比E玻纤更耐 高近50% 100~150℃ 2.2耐冲击性能 断裂伸长率表示纤维抗冲击变形的能力,是材3高强玻纤制品 料耐冲击的重要指标,高强玻纤的断裂伸长量大于 高强纤维制品分为直接制品和复合制品两类, 5%,和芳纶纤维、碳纤维相比,其在一定应力下形直接制品分为高强玻纤纱线,合股无捻粗纱,直接 变能力最大,能充分吸收冲击能量,该特性决定高无捻粗纱,高强玻纤布,单向布,无捻粗纱布等等。 强纤维可以作为一种比较理想的防弹材料 3.1纺织纱 2.3耐疲劳特性 国外高强玻纤有捻纱以9μm68tex的单捻纱为 《玻璃纤维》2008年第5期 C1994-2010 China academic Journal electronic House.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
0 前言 1938年，美国欧文斯—科宁公司发明了E玻璃纤 维。后应美国空军的需求开发了一种比E玻纤强度和 模量更高玻璃纤维，因其强度较高，取名为S玻纤。 S玻纤比常规E玻纤拉伸强度提高30%～40%，弹性模 收稿日期：2008-05-27 作者简介：凌根华，男，1966年生，中材科技股份有限公司特纤 事业部高级工程师。 量提高15%～20%。1968年推出商用化产品S-2玻纤。 1998年后，S-2玻纤由 AGY公司生产和销售。 法国的圣戈班集团的维托特克斯公司开发出了 商标为R（或RH）高强玻纤；日本的日东纺织株式会 社，板旭子公司也分别开发出了牌号或商标T及U高 强玻纤，前苏联的波洛茨克公司（现白俄罗斯）生 产牌号BMП高强玻纤。 南京玻璃纤维研究设计院，上世纪70年代起成 功开发了具有自主知识产权的HS系列高强玻璃纤维， 凌根华，李雯 （中材科技股份有限公司，南京 210012） 摘 要：介绍了高强玻璃纤维和普通无碱玻璃纤维相比具有的拉伸强度高、弹性模量高、抗冲击性能好、化学稳定性好、 耐高温、抗疲劳性好等优良特征，高强玻璃纤维在国内外发展的情况，高强玻璃纤维及其制品纱及织物的主要技术性能， 它在航空航天、国防工业、一般工业、体育休闲器材等高性能的增强材料方面的广泛应用。 关键词：高强玻璃纤维；S-2 玻纤；HS玻纤 LING Genhua，Li Wen （Sinoma Science Technology Co.Ltd，Nanjing 210012） DEVELOPMENTS AND APPLICATIONS OF HIGH STRENGTH GLASS FIBERS Abstract：Compared with conventional E-glass fibers，high strength glass fibers are characterized by superior tensile strength， elastic modulus，impact resistance，chemical stability，heat resistance and fatigue endurance. This article presents the developments of high strength glass fibers at home and abroad，the main technical properties of high strength glass fibers and their products，and their extensive uses as high performance reinforcements in aerospace，defence，sports and leisure and industrial applications. Key words：high strength glass fiber；S-2 glass fiber；HS glass fiber 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 技 术 交 流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 技 术 交 流 浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 《玻璃纤维》2008年 第5期 7 《玻璃纤维》2008年 第5期 8 《玻璃纤维》2008年 第5期 9 产品性能接近或达到国外先进水平。 高强玻璃纤维作为先进复合材料的增强基材， 最初主要用于航空、航天、兵器等国防军工领域。 随着科学技术水平进步及世界经济的发展，高强玻 纤在民用一般工业领域如电机行业、风力产业、压 力容器增强、高强格栅、汽车行业、体育休闲器材、 海上石油管道、建筑补强得到了广泛应用。 近年来，随着需求的不断增加，高强玻纤在北 美、欧洲等发达国家发展较快，年需求自2004年以 来，均以每年25%以上的速度递增，国外高强玻纤主 要由美国AGY公司生产，其生产及销售量占全世界的 80%以上。在我国，高强玻纤作为国家鼓励重点发展 2 高强玻纤的性能 高强玻纤与常用E玻纤相比具有下列主要六大特 点：拉伸强度高，弹性模量高刚性好，断裂伸长量 大抗冲击性能好，化学稳定性好，耐高温，抗疲劳 特性及雷达透波性能好。 2.1 高强玻纤的拉伸强度及弹性模量 高强玻纤的拉伸强度，弹性模量分别比E玻纤提 高了30%～40%和16%～20%以上。用高强玻纤制成的 复合材料其强度及模量比E玻纤制成的复合材料分别 高近50%。 2.2 耐冲击性能 断裂伸长率表示纤维抗冲击变形的能力，是材 料耐冲击的重要指标，高强玻纤的断裂伸长量大于 5%，和芳纶纤维、碳纤维相比，其在一定应力下形 变能力最大，能充分吸收冲击能量，该特性决定高 强纤维可以作为一种比较理想的防弹材料。 2.3 耐疲劳特性 的新材料，被列入国家科技部、财政部、税务总局 共同组织编制的《中国高新技术产品目录》，中材 科技股份有限公司也新建了年产1,000,t高强玻纤生 产线，为日益增长的市场需求提供有利保障。 