《玻璃纤维》1994年第2期 ·综述 国内外增强用玻璃纤维的现状与发展 南京玻璃纤维研究设计院林树益高建枢朱畾莹 摘要 文中介绍了世界范围内玻纤增强材料产量增长情况,国外树脂基复合材料用玻纤增强 材料品种的发展以及我国玻璃钢用玻纤增强材料的现状与展望。 abstract This paper introduces the increase of volume and varities of fiberglass reinforcements used for composites all over the world and the current situation and prospects of fiberglass reinforcement production in China 1世界范围内玻纤增强材料产量增长情况强材料这将是确定无疑的 连续玻璃纤维工业是一种新兴的材料 连续玻璃纤维尽管有五万多种以上的 工业它奠基于本世纪30年代,从60年代具体用途,但就应用领域来分大致为以下三 以后随着增强塑料工业的发展以及池窑拉方面:1)电绝缘用玻纤织物;2)各种形态的 丝的出现,玻璃纤维工业得到了迅速的发树脂用增强纤维产品;3)沥青增强;也即屋 展。目前,树脂基复合材料也即通常所说的面防水材料。在上述三种应用中,以树脂用 增强热固性塑料及热塑性塑料工业已成了增强材料所占比例最大。下面以具体数字加 连续玻璃纤维的最大用户。据美国SPI统以说明。 计,1988年全世界树脂基复合材料的总产 从1986年到1992年全世界玻璃纤维 量为302.61万吨,同年使用了127.6万吨的总生产能力及总用量见下表1 的增强型玻璃纤维。1992年据推算全球复 表 合材料的产量应在340万吨左右,增强型玻 年份生产能力(万吨)用量(万吨) 璃纤维全球用量为134.7万吨。尽管近年 来高级复合材料有了长足的发展,但其所使 1987 179 用的三种主要增强纤维,即碳(石墨)纤维 177.9 开夫拉纤维及高强玻璃纤维(S,S2,R和T 纤维)三者的总和尚不足玻璃纤维增强材料 1992 195.2 的1%。在今后相当长的时期内树脂基复 256.5 (预测 231.5 合材料仍将主要使用连续玻璃纤维作为增 12一 o1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
《玻璃 纤维 》 年第 期 综述 国内外增强用玻璃纤维的现状与发展 南京玻璃纤 维研究设计 院 林树 益 高建枢 朱晶莹 摘 要 文 中介绍 了世界 范围 内玻纤 增 强材料产 量 增长情况 , 国外树脂基复合材 料用玻纤 增强 材料 品种的发 展 以及 我国玻璃钢用玻纤增强材 料的现状与 展望 。 加坛时 卜 哪 代刁 砂 ! 瓦 窄 晚 拍 瓦 。 世界范围 内玻纤增强材料产 增长情况 连 续玻璃纤 维 工业 是一 种 新兴 的 材 料 工业 , 它奠 基于本世 纪 年 代 , 从 年 代 以后 随着增强 塑 料工 业 的 发展 以及池 窑 拉 丝 的 出现 , 玻璃纤 维工 业 得 到了 迅 速 的 发 展 。 目前 , 树脂基复合材 料也 即通 常所说的 增 强热 固性 塑 料及 热 塑性 塑料 工业 已成 了 连续玻璃纤 维 的最 大 用 户 。 据美 国 统 计 , 年全世界 树脂基复合 材 料的总产 量 为 万吨 , 同 年使用 了 万 吨 的增强型 玻璃 纤维 。 年据 推算全球 复 合材料的产量 应在 万 吨左 右 , 增强 型玻 璃纤维全球 用 量 为 万 吨 。 尽 管近 年 来高级复 合材 料有 了长足 的发 展 , 但其所使 用 的三 种 主要 增强 纤 维 , 即碳 石 墨 纤 维 , 开 夫拉 纤 维 及 高强 玻 璃 纤 维 , , 和 纤维 三者 的总和 尚不 足玻璃纤维 增强材 料 的 。 在 今后 相 当长 的时 期内 , 树脂基复 合 材料仍将 主要 使 用连 续 玻璃 纤维 作为 增 强 材料这将是确定无疑 的 。 连续 玻璃 纤维 尽管有五 万多种以 上 的 具 体用途 , 但就 应用领域来分大致为 以下三 方 面 电绝缘用玻纤织 物 各种形态 的 树脂用增强 纤维产品 沥青增强 也 即屋 面 防水材 料 。 在上述三种 应用 中 , 以 树脂用 增强材 料所占比例 最大 。 下 面 以具 体数字 加 以说明 。 从 ! 年到 年全世界 玻璃纤 维 的总生 产能力及 总用量见 下表 。 表 年 份 生产能力万吨 用量万吨 ! 。 预测
