第39卷第8期 Vol 39 No 8 011年8月 NEW CHEM ICAL MATERIALS 行业评述 高强度高模量玻璃纤维特性与应用 韩利雄·2曾庆文2 L中国地质大学环境学院,武汉430074;2重庆国际复合材料有限公司,重庆400082) 摘要与传统E玻瑀纤维相比,高强度高模量玻瑀纤维在拉伸强度、弹性模量、抗冲击性能、耐高温性能、耐腐蚀性 能、电绝缘性和介电性能等方面都具有明显优势,可广泛地应用于航空航天、国防军事、风力发电、交通运输、体育休闲、压 力容器、建筑工程、管道、环境处理、石油、机械等许多领域,成为本行业研究与开发的热点和重点 关键词玻璃纤维,强度,模量,特性,应用 Characteristic and application of high+strength and high modulus glass fiber Han Lixiong- Zeng Qingw (L School of Environment al Studies, China U niv ersity of Geosciences, Wuhan 430074; 2 Chongqing Polycomp International Corp, Chongqing 400082 Abstract Compared wit h the traditional E glass fiber, the higl strengt h and higl- modulus glass fiber had obvious adv antages in tensile strength, modulus, impact resistance, hightemperature resist ance, corrosion resistance, electrical insulation, dielect ric pro perty and so on. Therefore, it could be w idely used in aerospace, defense military, w ind po wer, transportation, sport s leisure, pressure vessels, construction engineering, pipeline, env ironment treatment, oil engineer mechanical engineering and etc, and had become an import ant research interest in industry and academe Key words glass fiber, strength. modulus, characterist ic application 随着时代的不断发展和科技的不断进步,玻璃纤维(玻 进入21世纪,玻璃纤维行业蓬勃发展,市场应用不断扩 纤)的应用范围在不断扩大,人们对玻璃纤维的性能要求也在 大,同时玻璃纤维的理论水平以及生产装备与工艺技术也在 不断提高。而作为增强材料,力学性能的提升一直是玻璃 不断进步。近两年,各大玻璃纤维企业都推出了新一代的高 维发展的最主要方向之一。尤其是近年来,由于能源危机的强度高模量玻璃纤维。其中的典型代表有美国OCV公司的 日趋严重和环境保护的日益重视,人们对车辆的轻量化、大叶 HiPertex玻纤,重庆国际复合材料有限公司的 TM-glas玻 片风能发电等方面的关注和呼声越来越高。此时,高强度高纤,巨石集团有限公司的ⅤiPro玻纤,泰山玻璃纤维有限公 模量玻璃纤维复合材料以其优异的力学性能、相对较小的比司的GMG玻纤 重、合适的生产成本自然成为行业研究与开发的热点和重点。 2高强度高模量玻璃纤维特点 1典型高强度高模量玻璃纤维 从表1-3可看出,传统的E玻璃纤维一般为SiOr 最早的高强度玻璃纤维可追溯到1968年面世的S2玻k2 Or CaO-B2O3系统,基本组成为50%-55%的SiO2,10% 纤,它是为了满足当时的军事需要而研制的。S2玻纤的基 15%的Al2O3,20%-25%的CaO,5%-10%的B2O3,另外 本组成为65%的S2,25%的Ah2O3,10%的MgO,其拉伸强还含有一般小于2%的碱金属、F2、TiO2、Fe2O3等其它微量组 度约为4500MPa,模量约为83GPa。随后其它国家也纷纷 分。这种组成使得E玻璃纤维具有良好的电绝缘性能和机械 发出了类似的高强度高模量玻璃纤维,如日本的T纤维、俄性能,其抗拉强度一般在3000-3500MPa,弹性模量约为70 罗斯的BMI纤维、法国的R纤维和中国的HS系列纤维 75GPa。而且对弱酸弱碱和水都具有一定耐腐蚀性。另外虽 这些高强度高模量玻璃纤维力学性能都十分优异,但由于成然E玻璃纤维中碱金属含量不高(一般小于1%),但由于含有 型温度过高,生产难度大,无法在现代池窑上实现规模化生 定量B和F,其拉丝成型温度一般不超过1200℃,析晶温度 产,多局限在军工需要 一般不超过1150℃,8T都在50℃以上 作者简介:韩利雄(1981-),男,博士,主要从事玻璃纤维产品开发及其复合材料的研究工作 91994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net第 39 卷第 8 期 2011 年 8 月 化 工 新 型 材 料 NEW CH EM ICAL MATERIALS Vol
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作者简介: 韩利雄( 1981- ) , 男, 博士, 主要从事玻璃纤维产品开发及其复合材料的研究工作。 行业评述 高强度高模量玻璃纤维特性与应用 韩利雄1, 2 曾庆文2 ( 1