1 高强玻纤的化学成分 SiO2-Al2O3-MgO或SiO2-Al2O3-CaO-MgO是高强玻 璃系统主要体系，各种高强玻璃成分的质量分数不 尽相同，但其中主要氧化物的含量均比E玻纤高，其 中Al2O3的含量均在25%左右。高强玻纤的化学成分 的质量分数见下表1。 高强玻纤的耐疲劳性能比E玻纤高出10倍以上， 该特性决定用高强玻纤制成的复合材料具有更长的 工作寿命。 2.4 化学稳定特性 高强玻纤具有高的化学稳定性，其水煮，酸洗， 碱洗后强度保持率比E玻纤高。 2.5 耐高温性能 高强玻纤在比E玻纤更高的温度下熔制而成， 具有较高的软化点，通常高强玻纤要比E玻纤更耐 100～150,℃。 3 高强玻纤制品 高强纤维制品分为直接制品和复合制品两类， 直接制品分为高强玻纤纱线，合股无捻粗纱，直接 无捻粗纱，高强玻纤布，单向布，无捻粗纱布等等。 3.1 纺织纱 国外高强玻纤有捻纱以9,,,m68,tex的单捻纱为 主，也有少量的9,,,m33,tex的单捻纱和合股纱，浸 润剂分为淀粉型，直接增强用硅烷型。纺织纱主要 用于供应玻纤织布厂家。我国高强纱主要模仿前苏 联的产品以8,,,m的直接增强细纱为主。 3.2 无捻粗纱 高强无捻粗纱通常由直径9,,,m以上原丝来合股 而成，其浸润剂分别适用环氧、酚醛、乙烯基等树 脂基体。值得一提的是AGY公司在2000年以后推出 ZenTron及VeTron的两种牌号的直接无捻粗纱。 3.3 高强玻纤布 国外高强玻纤厂家通常自身不织布，而是将纺 织纱供应给专业的织布厂商来织造高强布。 除上述规格的高强玻纤布外，BGF和HEXCEL公司 还制造一些规格的高强单向布和无捻粗纱布。 中材科技股份有限公司除可以向市场提供高强 纱之外，也生产下列规格的高强玻纤布。 4 高强玻纤的主要应用领域 4.1 航空、航天 目前高强玻纤在世界航空领域中占20%～30%市 场，常见的材料有GLARE层板，S玻纤单向预浸料以及 S玻纤细纱布。其用途作为飞机内装材料，地板，舱 门，机翼前缘；雷达罩；副油箱；直升飞机机翼等 等。 4.2 国防军事、警用器材 高强玻纤断裂伸长量大抗冲击性能好，高强玻 纤的断裂伸长量大于5%使之能成为吸收能量的理想 材料，高强无捻粗纱方格布和酚醛树脂复合制成高 强玻纤复合材料层压板可以用于各种军事或民用目 的防弹装甲。 4.3 一般民用工业 4.3.1 汽车工业 利用高强玻纤的耐高温性能，用作Silentex消 技 术 交 流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 中图分类号:TQ171.77+7.17 文献标识码:A 表1 几种高强玻璃纤维化学成分质量百分比 % SiO2 64～66 58～60 55～62 58～60 65 Al2O3 24～25 23.5～25.5 25 20～27 23 CaO 0～0.2 8～10 - - ＜0.01 MgO 9.5～10 5～7 12～14 10～15 11 Na2O+K2O 0.02 0～1 - 0.18～0.45 ＜0.1 B2O3 - 0～0.35 ＜3 - ＜0.01 Fe2O3 0～0.1 0～0.5 1 0.1～0.6 ＜0.1 S-2玻纤 R玻纤 HS4玻纤 BMП T玻纤 高强玻纤VS无碱玻纤 E 玻纤 HS4玻纤 抗 拉 强 度/MPa 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 测试方法 ASTM D2343 2275 3535 图1 国产高强玻纤拉伸强度 90 85 80 75 70 65 纤 维 模 量/GPa 高强玻纤VS无碱玻纤 E 玻纤 HS4玻纤 测试方法 ASTM D2343 73 87 图2 国产高强玻纤拉伸模量 表2 BGF和HEXCEL公司主要织造下列规格的高强布 牌号 6522 6533 6580 6581 6781 纱线规格 SC9 33 1×2 SC9 66 1×2 SC9 33 1×1 SC9 33 1×2 SC9 66 1×1 经/纬密度/根 cm 9×9 7×7 29×28 23×21 23×21 质量/g m-2 125 200 190 302 302 组织 平纹 平纹 八枚缎纹 八枚缎纹 八枚缎纹 表3 中材科技股份有限公司高强布织造规格 牌号 SW80B-90b SW100A-100a SW110C-90a SW140B-90a SW180D-90a SW200C-90a SW210A-92a SW220B-90b SW280F-92a 纱线规格 SC8 12 1×2 SC8 12 1×2 SC8 12 1×2 SC8 12 2×2 SC8 12 2×2 SC8 12 2×4 SC8 12 2×3 SC8 12 2×3 SC8 12 2×3 经/纬密度 根 cm 16×16 20×20 22×22 14×14 18×18 20×10 16×12 18×14 20×18 质量 g m-2 80 100 110 140 180 200 210 240 280 组织 斜纹 平纹 四枚缎纹 斜纹 五枚缎纹 四枚缎纹 平纹 斜纹 八枚缎纹 《玻璃纤维》2008年 第5期 10 音器填料减少噪声；高强玻纤与橡胶材料复合制作 同步带，这种同步带用在汽车发动机内比金属链更 耐高温、耐腐蚀。 4.3.2 压力容器增强 高强玻纤可以直接用于缠绕各种高压气瓶（医 疗、煤矿、消防、登山体育用），或者和碳纤维一 起使用，增强气瓶的抗冲击力和耐磨擦性能。 4.3.3 电机行业 传统换向器加强环多为金属环，不仅强度低 （只有400,MPa），也不绝缘，采用高强玻纤生产的 加强环不仅具有良好的绝缘性能，强度也可以达到 800～1,200,MPa，是钢环的2～3倍，能确保转子轴 在高速运转下产生强大的离心力，对漆包线起到固 定作用。 4.3.4 高强格栅 高强玻纤强度高，耐腐蚀性能好，用于生产超 长跨距格栅，其纵向筋条的间隔可以非常大。