《玻璃纤维》1994年第2期 其中纺织玻璃纤维(用于印刷线路板 美国是世界上生产玻璃纤维及复合材 电气层压材料及电绝缘材料)的用量见表料数量最多的国家它的玻璃纤维产量占全 世界玻纤总产量32%(1992年),1992年它 所生产的复合材料(包括热塑性及热固性玻 用量(万吨) 玻钢)为113万吨,占世界总产量33.2%, 1986 19.31 在113万吨复合材料中所使用的增强用玻 璃纤维为3338万吨,占当年玻纤总用量的 53.5%,纺织用玻纤及屋面防水材料所用玻 1988 璃纤维分别占12.5%及34%。 1989 25.35 按品种分,美国1992年所生产的 24.11 33.38万吨增强用玻纤中,各种无捻粗纱占 1997(预测) 27.78 56%,即17.86万吨(其中喷射及SMC用无 捻粗纱所占比例较大),短切原丝占30%达 用于沥青增强的玻璃纤维(即用作屋面10万吨,这些短切原丝主要用在热塑性塑 防水材料)的短切玻璃纤维见下表3 料的注射模塑方面;方格布占5%,为1.67 表3 万吨;短切原丝毡占9%约3万吨 用量〔万吨) 表5为美国的增强用玻璃纤维在玻璃 钢的各个应用领域里的使用情况以1991年 1986 为例: 1987 24.69 表5 1988 25.24 玻璃钢(热固、热塑)玻璃纤维在下列领域 用领域 使用的比例(%) 1992 36.39 交通工具 1997(预测) 33.97 建筑 化工防腐蚀 表4为各个年份世界各主要地区树脂 基复合材料用增强玻璃纤维的使用情况 衰 电气/电子 消费品 北美(美国 亚太东欧 加拿大) 地区原其它总计 器械/商用机器 198737728.626.321.85.4519.85 航空/军用 198839.532.2328.621.85.47127.6 其它 198936.32|36.32|30.87205.48130.99 由上述数字看出美国增强用玻璃纤维 199235.935.2|331424.16.36134.7 用在交通工具(主要是汽车)方面最多,共次 481241.31|4.957281769.75是造船建筑与防腐蚀以上占了增强玻纤 (预 总用量的74%。 美国与西欧的增强用玻璃纤维的生产 o1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
《玻璃纤 维》 年第 期 其 中纺织 玻璃纤维 用 于 印刷 线 路板 、 电 气层 压材 料 及 电绝缘 材 料 的 用量 见 表 表 年 份 用量 万 吨 · ! 预测 用于 沥青增 强的 玻璃 纤维即用作屋面 防水 材料 的短切 玻璃纤维 见下 表 。 表 年 份 用量万吨 ! ∀ 预测 美 国是世界 上 生产 玻璃 纤 维 及 复合材 料数量最 多的 国家 。 它的玻 璃纤维 产量 占全 世界玻 纤 总产量 年 , 年 它 所生 产的复合材料包括热 塑性及热 固性 玻 玻钢 为 万 吨 , 占世界 总 产 量 , 在 万 吨复 合材 料 中所使 用 的增 强 用 玻 璃 纤维 为 万吨 , 占当年玻 纤总 用量 的 , 纺织用 玻纤及屋 面防水 材料 所用 玻 璃 纤维分别 占 及 。 按 品种 分 , 美 国 年所 生 产 的 万 吨增强 用玻纤 中 , 各种无捻粗 纱 占 , 即 万吨 其 中喷射及 州 用无 捻粗 纱所 占比例较大 , 短切 原丝 占 。 达 万 吨 , 这 些 短切 原 丝 主要 用在 热塑 性 塑 料 的注 射模 塑方 面 方 格布 占 , 为 万吨 短切原丝 毡 占 , 约 万 吨 。 表 为美 国的 增 强用 玻璃 纤维 在 玻 璃 钢的各个 应用 领域里的使 用情况 以 年 为例 表 表 为各个年 份 世界 各 主要 地 区 树脂 基复合材 料用增 强玻璃纤 维 的使用情 况 表 北美美 国 、 西 欧 亚太 东欧 、 其它 总 计 加章大 地区 原苏联 ! 赶 艺 。 预测 玻璃钢热固 、 热塑 玻璃纤维在下列领域 应用领域 使用的 比例 交通工具 建 筑 l3 化工防腐蚀 l3 造 船 l5 电气/电子 10 消费品 7 器械/商用机器 5 航空/军用 l 其 它 4 由上述 数 字看 出美 国增 强 用玻 璃 纤维 用在交 通工具 (主要是 汽车)方 面最 多 , 其次 是 造 船 、 建筑 与 防腐蚀 , 以 上 占 了增 强 玻纤 总用量 的 74 % 。 美 国与 西 欧的 增强 用 玻璃 纤 维 的生 产
《玻璃纤维》1994年第2期 分别于1988年和1989年创下历史最高纪毡。最典型的缝编织物是一层经纱与一层纬 录,即39.5万吨和36,32万吨此后由于西纱重叠在一起,通过缝编将经纱与纬纱编织 方世界的经济不景气,玻纤复合材料产量下在一起成为织物,这种织物最早是原东德一 降,1992年有所回升,但仍未达到1988家工厂采用缝编机生产的,所用的原料是玻 1989年的水平 璃纤维无捻粗纱,缝编线是有机纤维纱线 与欧、美情况呈鲜明对照的是亚太地最初它是用于无捻粗纱布(方格布)的代用 该地区玻纤工业从1989年以来发展势品。 头迅猛,1987年亚太地区增强用玻纤用量 80年代美国一些公司对这种织物进行 为26.3万吨,1992年则增到3314万吨,了大量研究和改进正式将它实现了工业化 预计到1997年将达到44.95万吨。亚太地生产,并实现了产品的系列化,目前它包括 区以日本的玻纤产量最大,但以我国的台湾 1)单轴织物,例如全部为经纱,用聚酯 地区及南韩发展最快。