2013,42(5) 刘克杰,朱华兰,彭涛,等.无机特种纤维介绍() 生产和销售。 表1几种高强玻璃纤维与E-玻璃纤维性能比较 战后世界各国相继建立了玻璃纤维产业并 E-玻璃 制出了自己的高强玻璃纤维:法国 Saint- Gobain 戈班集团公司于20世纪五六十年代开发R 701430340|>340>3303300380 高强玻璃纤维:日本日东纺织株式会社在20世纪 拉伸模量/CH720847-869838843950 七八十年代开发T高强玻璃纤维:俄罗斯玻璃钢联 断裂伸长率/485.7 540-45 合体开发了BM∏高强玻璃纤维;中国南京玻璃纤 (以上3种可以统称为坩埚法以及池窑法。国际 维研究院在20世纪70年代开发了HS2高强玻璃纤上,20世纪30年代美国OC公司发明了铂金坩埚 维,90年代又开发出Hs4高强玻璃纤维:美国拉丝技术。在19591960年间,OC公司与PPG PPG公司2010年推出了 Hyon高强玻璃纤维。 公司相继建成了玻璃纤维池窑,采用池窖法生产玻 1.2结构与性能 璃纤维。池窑拉丝工艺技术一出现就显示出强大生 玻璃纤维就是纤维状的玻璃,玻璃是无色透命力,从此突飞猛进,成为世界玻璃纤维生产技术 明具有光泽的无定形脆性固体,所以玻璃纤维是各主流。我国玻璃纤维工业诞生于20世纪50年代后 向同性的均质材料,没有固定的熔点。玻璃纤维的 期,采用陶土坩埚法和铂金坩埚法生产。60年代 化学成分主要是二氧化硅质量分数50%~70%、后期研制成功代铂坩埚法生产工艺,先后在全国玻 氧化二铝(质量分数10%-30%、三氧化二硼、纤厂推广使用。20世纪90年代初,中国开始引入 氧化镁、氧化钙等,不同种类的纤维其组成互有差池窑法生产技术,并逐渐普及。 别。有些品种还加入了氧化钠、氧化钾等碱性氧化 坩埚法生产工艺由制球和拉丝两部分组成, 物作为助溶氧化物。 即先将配合料熔制成高强玻璃球,玻璃球在坩埚中 连续玻璃纤维按照含碱量来分类可分为中碱 二次熔化经漏板拉丝得到纤维。陶土坩埚生产工艺 玻璃纤维、无碱玻璃纤维(也称E-玻璃纤维、特 是一种原始低级的、极其粗糙的落后生产技术,国 种高强玻璃纤维。通常无碱玻璃纤维性能好于中碱家已明令淘汰禁止。铂金坩埚法随着生产规模的扩 玻璃纤维,高强玻璃纤维性能好于无碱玻璃纤维。大,需要的铂铑合金多,成本高,从而很快被代铂 与普通无碱玻璃纤维①-玻璃纤维相比,高强坩埚法替代。代铂坩埚由两部分组成,坩埚的埚身 玻璃纤维生产技术难度大、总产量低,但其需求增及顶盖由耐火材料如刚玉砖等替代砌筑组成,而坩 长速度却是普通玻璃纤维的4倍以上。 埚漏板仍保持铂铑合金。池窑拉丝采用的是一步法 高强玻璃纤维的拉伸强度、弹性模量分别比 生产工艺,即将玻璃配合料投入熔窑熔化,保持恒 E-玻璃纤维提高30%~40%和16%-20%,断裂定的温度和液面高度,在重力及静压力作用下,由 长率通常大于5%,耐冲击性能更好,可以用作防池窑喷丝板流出拉制成连续玻璃纤维。与坩埚法拉 弹材料:高强玻璃纤维的耐疲劳性能比E-玻璃纤维丝相比,池窑拉丝工艺具有工序简化、能耗降低 高出10倍以上:与E-玻璃纤维相比,高强玻璃纤铂铑合金占用量少、窑炉熔化面积大、玻璃液面稳 维具有较高的软化点,通常高强玻璃纤维要比E 定、澄清时间长、温度波动小、玻璃熔制质量好 玻璃纤维耐温高100~150℃:;高强玻璃纤维具有更生产效率高、生产能力大、生产综合成本低及能满 高的化学稳定性,其水煮、酸洗、碱洗后强度保持 足多品种需要等一系列优越性。 