国内 客户生产的高强格栅产品通过美国海岸警卫队测试， 在海洋石油平台，人行通道，船甲板，地铁，煤矿 等紧急逃生通道或救生场所得到广泛的应用。 4.3.5 风力发电 据国外研究，单台风力机组的发电量和风力叶 片的长度的平方成正比，这就要求风力叶片尺寸能 尽量的长，以提供发电效率降低发电成本。叶片的 大型化就要求叶片本身刚性硬度高，以避免在强风 时叶片弯曲变形和塔身相碰。现在研究表明：E玻纤 的理论设计极限叶片长度50米左右，因此我们有理 由相信随着风电产业的发展高强玻纤必将会得到应 用。 4.4 体育、休闲行业 高强玻纤作为纤维增强材料用来制作滑雪板和 冲浪板、游艇、帆船等陆上及水上项目用品；也可 以用来制作钓竿、曲棍球棍、棒球和垒球棒等等。 技 术 交 流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 （上接第3页） 温度从250,℃降至45,℃以下，高温含氟废气pH为偏 酸性，因而喷淋液采用3%（重量浓度）NaOH溶液， 这样，在降温同时，可中和废气酸碱度。 降温中和后的废气进入洗涤吸收塔，吸收剂采 用NaOH质量分数为5%溶液。 氟化氢废气与氢氧化钠发生反应： HF＋NaOH→NaF＋H2O（反应时间2～4,s） 将含氟化物转化为NaF。 经洗涤吸收后，废气可达标排放。 其中一套装置经当地环保监测站监测，处理后 废气中所有污染物指标均已达标。 3 结论 本方法针对传统方法处理高温工业废气的不足， 提出冰水冷却中和—洗涤吸收法新工艺。先使用冰 水冷却系统，使高温工业废气降温同时中和废水pH， 后接洗涤吸收。这样既克服了稀释法需放大设备尺 寸的不足，又克服了单纯吸收法需采用耐高温材质 制作吸收设备的弊端，新工艺在保证处理效果的前 提下大大降低了工程投资，减少了占地面积和运转 成本，而且工艺简捷，处理效果稳定可靠，运转费 用较低。根据废气量的多少，可配置相应的处理装 置。因而在高温工业废气处理方面有着广阔的应用 前景。 200620159210.6 用于冷却塔的玻璃钢侧板 本实用新型公开了一种用于冷却塔的玻璃钢侧板，其侧板中部向内弯曲形成一纵向的凹槽，该凹槽的两侧 连接有由两层玻璃纤维板粘合而成的中空板体。通过使用本实用新型所述玻璃钢侧板组装而成的冷却塔，可以 完全省去传统冷却塔中的钢架体结构，节省70%以上的螺钉或螺丝，且大部分部件采用玻璃纤维板制成，大大 μ 减少了冷却塔的组装部件，缩短组装时间，降低制作成本。 μ μ μ 【专 利 摘 要】
凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 iber 技术交流 lass 高强玻纤VS无碱玻纤 表2BGF和 HEXCEL公司主要织造下列规格的高强布 4000 牌号纱线规格经/纬密度/根,cm质量/ 6522SC9331×2 52o 6533SC9661×2 平纹 1500 6580SC9331x1 八枚缎纹 23×21 302八枚缎纹 678lSC9661×1 302八枚缎纹 E玻纤 S4玻纤 口测试方法口 ASTM D2343 表3中材科技股份有限公司高强布织造规格 图1国产高强玻纤拉伸强度 经/纬密度质量 号 纱线规格 高强玻纤VS无碱玻纤 g02组织 SW80B-90bSC8121×216×16 斜纹 W100A-100aSC8121×220 SW10C-90aSC8121×222×22110四枚缎纹 SW140B-90aSC8122×214×14140斜纹 SW80D-90aSC8122×218×18180五枚缎纹 SW200c-90aSC8122×420×10200四枚缎纹 SW210A-92aSC8122×316x12210 E玻纤 S4玻纤 SW220B-90bSc8122×318×14240斜纹 口测试方法口 ASTM D2343 SW280F-92aSC8122×320×18280八枚缎纹 图2国产高强玻纤拉伸模量 主,也有少量的9μm33tex的单捻纱和合股纱,浸4高强玻纤的主要应用领域 润剂分为淀粉型,直接增强用硅烷型。纺织纱主要4.1航空、航天 用于供应玻纤织布厂家。我国高强纱主要模仿前苏 目前高强玻纤在世界航空领域中占20%~30%市 联的产品以8μm的直接增强细纱为主。 场,常见的材料有 GLARE层板,S玻纤单向预浸料以及 3.2无捻粗纱 S玻纤细纱布。其用途作为飞机内装材料,地板,舱 高强无捻粗纱通常由直径9μm以上原丝来合股 门,机翼前缘:雷达罩:副油箱:直升飞机机翼等 而成,其浸润剂分别适用环氧、酚醛、乙烯基等树 脂基体。值得一提的是AGY公司在2000年以后推出4.2国防军事、警用器材 ZenTron及 VeRon的两种牌号的直接无捻粗纱 高强玻纤断裂伸长量大抗冲击性能好,高强玻 3.3高强玻纤布 纤的断裂伸长量大于5%使之能成为吸收能量的理想 国外高强玻纤厂家通常自身不织布,而是将纺 材料,高强无捻粗纱方格布和酚醛树脂复合制成高 织纱供应给专业的织布厂商来织造高强布 强玻纤复合材料层压板可以用于各种军事或民用目 除上述规格的高强玻纤布外,BGF和 HEXCEL公司的防弹装甲。 还制造一些规格的高强单向布和无捻粗纱布。 4.3一般民用工业 中材科技股份有限公司除可以向市场提供高强4.3.1汽车工业 少之外,也生产下列规格的高强玻纤布 利用高强玻纤的耐高温性能,用作 Silentex消 《玻璃纤维》2008年第5期 C1994-2010 China academic Journal electronic House.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