5年以前台湾只有约纱线编织起来,方向可以是0°或90° 1万多吨的玻纤生产能力但近年来已先后 2)双轴织物,即两层粗纱构成的织物, 建起了五座池窑,最大的一座年产玻璃纤维两层粗纱可呈士45°,0°或90°角排列; 达2.4万吨。1992年台湾玻纤生产能力达 3)三轴织物,即三层粗纱取不同方向排 6万吨以上,目前台湾几家玻纤厂销售形势列层合在一起,其角度可以是士45°,0°或士 看好都在考虑扩建,预计到1997年台湾玻45°,90 纤生产能力将超过10万吨。此外,南韩方 4)四轴织物,四层织物排列,角度如士 面近年来也建起了两座年产能力分别为1.45°,0°,90°; 5万吨、2万吨的池窑。 5)以上任何一种结构与短切玻璃纤维 或碳纤毡缝合起来 2国外树脂甚复合材料用玻纤增强材料品 适合制造这种编织物的纤维有玻璃纤 种的发展 维、开夫拉纤维、石墨/碳纤维、高强玻璃纤 维或混杂纤维这种玻纤产品与方格布的最 树脂基复合材料所用的传统的玻纤增大区别在于:首先这种针织增强材料中无捻 强材料的品种有:各种无捻粗纱(如拉挤、缠粗纱是平直地铺放的,而平纹方格布中的无 绕、SMC、喷射等无捻粗纱)、方格布、短切原捻粗纱则是彼此间上下交叉的,故其无捻粗 丝、短切原丝毡、磨碎纤维等藉助于浸润剂纱并非呈平直状态,而是弯曲的。其次这种 技术的发展,这些传统的品种的玻璃纤维产缝编增强材料中两层或多层无捻粗纱可以 品性能及规格更加多样化。 排列成多种角度以适应玻璃钢制品对强度 除此之外,近十几年来,各家玻纤公司的方向性要求。由于以上的区别使得缝编增 还研究开发出了一些新型的玻纤增强材料,强材料具有如下的优点: 它们具有一些独特的性能以满足各种特定 1)它可以增加玻璃钢层合制品的极限 的需要以下就这些新品种的玻纤增强材料抗张强度,张力下的抗拉强度以及抗弯强 作一介绍 度。由于针织增强材料是平直铺放的,毫无 2.1玻璃纤维缝鳊织物 弯曲,故当玻璃钢受到冲击负荷时,应力能 此种织物的英文名称为 knitted glass立即从树脂传递给纤维。同时,纤维之间的 fabrics,亦译作针织毡和编织毡,实际上它树脂也不象用方格布那样,经纬纱会产生磨 既不同于普通的织物,也不同于通常概念的损以至断裂。 14 o1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
《玻璃 纤维 》1 9 94 年第 2 期 分别 于 198 8 年 和 198 9 年创 下 历 史 最高 纪 录 , 即 39 . 5 万 吨和 36 . 32 万 吨 , 此后 由于西 方世界 的经 济不景气 , 玻纤复合材料产 量下 降 , 1 9 9 2 年 有 所 回 升 , 但 仍 未 达 到 1988 、 1 9 8 9 年的 水平 。 与 欧 、 美 情 况 呈 鲜 明对 照 的 是 亚 太 地 区 , 该地 区 玻 纤 工业 从 1989 年 以 来 发展 势 头 迅猛 , 1 9 8 7 年亚 太 地 区 增 强 用玻纤 用量 为 26 . 3 万 吨 , 1 9 9 2 年 则增到 3 . 14 万 吨 , 预计到 1997 年将达 到 4 . 95 万吨 。 亚太地 区 以 日本 的玻纤产 量最 大 , 但以 我 国的 台湾 地 区 及南韩发展最 快 。 5 年 以 前台湾 只有 约 1 万多 吨的 玻纤 生产 能 力 , 但近年 来 已 先 后 建起 了五座 池窑 , 最 大 的一座年 产玻璃纤维 达 2 . 4 万 吨 。 1 9 9 2 年 台湾 玻 纤生 产能 力达 6 万 吨以 上 , 目前 台湾 几 家玻 纤厂 销售 形势 看好 , 都在考虑扩建 , 预计到 199 7 年台湾玻 纤 生产 能 力将超 过 10 万 吨 。 此外 , 南韩方 面 近年来 也建起 了两座 年产 能 力分别 为 1 . 5 万 吨 、 2 万吨的池 窑 。 毡 。 最典型 的缝 编织物是 一层 经纱与一 层纬 纱重叠在一起 , 通过缝编 将经纱 与纬纱编织 在一起成为织物 , 这种织物最 早是原东德一 家工厂采 用缝编机生产 的 , 所用的原料是玻 璃纤 维无 捻粗纱 , 缝 编线 是有 机 纤维 纱线 。 最初 它是 用 于无捻 粗 纱布 (方格 布 )的 代 用 2 国外树脂基复合材料用玻纤增强材料品 种 的发 展 树 脂基复 合 材料 所用 的传统 的 玻纤 增 强材料的品种有 :各种无捻粗纱(如拉挤 、 缠 绕 、 S h 犯 、 喷射等 无捻粗 纱 ) 、 方格布 、 短 切原 丝 、 短切 原丝毡 、 磨碎 纤维等 。 藉助于浸 润剂 技术 的发展 , 这 些传统的 品种 的玻璃纤 维产 品性 能及 规格 更加多样化 。 除 此 之外 , 近 十 几 年来 , 各家玻纤公 司 还研究 开发 出了一些 新型的玻 纤增强材 料 , 它们 具有 一 些独 特 的性能 以 满足 各 种特 定 的需要 。 以 下就 这些新品种 的玻纤 增强材 料 作一介绍 。 2 . 