复材制造 COMPOSITE MANUFAC TURING 表4不同牌号高强玻璃纤维性能 发动机壳体上,大大减轻了导弹重 T BMJ E-glass 量。由于高强玻璃纤维具有高强、耐 热、抗冲击、高透波等优异的综合性 新生态强度MPa4020 4600 400450450 能,使得它在高性能复合材料等领域 弹性模量/GPa82.9 84.7 83.8 84.3 广泛应用。欧文斯·科尔宁公司(原 OCF)用S-2 Zentron无捻粗纱 600~3300-3500 浸胶纱强度MPa3403803900034003000制造的 Silentex汽车消音器系统 已在丰田汽车中使用,福特工程师采 表5R-ga和E-gas在不同温度下强度保留率以200孔为主,400孔拉丝漏用S-2玻璃纤维生产汽车催化反应 板生产13μm以上的高强玻器的密封垫。波音公司采用S-2纤 温度/℃ E-glass 强度保留率/%强度保留率/% 璃纤维制品,如无捻粗纱等。维制造货运输送带,波音AWAC等 高强玻璃纤维浸润剂是多种飞机雷达罩采用了高强玻璃纤 高强玻璃纤维生产与应用的维复合材料,飞机机身、机翼外壳、飞 关键技术,分增强型和纺织机地板等复合材料采用S-2玻璃纤 91 型2类,中材科技股份有限公维增强,S-2玻璃纤维在许多直升飞 司的高强玻璃纤维用增强型机叶片和传动件上也有应用。空客 浸润剂有16种,分别适用于A380是目前航空飞机中复合材料用 增强聚酯、乙烯基树脂、环氧量最大的一种飞机,S-2玻璃纤维 树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、增强 GLARE板在A380飞机的机 氯丁二烯和PFL橡胶,以及身外壳等部位上应用。许多防弹装 混杂布(高强/碳纤维、高强/石热塑性树脂(如PEEK、PEL、BMI、甲车、防弹服中也采用高强玻璃纤维 英纤维、高强/无碱玻璃纤维)等LCP)等,能够满足目前高强玻璃纤作为防弹材料,且性价比优于芳纶纤 多种产品。表6为中材科技高强玻维生产工艺与复合材料应用的要求。维,也是近年来不断扩产的S-2纤 璃纤维布性能,表7为美国 Hexcel 维主要应用领域。我国高强玻璃纤 Schwebel公司高强玻璃纤维布性 高强玻璃纤维的应用 维在航天、航空、兵器、舰船、化工等 能,表8为用R和E玻璃纤维增强 20世纪50年代,美国空军材料领域广泛应用,如导弹发动机壳体, 的复合材料强度和模量对比,表9为实验室(AFML)与欧文斯·科尔宁宇航飞机内衬、复合材料枪托、发射 中材科技高强粗纱与R纤维的对比,玻璃纤维(OCF)公司签订硏发比炮筒、高压容器、抽油杆、防弹装甲 表10、1l为中材科技高强玻璃纤维金属铝更轻更强的材料,50年代末等。随着高强玻璃纤维在压力容器 和美国S-2的49-AA-750无捻OCF硏发成功S玻璃纤维并成功应光缆、耐温材料、摩擦材料等工业领 粗纱性能对比,从表中数据可知,国用到“民兵Ⅱ”州际弹道导弹第3级域的推广应用,对其需求量也在不 产的高强玻璃纤维粗纱性能与国外 高强R纤维和S-2纤维性能相当。 表6高强玻璃纤维布性能(中材科技) 产品代号组织结构(根/(根,经物/(gm人、体断裂力 经密纬密 高强玻璃纤维的制造 重量厚度 S-2高强玻璃纤维熔制温度高 向纬向 达1650℃,据有关专家介绍,美国SW109%34H纹22222424100116060 S-2玻璃纤维生产采用一步法拉丝,SW140B-902/2斜纹14144848140014 电熔窑熔制玻璃,耐火材料内衬铂sw20c-9a4H纹20109%62420010223040 金,原丝为9m的拉丝漏板为400w210-90平纹 2100.2116001350 孔,直接无捻粗纱拉丝漏板孔数达 sw220-90a2/2斜纹181472722400.221900160 2000孔。我国与俄罗斯均采用坩埚 sw20C-90a4H缎纹181472722400.2220 1600 法拉丝,即先将高强玻璃配合料熔制 成高强玻璃球,高强球在坩埚中二次Sw280-90a3/8锻纹201872722800.2520001700 熔化经漏板拉丝,9以m以下的原丝SW309鞍99m92|192|30|032130130 94航空制造技术·2009年第15期 91994-2010ChinaAcademicJournalelEctronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net94 航空制造技术·2009 年第 15 期 复材制造 COMPOSITE MANUFACTURING 混杂布（高强 / 碳纤维、高强 /石 英纤维、高强 / 无碱玻璃纤维）等 多种产品。表 6 为中材科技高强玻 璃纤维布性能，表 7 为美国 H e x c el Schwebel 公司高强玻璃纤维布性 能，表 8 为用 R 和 E 玻璃纤维增强 的复合材料强度和模量对比，表9为 中材科技高强粗纱与 R 纤维的对比， 表 10、11 为中材科技高强玻璃纤维 和美国 S-2 的 449-AA-750 无捻 粗纱性能对比，从表中数据可知，国 产的高强玻璃纤维粗纱性能与国外 高强 R 纤维和 S-2 纤维性能相当。 