0 前言 1938年，美国欧文斯—科宁公司发明了E玻璃纤 维。后应美国空军的需求开发了一种比E玻纤强度和 模量更高玻璃纤维，因其强度较高，取名为S玻纤。 S玻纤比常规E玻纤拉伸强度提高30%～40%，弹性模 收稿日期：2008-05-27 作者简介：凌根华，男，1966年生，中材科技股份有限公司特纤 事业部高级工程师。 量提高15%～20%。1968年推出商用化产品S-2玻纤。 1998年后，S-2玻纤由 AGY公司生产和销售。 法国的圣戈班集团的维托特克斯公司开发出了 商标为R（或RH）高强玻纤；日本的日东纺织株式会 社，板旭子公司也分别开发出了牌号或商标T及U高 强玻纤，前苏联的波洛茨克公司（现白俄罗斯）生 产牌号BMП高强玻纤。 南京玻璃纤维研究设计院，上世纪70年代起成 功开发了具有自主知识产权的HS系列高强玻璃纤维， 凌根华，李雯 （中材科技股份有限公司，南京 210012） 摘 要：介绍了高强玻璃纤维和普通无碱玻璃纤维相比具有的拉伸强度高、弹性模量高、抗冲击性能好、化学稳定性好、 耐高温、抗疲劳性好等优良特征，高强玻璃纤维在国内外发展的情况，高强玻璃纤维及其制品纱及织物的主要技术性能， 它在航空航天、国防工业、一般工业、体育休闲器材等高性能的增强材料方面的广泛应用。 关键词：高强玻璃纤维；S-2 玻纤；HS玻纤 LING Genhua，Li Wen （Sinoma Science Technology Co.Ltd，Nanjing 210012） DEVELOPMENTS AND APPLICATIONS OF HIGH STRENGTH GLASS FIBERS Abstract：Compared with conventional E-glass fibers，high strength glass fibers are characterized by superior tensile strength， elastic modulus，impact resistance，chemical stability，heat resistance and fatigue endurance. This article presents the developments of high strength glass fibers at home and abroad，the main technical properties of high strength glass fibers and their products，and their extensive uses as high performance reinforcements in aerospace，defence，sports and leisure and industrial applications. Key words：high strength glass fiber；S-2 glass fiber；HS glass fiber 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 技 术 交 流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 技 术 交 流 浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 《玻璃纤维》2008年 第5期 7 《玻璃纤维》2008年 第5期 8 《玻璃纤维》2008年 第5期 9 产品性能接近或达到国外先进水平。 高强玻璃纤维作为先进复合材料的增强基材， 最初主要用于航空、航天、兵器等国防军工领域。 随着科学技术水平进步及世界经济的发展，高强玻 纤在民用一般工业领域如电机行业、风力产业、压 力容器增强、高强格栅、汽车行业、体育休闲器材、 海上石油管道、建筑补强得到了广泛应用。 近年来，随着需求的不断增加，高强玻纤在北 美、欧洲等发达国家发展较快，年需求自2004年以 来，均以每年25%以上的速度递增，国外高强玻纤主 要由美国AGY公司生产，其生产及销售量占全世界的 80%以上。在我国，高强玻纤作为国家鼓励重点发展 2 高强玻纤的性能 高强玻纤与常用E玻纤相比具有下列主要六大特 点：拉伸强度高，弹性模量高刚性好，断裂伸长量 大抗冲击性能好，化学稳定性好，耐高温，抗疲劳 特性及雷达透波性能好。 2.1 高强玻纤的拉伸强度及弹性模量 高强玻纤的拉伸强度，弹性模量分别比E玻纤提 高了30%～40%和16%～20%以上。用高强玻纤制成的 复合材料其强度及模量比E玻纤制成的复合材料分别 高近50%。 2.2 耐冲击性能 断裂伸长率表示纤维抗冲击变形的能力，是材 料耐冲击的重要指标，高强玻纤的断裂伸长量大于 5%，和芳纶纤维、碳纤维相比，其在一定应力下形 变能力最大，能充分吸收冲击能量，该特性决定高 强纤维可以作为一种比较理想的防弹材料。 2.3 耐疲劳特性 的新材料，被列入国家科技部、财政部、税务总局 共同组织编制的《中国高新技术产品目录》，中材 科技股份有限公司也新建了年产1,000,t高强玻纤生 产线，为日益增长的市场需求提供有利保障。 1 高强玻纤的化学成分 SiO2-Al2O3-MgO或SiO2-Al2O3-CaO-MgO是高强玻 璃系统主要体系，各种高强玻璃成分的质量分数不 尽相同，但其中主要氧化物的含量均比E玻纤高，其 中Al2O3的含量均在25%左右。高强玻纤的化学成分 的质量分数见下表1。 高强玻纤的耐疲劳性能比E玻纤高出10倍以上， 该特性决定用高强玻纤制成的复合材料具有更长的 工作寿命。 2.4 化学稳定特性 高强玻纤具有高的化学稳定性，其水煮，酸洗， 碱洗后强度保持率比E玻纤高。 2.5 耐高温性能 高强玻纤在比E玻纤更高的温度下熔制而成， 具有较高的软化点，通常高强玻纤要比E玻纤更耐 100～150,℃。 3 高强玻纤制品 高强纤维制品分为直接制品和复合制品两类， 直接制品分为高强玻纤纱线，合股无捻粗纱，直接 无捻粗纱，高强玻纤布，单向布，无捻粗纱布等等。 3.1 纺织纱 国外高强玻纤有捻纱以9,,,m68,tex的单捻纱为 主，也有少量的9,,,m33,tex的单捻纱和合股纱，浸 润剂分为淀粉型，直接增强用硅烷型。纺织纱主要 用于供应玻纤织布厂家。我国高强纱主要模仿前苏 联的产品以8,,,m的直接增强细纱为主。 3.2 无捻粗纱 高强无捻粗纱通常由直径9,,,m以上原丝来合股 而成，其浸润剂分别适用环氧、酚醛、乙烯基等树 脂基体。