1 玻璃 纤维缝编 织 物 此 种 织 物 的 英 文 名 称 为 kn it ed gl as fa br ic s, 亦 译作针 织 毡和 编 织 毡 , 实 际 上 它 既不 同于普通 的织物 , 也不 同于通 常概念的 14 一 P 口 。 80 年代美 国一 些公司对 这种织 物进行 了大量研 究和改进 , 正式将它实现 了工业化 生产 , 并 实现 了产 品的系列 化 , 目前它包括 : 1) 单轴织 物 , 例如全部 为 经纱 , 用 聚 醋 纱线编 织起来 , 方 向可 以是 0o 或 90 。 ; 2) 双 轴织 物 , 即两层 粗 纱构 成 的 织 物 , 两层粗纱 可呈 士 4 5 。 , 0o 或 90 。 角排列 ; 3) 三 轴织物 , 即三层粗纱 取不 同方 向排 列层 合在一 起 , 其 角度 可 以是 士 45 。 , 0o 或 士 4 5 0, 9 0 0 ; 4) 四 轴织 物 , 四 层织 物 排列 , 角度 如士 4 5 “ , 0 0 , 9 0 0 ; 5) 以上任何一种结构与短切玻璃 纤维 或碳纤毡缝合起来 。 适合制 造这 种编 织物 的 纤维 有 玻 璃纤 维 、 开夫拉 纤维 、 石 墨/碳纤 维 、 高强 玻璃 纤 维或混杂 纤维 。 这种玻纤 产 品与方格布 的最 大区 别在于 :首先这种针 织增强 材料 中无捻 粗纱是平直地 铺放的 , 而 平纹方格布中的无 捻粗纱则是彼 此 间上下 交叉 的 , 故其无捻粗 纱并非呈平直状态 , 而是 弯曲的 。 其次这种 缝编 增强 材料中两层 或多层无 捻粗纱 可 以 排列 成多 种角度 以适 应 玻璃钢 制品对 强度 的方 向性要 求 。 由于 以上 的 区别使得缝编增 强材料具有 如下 的优 点 : 1) 它 可 以增 加玻 璃钢 层合 制 品 的极 限 抗 张 强 度 , 张 力下 的抗 拉强 度 以 及 抗 弯强 度 。 由于针织 增强材料是 平直铺放的 , 毫无 弯曲 , 故 当玻璃钢受 到冲击负荷 时 , 应 力 能 立 即从树脂传递给纤维 。 同时 , 纤 维之间的 树脂也不象用方格布那样 , 经纬纱会产生磨 损 以 至断裂
《玻璃纤维》1994年第2期 编织复合材料可以使玻璃钢树脂含量 这种增强材料可以在挤拉法玻璃钢生 降低,从而使增强材料比例提高,使玻璃钢产中代替连续原丝毡,还可以用在离心法玻 强度增加 璃钢管生产中取代方格布。目前美国这种缝 此外,当玻璃钢受到冲击负荷时,针织编织物的年产量已达5400吨。 用聚酯纱线起着阻止裂缝蔓延扩展的作用, 2.2无粘结剂短切原丝毡 从而使层间剪切问题减至最少。这种编织增 传统的短切原丝毡是藉助乳液粘结剂 强材料各层之间不易分层造船工业对这种或粉末粘结剂粘合的,这些粘结剂需藉助加 增强材料制成的船艇测试表明,相对于方格热固化因此在固化时及清洗网带时要造成 布,玻璃钢板的强度增加65%刚性增加空气的污染和水的污染。目前一些国家对环 41% 保的要求日益严格,基于这种需要,近年来 2)减轻玻璃钢制品重量 出现了无粘结剂短切毡,它的生产机组借用 由于编织复合材料比方格布强度高,在了普通短切原丝毡机切割及铺毡机构,纤维 不降低强度情况下可以减少纤维用量例如铺放之后利用前述的缝编机采用聚酯纱线 用17盎司/码的针织复合材料可以取代或玻纤缝纫线将其缝合成毡这种毡由于不 24盎司/码的方格布,从而可使玻璃钢层用粘结剂消除了由于固化所需要的能量,同 合制品的重量减轻30%。由于增强材料用时又免除了污染。这种毡对树脂的润湿性很 量减少,为使纤维润湿所需的树脂量减少好,在被树脂润湿时不会散开。另外近来还 了,这使玻璃含量相对提高。事实上某些使有一种针刺的短切原丝毡;这种毡很膨松, 用编织增强材料的玻璃钢可以含有高达具有很好悬垂性,树脂润湿很快,可以用在 65%的玻璃纤维。由于编织增强材料无圈模压、拉挤及其它成型工艺中。 结、无卷曲及空洞,从而既不多消耗树脂也 2.3缝合的及粘结剂粘合的长纤维毡 不阻碍树脂流动参与奥林匹克竞赛的赛艇 连续原丝毡已广泛用在RTM、挤拉等 用这种增强材料取代方格布后使船重量减工艺方面,但连续玻纤毡在制造技术方面难 轻15%。 度较大。目前仅有少数几家公司能够生产。 3)表面平整使玻璃钢表面光滑 比利时的 syncoglas公司研制出一种长纤维 由于采用的是针织工艺,纤维铺放平毡,其中玻璃纤维长约60公分,这对于许多 坦,故其表面比方格布平整光滑减少了玻尺寸不大的制品而言纤维已经可以认为是 璃钢制品中纤维显露的问题造船厂家深知连续的了,故在一定程度上可代替连续原丝 玻璃钢表面波纹愈少,船体与水的摩擦愈毡,这种毡中纤维随机分布可以用聚酯纱线 小,船行驶速度愈快。 缝合或用有机粘结剂粘合,目前已商品化 此外,它与方格布另一个不同之处是 2.4高碱(A)玻璃纤维毡 当它被切割后纤维没有散开的趋势,从而消 近年来美国超级玻璃纤维公司开发出 除了在玻璃钢层合表面纤维被“冲洗”掉的了一种高碱玻璃纤维连续原丝毡,所用原料 问题 为玻璃厂或灯泡厂的碎玻璃其典型成分见 4)简化手糊操作,提高劳动生产率 表6 由于它是多层无捻粗纱的结合体,此外 也可结合短切原丝毡,因此手糊玻璃钢制 时避免了多层铺放增强材料的麻烦,从而 化操作,提高作业效率 o1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