高强玻璃纤维的制造 S-2 高强玻璃纤维熔制温度高 达 1650℃，据有关专家介绍，美国 S-2 玻璃纤维生产采用一步法拉丝， 电熔窑熔制玻璃，耐火材料内衬铂 金，原丝为 9μm 的拉丝漏板为 400 孔，直接无捻粗纱拉丝漏板孔数达 2000 孔。我国与俄罗斯均采用坩埚 法拉丝，即先将高强玻璃配合料熔制 成高强玻璃球，高强球在坩埚中二次 熔化经漏板拉丝，9μm 以下的原丝 以 200 孔为主，400 孔拉丝漏 板生产 13μm 以上的高强玻 璃纤维制品，如无捻粗纱等。 高强玻璃纤维浸润剂是 高强玻璃纤维生产与应用的 关键技术，分增强型和纺织 型 2 类，中材科技股份有限公 司的高强玻璃纤维用增强型 浸润剂有 16 种，分别适用于 增强聚酯、乙烯基树脂、环氧 树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、 氯丁二烯和 PF L 橡胶，以及 热塑性树脂（如 PEEK、PEL、BMI、 L C P）等，能够满足目前高强玻璃纤 维生产工艺与复合材料应用的要求。 高强玻璃纤维的应用 20 世纪 50 年代，美国空军材料 实验室（AFML）与欧文斯·科尔宁 玻璃纤维（O CF）公司签订研发比 金属铝更轻更强的材料，50 年代末 OCF 研发成功 S 玻璃纤维并成功应 用到“民兵Ⅱ”州际弹道导弹第 3 级 发动机壳体上，大大减轻了导弹重 量。由于高强玻璃纤维具有高强、耐 热、抗冲击、高透波等优异的综合性 能，使得它在高性能复合材料等领域 广泛应用。欧文斯·科尔宁公司（原 OCF）用 S-2 ZenTronTM 无捻粗纱 制造的 SilentexTM 汽车消音器系统 已在丰田汽车中使用，福特工程师采 用 S-2 玻璃纤维生产汽车催化反应 器的密封垫。波音公司采用 S-2 纤 维制造货运输送带，波音 AWAC 等 多种飞机雷达罩采用了高强玻璃纤 维复合材料，飞机机身、机翼外壳、飞 机地板等复合材料采用 S-2 玻璃纤 维增强，S-2 玻璃纤维在许多直升飞 机叶片和传动件上也有应用。空客 A380 是目前航空飞机中复合材料用 量最大的一种飞机，S-2 玻璃纤维 增强 GLARE 板在 A380 飞机的机 身外壳等部位上应用。许多防弹装 甲车、防弹服中也采用高强玻璃纤维 作为防弹材料，且性价比优于芳纶纤 维，也是近年来不断扩产的 S-2 纤 维主要应用领域。我国高强玻璃纤 维在航天、航空、兵器、舰船、化工等 领域广泛应用，如导弹发动机壳体， 宇航飞机内衬、复合材料枪托、发射 炮筒、高压容器、抽油杆、防弹装甲 等。随着高强玻璃纤维在压力容器、 光缆、耐温材料、摩擦材料等工业领 域的推广应用，对其需求量也在不 牌 号 HS2/S2 HS4/S4 S-2 R T вмл E-glass 新生态强度 /MPa 4020 4600 4500 ～ 4890 4400 4650 4500 ～ 5000 3445 弹性模量 /GPa 82.9 86.4 84.7 ～ 86.9 83.8 84.3 95.0 72 浸胶纱强度 /MPa 2600 ～ 3400 3300 ～ 3800 3500 ～ 3900 ≥ 3400 ≥ 3400 ≥ 3300 2400 表4 不同牌号高强玻璃纤维性能 温度 /℃ E-glass 强度保留率 /％ R-glass 强度保留率 /％ － 200 100 100 200 98 100 300 82 91 400 65 77 500 46 61 600 14 45 700 — 27 表5 R-glass和E-glass在不同温度下强度保留率 产品代号 组织结构 经密 /（根· cm-1） 纬密 /（根· cm-1） 经纱 /Tex 纬纱 /Tex 重量 /（g· m-2） 厚度 /mm 拉伸断裂强力 ≥ N/2.5cm 经向 纬向 SW110C-90a 4H 缎纹 22 22 24 24 110 0.11 600 600 SW140B-90a 2/2 斜纹 14 14 48 48 140 0.14 900 900 SW200C-90a 4H 缎纹 20 10 96 24 200 0.2 2300 400 SW210A-90a 平纹 16 12 72 72 210 0.21 1600 1350 SW220B-90a 2/2 斜纹 18 14 72 72 240 0.22 1900 1600 SW220C-90a 4H 缎纹 18 14 72 72 240 0.22 2000 1600 SW280R-90a 3/8 缎纹 20 18 72 72 280 0.25 2000 1700 SW360A-90a 平纹 9 9 192 192 360 0.32 1350 1350 表6 高强玻璃纤维布性能（中材科技）