值得一提的是AGY公司在2000年以后推出 ZenTron及VeTron的两种牌号的直接无捻粗纱。 3.3 高强玻纤布 国外高强玻纤厂家通常自身不织布，而是将纺 织纱供应给专业的织布厂商来织造高强布。 除上述规格的高强玻纤布外，BGF和HEXCEL公司 还制造一些规格的高强单向布和无捻粗纱布。 中材科技股份有限公司除可以向市场提供高强 纱之外，也生产下列规格的高强玻纤布。 4 高强玻纤的主要应用领域 4.1 航空、航天 目前高强玻纤在世界航空领域中占20%～30%市 场，常见的材料有GLARE层板，S玻纤单向预浸料以及 S玻纤细纱布。其用途作为飞机内装材料，地板，舱 门，机翼前缘；雷达罩；副油箱；直升飞机机翼等 等。 4.2 国防军事、警用器材 高强玻纤断裂伸长量大抗冲击性能好，高强玻 纤的断裂伸长量大于5%使之能成为吸收能量的理想 材料，高强无捻粗纱方格布和酚醛树脂复合制成高 强玻纤复合材料层压板可以用于各种军事或民用目 的防弹装甲。 4.3 一般民用工业 4.3.1 汽车工业 利用高强玻纤的耐高温性能，用作Silentex消 技 术 交 流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 中图分类号:TQ171.77+7.17 文献标识码:A 表1 几种高强玻璃纤维化学成分质量百分比 % SiO2 64～66 58～60 55～62 58～60 65 Al2O3 24～25 23.5～25.5 25 20～27 23 CaO 0～0.2 8～10 - - ＜0.01 MgO 9.5～10 5～7 12～14 10～15 11 Na2O+K2O 0.02 0～1 - 0.18～0.45 ＜0.1 B2O3 - 0～0.35 ＜3 - ＜0.01 Fe2O3 0～0.1 0～0.5 1 0.1～0.6 ＜0.1 S-2玻纤 R玻纤 HS4玻纤 BMП T玻纤 高强玻纤VS无碱玻纤 E 玻纤 HS4玻纤 抗 拉 强 度/MPa 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 测试方法 ASTM D2343 2275 3535 图1 国产高强玻纤拉伸强度 90 85 80 75 70 65 纤 维 模 量/GPa 高强玻纤VS无碱玻纤 E 玻纤 HS4玻纤 测试方法 ASTM D2343 73 87 图2 国产高强玻纤拉伸模量 表2 BGF和HEXCEL公司主要织造下列规格的高强布 牌号 6522 6533 6580 6581 6781 纱线规格 SC9 33 1×2 SC9 66 1×2 SC9 33 1×1 SC9 33 1×2 SC9 66 1×1 经/纬密度/根 cm 9×9 7×7 29×28 23×21 23×21 质量/g m-2 125 200 190 302 302 组织 平纹 平纹 八枚缎纹 八枚缎纹 八枚缎纹 表3 中材科技股份有限公司高强布织造规格 牌号 SW80B-90b SW100A-100a SW110C-90a SW140B-90a SW180D-90a SW200C-90a SW210A-92a SW220B-90b SW280F-92a 纱线规格 SC8 12 1×2 SC8 12 1×2 SC8 12 1×2 SC8 12 2×2 SC8 12 2×2 SC8 12 2×4 SC8 12 2×3 SC8 12 2×3 SC8 12 2×3 经/纬密度 根 cm 16×16 20×20 22×22 14×14 18×18 20×10 16×12 18×14 20×18 质量 g m-2 80 100 110 140 180 200 210 240 280 组织 斜纹 平纹 四枚缎纹 斜纹 五枚缎纹 四枚缎纹 平纹 斜纹 八枚缎纹 《玻璃纤维》2008年 第5期 10 音器填料减少噪声；高强玻纤与橡胶材料复合制作 同步带，这种同步带用在汽车发动机内比金属链更 耐高温、耐腐蚀。 4.3.2 压力容器增强 高强玻纤可以直接用于缠绕各种高压气瓶（医 疗、煤矿、消防、登山体育用），或者和碳纤维一 起使用，增强气瓶的抗冲击力和耐磨擦性能。 4.3.3 电机行业 传统换向器加强环多为金属环，不仅强度低 （只有400,MPa），也不绝缘，采用高强玻纤生产的 加强环不仅具有良好的绝缘性能，强度也可以达到 800～1,200,MPa，是钢环的2～3倍，能确保转子轴 在高速运转下产生强大的离心力，对漆包线起到固 定作用。 4.3.4 高强格栅 高强玻纤强度高，耐腐蚀性能好，用于生产超 长跨距格栅，其纵向筋条的间隔可以非常大。国内 客户生产的高强格栅产品通过美国海岸警卫队测试， 在海洋石油平台，人行通道，船甲板，地铁，煤矿 等紧急逃生通道或救生场所得到广泛的应用。 4.3.5 风力发电 据国外研究，单台风力机组的发电量和风力叶 片的长度的平方成正比，这就要求风力叶片尺寸能 尽量的长，以提供发电效率降低发电成本。叶片的 大型化就要求叶片本身刚性硬度高，以避免在强风 时叶片弯曲变形和塔身相碰。现在研究表明：E玻纤 的理论设计极限叶片长度50米左右，因此我们有理 由相信随着风电产业的发展高强玻纤必将会得到应 用。 4.4 体育、休闲行业 高强玻纤作为纤维增强材料用来制作滑雪板和 冲浪板、游艇、帆船等陆上及水上项目用品；也可 以用来制作钓竿、曲棍球棍、棒球和垒球棒等等。 技 术 交 流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 （上接第3页） 温度从250,℃降至45,℃以下，高温含氟废气pH为偏 酸性，因而喷淋液采用3%（重量浓度）NaOH溶液， 这样，在降温同时，可中和废气酸碱度。 降温中和后的废气进入洗涤吸收塔，吸收剂采 用NaOH质量分数为5%溶液。 氟化氢废气与氢氧化钠发生反应： HF＋NaOH→NaF＋H2O（反应时间2～4,s） 将含氟化物转化为NaF。 经洗涤吸收后，废气可达标排放。 