《玻璃 纤维》1 9 9 4 年第 2 期 编 织复合材 料可 以使玻璃 钢 树脂含 量 降低 , 从而 使增 强材 料 比例 提 高 , 使玻璃 钢 强 度增加 。 此 外 , 当玻璃 钢 受到 冲击 负荷时 , 针 织 用聚酷 纱线起着阻止 裂缝蔓延扩 展的 作用 , 从而使层 间剪 切 问题减至 最少 。 这种编 织增 强材 料各层 之 间不易分 层 。 造船 工业对 这种 增强材 料制成的船艇测 试表明 , 相 对于 方格 布 , 玻 璃 钢 板 的 强 度 增 加 “ % , 刚 性 增 加 41 % 。 2) 减轻 玻璃钢 制 品重量 由于编 织复合材 料 比方 格布 强度 高 , 在 不 降低强度情况 下可 以 减少 纤维 用量 。 例如 用 17 盎 司/ 码 艺的 针 织 复 合 材 料 可 以 取 代 24 盎 司/ 码 “的 方 格 布 , 从 而 可 使 玻璃 钢 层 合制 品的 重量减 轻 30 % 。 由于增 强 材料 用 量 减少 , 为使 纤 维 润湿所 需 的 树脂 量 减 少 了 , 这使玻璃 含量相 对 提高 。 事 实上某些 使 用 编 织 增 强 材 料 的 玻 璃 钢 可 以 含 有 高 达 65 % 的玻璃 纤 维 。 由于 编 织 增强 材 料 无圈 结 、 无卷 曲及 空 洞 , 从而 既不 多消 耗 树脂 也 不 阻碍树 脂流 动 。 参与 奥林匹 克竞 赛的赛艇 用这 种增 强 材料 取代方 格布 后 使船重 量 减 轻 1 5% 。 3) 表面平 整使玻璃 钢表面光滑 由于 采 用 的 是 针 织 工 艺 , 纤 维铺 放 平 坦 , 故其表面 比方 格布 平 整 光滑 , 减 少 了玻 璃 钢制 品 中纤 维显 露 的问题 。 造船 厂家深 知 玻璃 钢 表面 波 纹 愈 少 , 船体与 水 的 摩 擦 愈 小 , 船行驶速 度愈 快 。 此 外 , 它 与方 格布 另一 个 不 同之处 是 : 当它被切 割后 纤 维没有 散 开的趋 势 , 从 而消 除 了在 玻璃钢 层 合 表 面纤 维 被 “ 冲洗 ”掉 的 问题 。 4) 简化手 糊操作 , 提高 劳动 生产率 由于 它是多层无捻粗 纱的结 合体 , 此外 也可结 合短切 原 丝毡 , 因此 手糊 玻璃钢 制 品 时避免 了多 层铺放增 强材 料的 麻烦 , 从而 简 化操作 , 提 高作业 效率 。 这种 增强 材 料可 以在 挤 拉 法玻璃 钢 生 产 中代替连续原丝 毡 , 还可 以 用在 离心法 玻 璃钢 管生 产中取代 方格布 。 目前美 国这种 缝 编织 物的年 产量 已达 540 。 吨 。 2 . 2 无 粘结剂短切原 丝毡 传统 的短 切原 丝 毡是 藉助乳 液 粘 结 剂 或粉末 粘结剂 粘合 的 , 这些粘结 剂需藉助 加 热 固化 。 因此在 固化时及 清洗 网带时要造 成 空气 的污染 和水的 污染 。 目前一些 国家对 环 保 的要 求 日益严 格 , 基于 这 种需 要 , 近 年 来 出现 了无粘结剂 短切毡 , 它的生 产机 组借 用 了普通 短切原 丝毡机切 割及铺毡机 构 , 纤维 铺放 之 后利 用前 述 的缝编 机 采用聚 醋 纱 线 或玻纤缝纫线将其缝合成毡 。 这 种毡 由于 不 用粘结 剂消除 了 由于 固化所需 要的 能量 , 同 时又免 除 了污染 。 这种毡 对树脂的润湿性很 好 , 在被树脂润湿 时不会散开 。 另外 近来 还 有一 种针 刺的短 切原 丝毡 ;这 种 毡很 膨 松 , 具有 很好悬垂 性 , 树脂 润 湿很 快 , 可 以 用 在 模压 、 拉挤及其它成型 工艺 中 。 2 . 3 缝合的及粘结 剂粘合的长纤 维毡 连续 原 丝 毡 已 广 泛 用在 R 叨班 、 挤 拉等 工艺方 面 , 但连 续玻纤 毡在制造 技术 方面 难 度较大 。 目前 仅有少数 几家公 司能够 生产 。 比利 时 的 sy n co gl as 公 司研 制 出一 种长 纤 维 毡 , 其中玻璃纤 维长 约 60 公分 , 这对 于许多 尺寸不大 的制品而 言 , 纤维 已 经可 以认为是 连续 的了 , 故在 一定程 度上可代 替连 续原 丝 毡 , 这种 毡 中纤 维随机分 布可 以 用聚 酚纱 线 缝合或用有机 粘结剂粘合 , 目前 已商品化 。 2 . 4 高碱 (A )玻璃纤维毡 近年来 , 美国超 级玻璃纤 维公 司开发 出 了一 种高碱玻 璃纤维 连续原丝 毡 , 所用原 料 为玻璃 厂或灯 泡厂 的碎 玻璃 , 其典 型成分见 表 6