中国地质大学环境学院, 武汉 430074; 2
重庆国际复合材料有限公司, 重庆 400082) 摘 要 与传统 E 玻璃纤维相比, 高强度高模量玻璃纤维在拉伸强度、弹性模量、抗冲击性能、耐高温性能、耐腐蚀性 能、电绝缘性和介电性能等方面都具有明显优势, 可广泛地应用于航空航天、国防军事、风力发电、交通运输、体育休闲、压 力容器、建筑工程、管道、环境处理、石油、机械等许多领域, 成为本行业研究与开发的热点和重点。 关键词 玻璃纤维, 强度, 模量, 特性, 应用 Characteristic and application of high-strength and high- modulus glass fiber Han Lix iong 1, 2 Zeng Qingw en 2 ( 1
Schoo l of Enviro nmental Studies, China U niv ersity o f Geosciences, Wuhan 430074; 2
Chongqing Po lycomp International Cor p. , Chongqing 400082) Abstract Compared wit h the tr aditional E- g lass fiber, the high- strengt h and high-modulus g lass fiber had obvious adv antag es in tensile- str eng th, modulus, impact resistance, high- temperature r esist ance, corro sion resistance, electrical insulation, dielect ric pro perty and so on. Ther efo re, it could be w idely used in aero space, defense military , w ind power, transpo rtation, sports leisure, pr essure v essels, construction eng ineering, pipeline, env ir onment treatment, oil engineer￾ing , mechanical engineering and etc. , and had become an important r esear ch inter est in industry and academe. Key words glass f iber, str eng th, modulus, characterist ic, applicatio n 随着时代的不断发展和科技的不断进步, 玻璃纤维( 玻 纤) 的应用范围在不断扩大, 人们对玻璃纤维的性能要求也在 不断提高。而作为增强材料, 力学性能的提升一直是玻璃纤 维发展的最主要方向之一。尤其是近年来, 由于能源危机的 日趋严重和环境保护的日益重视, 人们对车辆的轻量化、大叶 片风能发电等方面的关注和呼声越来越高。此时, 高强度高 模量玻璃纤维复合材料以其优异的力学性能、相对较小的比 重、合适的生产成本自然成为行业研究与开发的热点和重点。 1 典型高强度高模量玻璃纤维 最早的高强度玻璃纤维可追溯到 1968 年面世的 S-2 玻 纤, 它是为了满足当时的军事需要而研制的。S- 2 玻纤的基 本组成为 65% 的 SiO2 , 25% 的 Al2O3 , 10% 的 M gO, 其拉伸强 度约为 4500MPa, 模量约为 83GPa。随后其它国家也纷纷开 发出了类似的高强度高模量玻璃纤维, 如日本的
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纤维、俄 罗斯的
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纤维、法国的
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系列纤维。 这些高强度高模量玻璃纤维力学性能都十分优异, 但由于成 型温度过高, 生产难度大, 无法在现代池窑上实现规模化生 产, 多局限在军工需要。 进入 21 世纪, 玻璃纤维行业蓬勃发展, 市场应用不断扩 大, 同时玻璃纤维的理论水平以及生产装备与工艺技术也在 不断进步。近两年, 各大玻璃纤维企业都推出了新一代的高 强度高模量玻璃纤维。其中的典型代表有美国 OCV 公司的 H iPer- tex 玻纤, 重庆国际复合材料有限公司的 TM- g lass 玻 纤, 巨石集团有限公司的 ViPro 玻纤, 泰山玻璃纤维有限公 司的 GMG 玻纤。 2 高强度高模量玻璃纤维特点 从表 1 - 3 可看出, 传统 的 E 玻璃纤维 一般为 SiO2- Al2O3-CaO-B2O3 系统, 基本组成为 50% ~ 55% 的 SiO2 , 10% ~ 15% 的 Al2O3, 20% ~ 25% 的 CaO, 5% ~ 10% 的 B2O3 , 另外 还含有一般小于 2% 的碱金属、F2、TiO2、Fe2O3 等其它微量组 分。这种组成使得 E 玻璃纤维具有良好的电绝缘性能和机械 性能, 其抗拉强度一般在3000~ 3500M Pa, 弹性模量约为 70~ 75GPa。而且对弱酸弱碱和水都具有一定耐腐蚀性。另外虽 然 E 玻璃纤维中碱金属含量不高( 一般小于 1% ) , 但由于含有 一定量 B 和 F, 其拉丝成型温度一般不超过 1200
, 析晶温度 一般不超过 1150
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以上