其中一套装置经当地环保监测站监测，处理后 废气中所有污染物指标均已达标。 3 结论 本方法针对传统方法处理高温工业废气的不足， 提出冰水冷却中和—洗涤吸收法新工艺。先使用冰 水冷却系统，使高温工业废气降温同时中和废水pH， 后接洗涤吸收。这样既克服了稀释法需放大设备尺 寸的不足，又克服了单纯吸收法需采用耐高温材质 制作吸收设备的弊端，新工艺在保证处理效果的前 提下大大降低了工程投资，减少了占地面积和运转 成本，而且工艺简捷，处理效果稳定可靠，运转费 用较低。根据废气量的多少，可配置相应的处理装 置。因而在高温工业废气处理方面有着广阔的应用 前景。 200620159210.6 用于冷却塔的玻璃钢侧板 本实用新型公开了一种用于冷却塔的玻璃钢侧板，其侧板中部向内弯曲形成一纵向的凹槽，该凹槽的两侧 连接有由两层玻璃纤维板粘合而成的中空板体。通过使用本实用新型所述玻璃钢侧板组装而成的冷却塔，可以 完全省去传统冷却塔中的钢架体结构，节省70%以上的螺钉或螺丝，且大部分部件采用玻璃纤维板制成，大大 μ 减少了冷却塔的组装部件，缩短组装时间，降低制作成本。 μ μ μ 【专 利 摘 要】
技术交流 iber glass 凌根华,等:浅谈高强玻騎纤维的发展和应用 音器填料减少噪声:高强玻纤与橡胶材料复合制作客户生产的高强格栅产品通过美国海岸警卫队测试, 同步带,这种同步带用在汽车发动机内比金属链更在海洋石油平台,人行通道,船甲板,地铁,煤矿 耐高温、耐腐蚀。 等紧急逃生通道或救生场所得到广泛的应用。 4.3.2压力容器增强 4.3.5风力发电 高强玻纤可以直接用于缠绕各种高压气瓶(医 据国外研究,单台风力机组的发电量和风力叶 疗、煤矿、消防、登山体育用),或者和碳纤维一片的长度的平方成正比,这就要求风力叶片尺寸能 起使用,增强气瓶的抗冲击力和耐磨擦性能。 尽量的长,以提供发电效率降低发电成本。叶片的 4.3.3电机行业 大型化就要求叶片本身刚性硬度高,以避免在强风 传统换向器加强环多为金属环,不仅强度低时叶片弯曲变形和塔身相碰。现在研究表明:E玻纤 (只有400MPa),也不绝缘,采用高强玻纤生产的的理论设计极限叶片长度50米左右,因此我们有理 加强环不仅具有良好的绝缘性能,强度也可以达到由相信随着风电产业的发展高强玻纤必将会得到应 800~1200MPa,是钢环的2~3倍,能确保转子轴 用 在高速运转下产生强大的离心力,对漆包线起到固4.4体育、休闲行业 定作用。 高强玻纤作为纤维增强材料用来制作滑雪板和 4.3.4高强格栅 冲浪板、游艇、帆船等陆上及水上项目用品:也可 高强玻纤强度髙,耐腐蚀性能好,用于生产超以用来制作钓竿、曲棍球棍、棒球和垒球棒等等。國 长跨距格栅,其纵向筋条的间隔可以非常大。国内 上接第3页 3结论 温度从250℃降至45℃以下,高温含氟废气p为偏 本方法针对传统方法处理高温工业废气的不足, 酸性,因而喷淋液采用3%(重量浓度)NaOH溶液 提出冰水冷却中和一洗涤吸收法新工艺。先使用冰 这样,在降温同时,可中和废气酸碱度。 水冷却系统,使高温工业废气降温同时中和废水pH, 降温中和后的废气进入洗涤吸收塔,吸收剂采 后接洗涤吸收。这样既克服了稀释法需放大设备尺 用NaOH质量分数为5%溶液。 寸的不足,又克服了单纯吸收法需采用耐高温材质 氟化氢废气与氢氧化钠发生反应 制作吸收设备的弊端,新工艺在保证处理效果的前 HF+NaOH→NaF+H20(反应时间2~4s) 提下大大降低了工程投资,减少了占地面积和运转 将含氟化物转化为NaF。 成本,而且工艺简捷,处理效果稳定可靠,运转费 经洗涤吸收后,废气可达标排放。 用较低。根据废气量的多少,可配置相应的处理装 其中一套装置经当地环保监测站监测,处理后置。因而在高温工业废气处理方面有着广阔的应用 废气中所有污染物指标均已达标 前景 【专利摘要】 2006201592106用于冷却塔的玻璃钢侧板 本实用新型公开了一种用于冷却塔的玻璃钢侧板,其侧板中部向内弯曲形成一纵向的凹槽,该凹槽的两侧 连接有由两层玻璃纤维板粘合而成的中空板体。通过使用本实用新型所述玻璃钢侧板组装而成的冷却塔,可以 完全省去传统冷却塔中的钢架体结构,节省τ%以上的螺钉或螺丝,且大部分部件采用玻璃纤维板制成,大大 减少了冷却塔的组装部件,缩短组装时间,降低制作成本 《玻璃纤维》2008年第5期10 C1994-2010 China academic Journal electronic House.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
0 前言 1938年，美国欧文斯—科宁公司发明了E玻璃纤 维。后应美国空军的需求开发了一种比E玻纤强度和 模量更高玻璃纤维，因其强度较高，取名为S玻纤。 S玻纤比常规E玻纤拉伸强度提高30%～40%，弹性模 收稿日期：2008-05-27 作者简介：凌根华，男，1966年生，中材科技股份有限公司特纤 事业部高级工程师。 量提高15%～20%。1968年推出商用化产品S-2玻纤。 1998年后，S-2玻纤由 AGY公司生产和销售。 法国的圣戈班集团的维托特克斯公司开发出了 商标为R（或RH）高强玻纤；日本的日东纺织株式会 社，板旭子公司也分别开发出了牌号或商标T及U高 强玻纤，前苏联的波洛茨克公司（现白俄罗斯）生 产牌号BMП高强玻纤。 南京玻璃纤维研究设计院，上世纪70年代起成 功开发了具有自主知识产权的HS系列高强玻璃纤维， 凌根华，李雯 （中材科技股份有限公司，南京 210012） 摘 要：介绍了高强玻璃纤维和普通无碱玻璃纤维相比具有的拉伸强度高、弹性模量高、抗冲击性能好、化学稳定性好、 耐高温、抗疲劳性好等优良特征，高强玻璃纤维在国内外发展的情况，高强玻璃纤维及其制品纱及织物的主要技术性能， 它在航空航天、国防工业、一般工业、体育休闲器材等高性能的增强材料方面的广泛应用。 