《玻璃纤维》1994年第2期 表6 于与热塑料(主要是聚丙烯)复合制成片材 72.4% (类似于热固性的SMC)。这种片材可以经 加热冲压成各种制品,如汽车座椅壳体、汽 车保险杠、汽车蓄电池托盘等等。美国PPG Ke 2.3% 公司称这种产品为 AZDEL,欧洲则称作 1.43% GMT(GM也兼指用短切原丝与聚丙烯粉 5.25% 料藉湿法工艺成形的片材)。目前这种干法 35% GMT或 AZDEL片材在美国已达到年产4 LiO 0.02% 万吨,欧洲接近1万吨,目前正在建一座年 产1.8万吨的工厂,日木已达到约1.6万吨 这种碎玻璃料在一移动式全代铂(刚年的生产能力 玉)坩埚中以天然气熔化,通过镍铬 ( Inconel)拉丝漏板拉丝,边拉丝边分布在一3我国玻璃钢用玻纤增强材料现状与展望 转动的大滚筒上同时喷粘结剂,待达到一定 厚度后,拉丝炉移到一边,将滚筒卸下,再换 我国玻璃纤维总产量约12万吨,用于 上一个空滚筒继续拉丝将布满丝的滚筒置玻璃钢的增强型玻纤约占40%,即约48 于一拉毡台上将毡拉出来通过固化炉固万吨在全部玻璃纤维中无碱玻璃纤维约占 化,再绕到卷毡辊上。所生产毡基本上有两1/4,即约3万吨左右,其中无碱玻纤增强材 种类型,即单丝表面毡及增强用连续原丝料约9000吨电,此系1991年数字,1992年因 毡。前者用于玻璃钢的表面形成耐腐蚀的东莞南方玻纤公司停产后,估计在60吨 富树脂层,后者用于玻璃钢挤拉、RTM模左右,因此中碱玻璃纤维增强材料约为4.2 压、缠绕成型。 万吨左右,占全部增强材料的87.5%。树脂 2.5空气变形无捻粗纱 基复合材料主要采用中碱玻璃纤维增强材 英文名字叫 Spun roving,这是在特殊的料是我国复合材料工业的一大特色 装置中通过高压高速气流使普通玻璃纤维 自从“七五”以来我国陆续引进了一些 无捻粗纱毛圈变成空气变形无捻粗纱。它包国外玻纤生产技术与装备,使我国玻纤增强 含许多圈纱,因而许多纤维的方向垂直于无材料生产水平有了较大提高。七五期间引进 捻粗纱的主方向用这种无捻粗纱可以改进的重庆玻纤厂、南方玻璃纤维厂及珠海玻璃 单向复合材料(如挤拉玻璃钢)的横向强度。纤维厂反应了国外七、八十年代的先进水 另外,这种纤维可以织成布,用这种无捻粗平,其中重庆玻纤厂及南方玻璃纤维厂全部 纱织成的布可以增加复合材料的层间剪切生产无碱玻璃纤维增强材料,而珠海玻纤厂 强度。目前法国圣戈班美国OCF和PPG则有一半生产能力是用于增强材料的生产 均有此类产品 些引进工厂的投产标志着我国玻纤工业 2.6连续原丝针刺毡 已开始从球法时代向池窑拉丝时代过渡。最 它是将连续原丝从许多玻纤原丝筒上近四川成都玻纤厂与美国原丝公司组建了 退解出来抛置在一运动的网带上形成一定合资企业成都华原玻纤公司兴建了一座 厚度,籍助双面针刺机从两面进行针刺,从年产800吨无碱增强材料(挤拉及缠绕用 而形成三维结构的连续原丝毡这种毡是用纱)的组合炉,目前已投产山东新泰玻纤无 捻粗纱厂由南京玻璃纤维研究设计院设计 16 o1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
《玻璃纤维 》1 9 94 年第 2 期 表 ‘ si q 7 2 . 4 % N aZ O 17 . 1 % 玫O 2 . 3 % 从q 1 . 43肠 (》O 5 . 2 5 % M 彭) 3 . 5% 场O 0 . 02% 这 种碎 玻璃 料 在 一 移 动 式 全代 铂 (刚 玉 ) 增 竭 中 以 天 然 气 熔 化 , 通 过 镍 铬 (In co nel )拉丝漏 板拉丝 , 边 拉丝边分布在 一 转动的大 滚筒上 同时 喷粘结 剂 , 待 达到一 定 厚度后 , 拉 丝炉 移到一 边 , 将滚筒 卸下 , 再换 上一个空 滚筒 继续拉 丝 。 将 布满丝 的滚筒 置 于 一 拉毡 台 上 , 将毡拉 出来 通 过固 化 炉 固 化 , 再绕到 卷毡辊 上 。 所生 产毡基本上有 两 种 类型 , 即 单丝 表 面毡 及 增 强 用 连 续 原 丝 毡 。 前者 用于玻璃钢 的表面 , 形成耐腐蚀 的 富树脂层 , 后 者 用 于 玻璃 钢挤拉 、 R T M 模 压 、 缠绕成型 。 2 . 5 空气变 形无捻粗纱 英文名字 叫 S Pu n ro vi ng , 这是在 特殊 的 装置 中通 过 高压 高 速气 流 使普通 玻 璃纤 维 无 捻粗纱 毛圈变成空气变形 无捻粗纱 。 它包 含许多圈纱 , 因而许多纤维的方 向垂直于 无 捻粗纱 的主方 向 。 用 这种无捻粗 纱可 以 改进 单向复合材 料(如 挤拉玻璃钢 ) 的横向强 度 。 另 外 , 这 种纤维 可 以织 成布 , 用 这种无捻粗 纱织 成的布 可 以增 加 复合材 料的层 间剪 切 强 度 。 目 前法 国圣 戈 班 、 美 国 O C F 和 PP G 均有此 类产 品 。 2 . 6 连 续原 丝针#,J 毡 它是将 连 续原 丝 从许 多 玻纤 原 丝筒 上 退解出来抛 置在 一运 动 的 网带 上 形 成一 定 厚度 , 籍助 双 面针 刺机从两 面 进行 针 刺 , 从 而形 成三维 结构的连 续原丝 毡 。 这 种毡是 用 于 与 热塑 料 (主要 是 聚丙 烯 )复合制 成 片材 (类 似于 热 固性 的 S加I( 二) 。 这 种 片材 可 以 经 加 热冲压成各种制品 , 如汽 车座 椅壳体 、 汽 车保险杠 、 汽车 蓄电池托盘 等等 。 美 国 P PG 公 司 称 这 种 产 一 品 为 A Z D E L , 欧 洲 则 称 作 G M I 、 ( G N n 、 也兼 指用 短切 原 丝 与 聚丙 烯 粉 料藉湿法工艺成 形的片材 ) 。 目前这种 干法 G M I 、 或 AZ D E L 片材 在美国 已达 到 年产 4 万 吨 , 欧 洲接 近 1 万 吨 , 目前正 在 建一 座 年 产 1 . 8 万吨的工 厂 , 日木 已 达到 约 1 . 6 万吨 /年 的生产能 力 。 3 我国玻璃钢用玻纤增强材料现状与展望 我 国玻 璃纤 维 总产 量 约 12 万吨 , 用 于 玻璃 钢的 增 强 型 玻 纤 约 占 40 % , 即 约 4 . 8 万吨 。 在全部 玻璃纤维 中无碱 玻璃 纤维约 占 1/ 4 , 即约 3 万吨左右 , 其中无碱玻纤 增强 材 料约 900。 吨 , 此 系 1991 年数字 , 1 9 9 2 年 因 东 莞南 方玻 纤公 司停产 后 , 估计在 60 00 吨 左 右 , 因此 中碱玻璃纤维 增 强材 料约 为 4 . 2 万 吨左右 , 占全部增强 材料 的 87 . 5 % 。 树脂 基复 合 材料 主要 采 用 中碱 玻璃 纤维 增强 材 料是 我国复合材 料工业 的一大特 色 。 自从 “ 七五 ” 以 来 , 我 国陆续 引进 了一些 国外玻纤 生产技术与装备 , 使我 国玻纤 增强 材料生产 水平有 了较大提 高 。 七五 期间引进 的重 庆玻 纤厂 、 南方 玻璃纤 维厂及珠海玻璃 纤维 厂 反 应 了 国 外七 、 八 十 年 代的 先 进 水 平 , 其 中重 庆玻纤厂及南方玻璃 纤维 厂全 部 生 产无碱玻璃 纤维增强材料 , 而珠海玻纤 厂 则有 一半生产 能力是 用于增强材 料的生产 。 这 些 引进工 厂 的投产 标 志着 我 国玻纤 工业 已 开始从球法 时代 向池 窑拉丝 时代过渡 。 最 近 四 川 成都玻 纤 厂与美 国原丝公 司组建 了 合资企业 :成都华原玻纤公 司 , 兴 建了一 座 年 产 80 吨无碱增 强 材 料 (挤 拉及 缠 绕用 纱)的组 合炉 , 目前已 投产 。 山东新 泰玻纤无 捻粗 纱厂 由南京玻 璃纤 维研究 设计 院设 计
《玻璃纤维》1994年第2期 并指导建设的年产1000吨粗纱的组合炉也管中碱方格布仍是主要的增强材料,但随着 于日前投产,其最终产品为中碱缠绕、挤拉、玻璃钢机械化成型工艺在我国的发展,适合 SMC及短切毡用纱,高性能方格布。上述两不同工艺要求及最终产品性能要求的各种 座中、无碱组合炉代表了介于代铂炉球法拉形式增强材料,正逐渐改变着原先品种单调 丝与池窑拉丝之间的一个技术层次,它们的的情况。尤为重要的是,在增强材料的质量 成功给我国中、小型玻纤企业玻纤增强材料及性能方面也出现了突破。1992年5月中 生产的技术改造开辟了投资较少、生产效率国玻纤协会在陕西玻纤厂组织的喷射用无 较高及产品质量较好的一条实际可行的途捻粗纱现场表演赛中我国南方玻纤厂用进 口原料配制的浸润剂制成喷射无捻粗纱以 八五”期间玻纤工业一个最重要的建及南京玻纤院用国产原料配制的浸润剂所 设项目为山东泰安复合材料厂的年产万吨制成的喷射纱均表现了较好的工艺性能及 玻纤增强材料的池窑拉丝该项工程的窑炉最终玻璃钢产品性能测试表明国内质量较 部份采用国内外联合设计的形式,目前与外好的喷射纱的总体水平已不次于参加测试 方的合同已生效,预计1995年下半年建成的美国PPG的喷射纱。这也表明了长期以 投产,这将是我国第一座万吨级的池窑拉丝来阻碍玻纤增强材料质量提高的浸润剂配 工厂,它一旦建成并投产将为我国复合材料方技术及其原材料国产化也有了重大突破 工业提供大量优质的玻纤增强材料。 玻璃纤维增强材料的生产与水平的提 80年代中期以前我国玻纤增强材料几高是与我国玻璃钢工业的发展不可分的据 乎是清一色的中碱方格布。近年来,随着上不完全统计,我国近年来玻璃钢工业已引进 述项目的建成,这种局面已有改变。目前,引了11条缠绕管道生产线;三条波形瓦生产 进短切毡生产线已有4条,总生产能力达线,10条SMC生产线,70余台套喷射设备, 6000吨/年,另有一条2000吨/年的短切毡6台拉挤生产线以及若干台RTM、BMC生 生产线正在建设之中短切原丝缠绕、挤拉产设备,估计总的生产能力约在13.5万吨, 及SMC无捻粗纱以及磨碎玻璃纤维均已形据估计目前利用率不足20%。玻璃钢工业 成批量生产。缝编织物的技术与装备也已由不会坐视这种情况继续下去,预期在较短的 国外引进,即将在秦皇岛玻纤厂投产。关于时间内这些引进的机械化成型设备将得到 RIM(树脂传递模塑)工艺及挤拉工艺所需较大程度的利用如利用率能达到60%,再 的连续原丝毡,南京玻璃纤维研究设计院最加上增强热塑性塑料的发展,以及中碱手糊 近已建成年产100吨的中试线,正在调试之玻璃钢制品的增长,对玻璃纤维的年需求量 中。如成功即着手建年产500吨的生产线,很快会增加5万吨这对玻璃纤维工业是巨 从而填补我国增强材料品种方面的一项空大的挑战此外这些机械化玻璃钢成形工艺 白。此外大辊筒法高碱玻璃纤维单丝增强毡及增强热塑料对玻璃纤维质量的严格要求 及表面毡也在中试阶段,所有这些说明,尽则构成了对玻纤工业的双重挑战。 o1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