关键词：高强玻璃纤维；S-2 玻纤；HS玻纤 LING Genhua，Li Wen （Sinoma Science Technology Co.Ltd，Nanjing 210012） DEVELOPMENTS AND APPLICATIONS OF HIGH STRENGTH GLASS FIBERS Abstract：Compared with conventional E-glass fibers，high strength glass fibers are characterized by superior tensile strength， elastic modulus，impact resistance，chemical stability，heat resistance and fatigue endurance. This article presents the developments of high strength glass fibers at home and abroad，the main technical properties of high strength glass fibers and their products，and their extensive uses as high performance reinforcements in aerospace，defence，sports and leisure and industrial applications. Key words：high strength glass fiber；S-2 glass fiber；HS glass fiber 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 技 术 交 流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 技 术 交 流 浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 《玻璃纤维》2008年 第5期 7 《玻璃纤维》2008年 第5期 8 《玻璃纤维》2008年 第5期 9 产品性能接近或达到国外先进水平。 高强玻璃纤维作为先进复合材料的增强基材， 最初主要用于航空、航天、兵器等国防军工领域。 随着科学技术水平进步及世界经济的发展，高强玻 纤在民用一般工业领域如电机行业、风力产业、压 力容器增强、高强格栅、汽车行业、体育休闲器材、 海上石油管道、建筑补强得到了广泛应用。 近年来，随着需求的不断增加，高强玻纤在北 美、欧洲等发达国家发展较快，年需求自2004年以 来，均以每年25%以上的速度递增，国外高强玻纤主 要由美国AGY公司生产，其生产及销售量占全世界的 80%以上。在我国，高强玻纤作为国家鼓励重点发展 2 高强玻纤的性能 高强玻纤与常用E玻纤相比具有下列主要六大特 点：拉伸强度高，弹性模量高刚性好，断裂伸长量 大抗冲击性能好，化学稳定性好，耐高温，抗疲劳 特性及雷达透波性能好。 2.1 高强玻纤的拉伸强度及弹性模量 高强玻纤的拉伸强度，弹性模量分别比E玻纤提 高了30%～40%和16%～20%以上。用高强玻纤制成的 复合材料其强度及模量比E玻纤制成的复合材料分别 高近50%。 2.2 耐冲击性能 断裂伸长率表示纤维抗冲击变形的能力，是材 料耐冲击的重要指标，高强玻纤的断裂伸长量大于 5%，和芳纶纤维、碳纤维相比，其在一定应力下形 变能力最大，能充分吸收冲击能量，该特性决定高 强纤维可以作为一种比较理想的防弹材料。 2.3 耐疲劳特性 的新材料，被列入国家科技部、财政部、税务总局 共同组织编制的《中国高新技术产品目录》，中材 科技股份有限公司也新建了年产1,000,t高强玻纤生 产线，为日益增长的市场需求提供有利保障。 1 高强玻纤的化学成分 SiO2-Al2O3-MgO或SiO2-Al2O3-CaO-MgO是高强玻 璃系统主要体系，各种高强玻璃成分的质量分数不 尽相同，但其中主要氧化物的含量均比E玻纤高，其 中Al2O3的含量均在25%左右。高强玻纤的化学成分 的质量分数见下表1。 高强玻纤的耐疲劳性能比E玻纤高出10倍以上， 该特性决定用高强玻纤制成的复合材料具有更长的 工作寿命。 2.4 化学稳定特性 高强玻纤具有高的化学稳定性，其水煮，酸洗， 碱洗后强度保持率比E玻纤高。 2.5 耐高温性能 高强玻纤在比E玻纤更高的温度下熔制而成， 具有较高的软化点，通常高强玻纤要比E玻纤更耐 100～150,℃。 3 高强玻纤制品 高强纤维制品分为直接制品和复合制品两类， 直接制品分为高强玻纤纱线，合股无捻粗纱，直接 无捻粗纱，高强玻纤布，单向布，无捻粗纱布等等。 3.1 纺织纱 国外高强玻纤有捻纱以9,,,m68,tex的单捻纱为 主，也有少量的9,,,m33,tex的单捻纱和合股纱，浸 润剂分为淀粉型，直接增强用硅烷型。纺织纱主要 用于供应玻纤织布厂家。我国高强纱主要模仿前苏 联的产品以8,,,m的直接增强细纱为主。 3.2 无捻粗纱 高强无捻粗纱通常由直径9,,,m以上原丝来合股 而成，其浸润剂分别适用环氧、酚醛、乙烯基等树 脂基体。值得一提的是AGY公司在2000年以后推出 ZenTron及VeTron的两种牌号的直接无捻粗纱。 3.3 高强玻纤布 国外高强玻纤厂家通常自身不织布，而是将纺 织纱供应给专业的织布厂商来织造高强布。 除上述规格的高强玻纤布外，BGF和HEXCEL公司 还制造一些规格的高强单向布和无捻粗纱布。 中材科技股份有限公司除可以向市场提供高强 纱之外，也生产下列规格的高强玻纤布。 4 高强玻纤的主要应用领域 4.1 航空、航天 目前高强玻纤在世界航空领域中占20%～30%市 场，常见的材料有GLARE层板，S玻纤单向预浸料以及 S玻纤细纱布。其用途作为飞机内装材料，地板，舱 门，机翼前缘；雷达罩；副油箱；直升飞机机翼等 等。 4.2 国防军事、警用器材 高强玻纤断裂伸长量大抗冲击性能好，高强玻 纤的断裂伸长量大于5%使之能成为吸收能量的理想 材料，高强无捻粗纱方格布和酚醛树脂复合制成高 强玻纤复合材料层压板可以用于各种军事或民用目 的防弹装甲。 4.3 一般民用工业 4.3.1 汽车工业 利用高强玻纤的耐高温性能，用作Silentex消 技 术 交 流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 中图分类号:TQ171.77+7.17 文献标识码:A 表1 几种高强玻璃纤维化学成分质量百分比 % SiO2 64～66 58～60 55～62 58～60 65 Al2O3 24～25 23.5～25.5 25 20～27 23 CaO 0～0.2 8～10 - - ＜0.01 MgO 9.5～10 5～7 12～14 10～15 11 Na2O+K2O 0.02 0～1 - 0.18～0.45 ＜0.1 B2O3 - 0～0.35 ＜3 - ＜0.01 Fe2O3 0～0.1 0～0.5 1 0.1～0.6 ＜0.1 S-2玻纤 R玻纤 HS4玻纤 BMП T玻纤 高强玻纤VS无碱玻纤 E 玻纤 HS4玻纤 抗 拉 强 度/MPa 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 测试方法 ASTM D2343 2275 3535 图1 国产高强玻纤拉伸强度 90 85 80 75 70 65 纤 维 模 量/GPa 高强玻纤VS无碱玻纤 E 玻纤 HS4玻纤 测试方法 ASTM D2343 73 87 图2 国产高强玻纤拉伸模量 表2 BGF和HEXCEL公司主要织造下列规格的高强布 牌号 6522 6533 6580 6581 6781 纱线规格 SC9 33 1×2 SC9 66 1×2 SC9 33 1×1 SC9 33 1×2 SC9 66 1×1 经/纬密度/根 cm 9×9 7×7 29×28 23×21 23×21 质量/g m-2 125 200 190 302 302 组织 平纹 平纹 八枚缎纹 八枚缎纹 八枚缎纹 表3 中材科技股份有限公司高强布织造规格 牌号 SW80B-90b SW100A-100a SW110C-90a SW140B-90a SW180D-90a SW200C-90a SW210A-92a SW220B-90b SW280F-92a 纱线规格 SC8 12 1×2 SC8 12 1×2 SC8 12 1×2 SC8 12 2×2 SC8 12 2×2 SC8 12 2×4 SC8 12 2×3 SC8 12 2×3 SC8 12 2×3 经/纬密度 根 cm 16×16 20×20 22×22 14×14 18×18 20×10 16×12 18×14 20×18 质量 g m-2 80 100 110 140 180 200 210 240 280 组织 斜纹 平纹 四枚缎纹 斜纹 五枚缎纹 四枚缎纹 平纹 斜纹 八枚缎纹 《玻璃纤维》2008年 第5期 10 音器填料减少噪声；高强玻纤与橡胶材料复合制作 同步带，这种同步带用在汽车发动机内比金属链更 耐高温、耐腐蚀。 4.3.2 压力容器增强 高强玻纤可以直接用于缠绕各种高压气瓶（医 疗、煤矿、消防、登山体育用），或者和碳纤维一 起使用，增强气瓶的抗冲击力和耐磨擦性能。 4.3.3 电机行业 传统换向器加强环多为金属环，不仅强度低 （只有400,MPa），也不绝缘，采用高强玻纤生产的 加强环不仅具有良好的绝缘性能，强度也可以达到 800～1,200,MPa，是钢环的2～3倍，能确保转子轴 在高速运转下产生强大的离心力，对漆包线起到固 定作用。 4.3.4 高强格栅 高强玻纤强度高，耐腐蚀性能好，用于生产超 长跨距格栅，其纵向筋条的间隔可以非常大。国内 客户生产的高强格栅产品通过美国海岸警卫队测试， 在海洋石油平台，人行通道，船甲板，地铁，煤矿 等紧急逃生通道或救生场所得到广泛的应用。 4.3.5 风力发电 据国外研究，单台风力机组的发电量和风力叶 片的长度的平方成正比，这就要求风力叶片尺寸能 尽量的长，以提供发电效率降低发电成本。叶片的 大型化就要求叶片本身刚性硬度高，以避免在强风 时叶片弯曲变形和塔身相碰。现在研究表明：E玻纤 的理论设计极限叶片长度50米左右，因此我们有理 由相信随着风电产业的发展高强玻纤必将会得到应 用。 4.4 体育、休闲行业 高强玻纤作为纤维增强材料用来制作滑雪板和 冲浪板、游艇、帆船等陆上及水上项目用品；也可 以用来制作钓竿、曲棍球棍、棒球和垒球棒等等。 技 术 交 流 凌根华,等:浅谈高强玻璃纤维的发展和应用 （上接第3页） 温度从250,℃降至45,℃以下，高温含氟废气pH为偏 酸性，因而喷淋液采用3%（重量浓度）NaOH溶液， 这样，在降温同时，可中和废气酸碱度。 降温中和后的废气进入洗涤吸收塔，吸收剂采 用NaOH质量分数为5%溶液。 氟化氢废气与氢氧化钠发生反应： HF＋NaOH→NaF＋H2O（反应时间2～4,s） 将含氟化物转化为NaF。 经洗涤吸收后，废气可达标排放。 其中一套装置经当地环保监测站监测，处理后 废气中所有污染物指标均已达标。 3 结论 本方法针对传统方法处理高温工业废气的不足， 提出冰水冷却中和—洗涤吸收法新工艺。先使用冰 水冷却系统，使高温工业废气降温同时中和废水pH， 后接洗涤吸收。这样既克服了稀释法需放大设备尺 寸的不足，又克服了单纯吸收法需采用耐高温材质 制作吸收设备的弊端，新工艺在保证处理效果的前 提下大大降低了工程投资，减少了占地面积和运转 成本，而且工艺简捷，处理效果稳定可靠，运转费 用较低。根据废气量的多少，可配置相应的处理装 置。因而在高温工业废气处理方面有着广阔的应用 前景。 200620159210.6 用于冷却塔的玻璃钢侧板 本实用新型公开了一种用于冷却塔的玻璃钢侧板，其侧板中部向内弯曲形成一纵向的凹槽，该凹槽的两侧 连接有由两层玻璃纤维板粘合而成的中空板体。通过使用本实用新型所述玻璃钢侧板组装而成的冷却塔，可以 完全省去传统冷却塔中的钢架体结构，节省70%以上的螺钉或螺丝，且大部分部件采用玻璃纤维板制成，大大 μ 减少了冷却塔的组装部件，缩短组装时间，降低制作成本。 μ μ μ 【专 利 摘 要】