《玻 璃纤维 》1 9 94 年第 2 期 并指导建设的 年产 1000 吨粗纱 的组 合炉也 于 日前投 产 , 其最 终产 品为 中碱 缠绕 、 挤拉 、 S 入忆 及短 切毡用纱 , 高性 能方 格布 。 上 述两 座 中 、 无碱 组合炉代表 了介 于代铂炉 球法拉 丝与池 窑 拉丝之间的 一个技术层 次 , 它们 的 成功给 我国中 、 小 型玻 纤企业玻纤 增强材 料 生产的技术改造开辟了投资较少 、 生产效率 较高及产 品质 量 较好的 一 条 实际可 行 的途 径 。 “ 八 五 ” 期 间玻纤 工业 一 个最 重要 的 建 设项 目 为 山 东 泰 安复 合 材 料 厂 的年 产万 吨 玻纤 增强材 料的池窑 拉丝 。 该项工 程 的窑炉 部份采 用 国 内外联 合设计的形式 , 目前 与外 方 的合 同 已 生 效 , 预 计 1995 年 下半 年建 成 投产 , 这 将是我 国第一 座万 吨级 的池窑拉丝 工厂 , 它 一旦 建成并 投 产将为我国复合材 料 工业提供大量 优质的玻纤增 强材 料 。 80 年 代中期 以前我国玻 纤 增强 材料 几 乎是清一 色 的 中碱方格布 。 近年 来 , 随着 上 述项 目的建成 , 这种 局 面 已有 改变 。 目前 , 引 进短 切毡生 产线 已有 4 条 , 总 生 产能 力 达 600。 吨/年 , 另 有 一条 20。。 吨/年 的 短切 毡 生产线 正在建设之 中 。 短切原 丝 , 缠绕 、 挤 拉 及 S州[C 无捻粗 纱以 及 磨碎 玻璃 纤维均 已 形 成批量 生产 。 缝编 织物 的技术与装 备也 已 由 国外引进 , 即将在秦皇 岛玻纤 厂投产 。 关于 R T M (树脂 传递模塑 )工 艺及挤拉工 艺所 需 的连续原丝 毡 , 南京 玻 璃纤维 研究 设计院最 近 已建成 年产 10 吨 的 中试线 , 正 在调试 之 中 。 如成 功 即着手 建 年产 50 0 吨 的生产线 , 从而 填补 我国 增 强材 料 品 种方 面 的一 项 空 白 。 此外 大辊 筒法 高碱 玻璃纤 维单丝增强 毡 及表 面毡 也在 中试阶 段 , 所 有 这些 说明 , 尽 管中碱方 格布仍是 主要的 增强材 料 , 但随着 玻璃 钢机械 化成型工 艺在 我国 的发 展 , 适 合 不 同工 艺要 求及 最 终产 品性 能要 求 的各 种 形式 增强材 料 , 正逐 渐改变 着原先 品种 单调 的情 况 。 尤为 重要 的是 , 在 增强材 料的 质量 及性 能方 面也 出现 了突 破 。 1 9 9 2 年 5 月 中 国玻 纤 协会在陕西 玻纤 厂组 织 的喷射用 无 捻粗 纱现场表演赛中 , 我国南方玻纤 厂 用进 口 原 料配制 的浸 润 剂制成喷射无捻粗 纱 以 及南 京 玻纤 院用 国产 原 料配 制 的浸 润 剂所 制成 的 喷射纱均 表 现 了 较好 的 工艺 性 能 及 最终玻璃钢产品性能 , 测 试表明国 内质量 较 好 的喷射纱 的总 体水 平 已 不 次于 参加 测试 的美 国 P PG 的 喷射纱 。 这也 表明 了长期 以 来阻 碍 玻纤 增强 材料 质 量提 高的浸 润 剂 配 方技术 及其原 材料 国产化也有 了重大 突破 。 玻 璃纤 维增 强 材 料的 生 产与 水 平的提 高是与 我国玻璃 钢工业 的发展不可分的 。 据 不完全统计 , 我国近年来 玻璃钢 工业 已 引进 了 n 条缠 绕管 道 生产 线 ;三 条波 形 瓦 生产 线 , 10 条 S州[C 生产线 , 70 余 台套喷射设备 , 6 台拉 挤生 产 线 以 及 若干 台 R 们随 、 B N [C 生 产设备 , 估 计总 的生产能 力约在 13 . 5 万 吨 , 据估计 目前 利 用率 不足 20 % 。 玻璃 钢 工业 不会坐 视这种 情况继续 下去 , 预期在 较短 的 时 间 内这 些 引进的机 械化成型设备将得到 较大程 度的利用 , 如利用率能达 到 60 % , 再 加上增 强热塑 性塑料 的发 展 , 以 及 中碱手 糊 玻璃钢 制品的 增长 , 对玻 璃纤 维的年 需求 量 很 快会增 加 5 万吨 , 这对 玻璃纤 维工 业是巨 大的挑 战 , 此外 这些机 械化玻璃 钢成形工 艺 及 增 强 热塑料 对玻璃 纤 维质 量 的严 格 要求 则 构成 了对玻 纤工业 的双重挑 战