率比E-玻璃纤维高国。此外,玻璃纤维还具有良 14主要应用 好的电绝缘性和介电性能,吸湿性小,不燃烧,导 连续玻璃纤维工业于20世纪30年代末奠基以 热系数低,优良的吸声、隔声性能。几种高强玻璃来,已形成一门独立的工业体系。目前,连续玻璃 纤维与E-玻璃纤维性能比较见表1。 纤维产品有数千个品种与规格,成为现代工业材料 制备方法 家族中重要的一员。玻璃纤维广泛应用于电子工 综合玻璃纤维生产技术的发展,制备方法可业、陆上交通工具、基础设施建设、风力发电、土 以分为:陶土坩埚法、铂金坩埚法、代铂坩埚法 木建筑市场、替代石棉制品、光缆加强芯、玻璃钢 91994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net2013, 42(5) 生产和销售。 二战后世界各国相继建立了玻璃纤维产业并 研制出了自己的高强玻璃纤维：法国 Saint-Gobain （圣戈班） 集团公司于 20 世纪五六十年代开发 R 高强玻璃纤维；日本日东纺织株式会社在 20 世纪 七八十年代开发 T 高强玻璃纤维；俄罗斯玻璃钢联 合体开发了 BMП 高强玻璃纤维；中国南京玻璃纤 维研究院在 20 世纪 70 年代开发了 HS2 高强玻璃纤 维，90 年代又开发出 HS4 高强玻璃纤维；美国 PPG 公司 2010 年推出了 Hybon 高强玻璃纤维。 1.2 结构与性能 玻璃纤维就是纤维状的玻璃，玻璃是无色透 明具有光泽的无定形脆性固体，所以玻璃纤维是各 向同性的均质材料，没有固定的熔点。玻璃纤维的 化学成分主要是二氧化硅 （质量分数 50 %~70 %）、 三氧化二铝 （质量分数 10 %~30 %）、三氧化二硼、 氧化镁、氧化钙等，不同种类的纤维其组成互有差 别。有些品种还加入了氧化钠、氧化钾等碱性氧化 物作为助溶氧化物。 连续玻璃纤维按照含碱量来分类可分为中碱 玻璃纤维、无碱玻璃纤维 （也称 E-玻璃纤维）、特 种高强玻璃纤维。通常无碱玻璃纤维性能好于中碱 玻璃纤维，高强玻璃纤维性能好于无碱玻璃纤维。 与普通无碱玻璃纤维 （E-玻璃纤维） 相比，高强 玻璃纤维生产技术难度大、总产量低，但其需求增 长速度却是普通玻璃纤维的 4 倍以上。 高强玻璃纤维的拉伸强度、弹性模量分别比 E-玻璃纤维提高 30 %~40 %和 16 %~20 %，断裂 伸长率通常大于 5 %，耐冲击性能更好，可以用作防 弹材料；高强玻璃纤维的耐疲劳性能比 E-玻璃纤维 高出 10 倍以上；与 E-玻璃纤维相比，高强玻璃纤 维具有较高的软化点，通常高强玻璃纤维要比 E- 玻璃纤维耐温高 100~150 ℃；高强玻璃纤维具有更 高的化学稳定性，其水煮、酸洗、碱洗后强度保持 率比 E-玻璃纤维高 [3]。此外，玻璃纤维还具有良 好的电绝缘性和介电性能，吸湿性小，不燃烧，导 热系数低，优良的吸声、隔声性能。几种高强玻璃 纤维与 E-玻璃纤维性能比较见表 1。 1.3 制备方法 综合玻璃纤维生产技术的发展，制备方法可 以分为：陶土坩埚法、铂金坩埚法、代铂坩埚法 （以上 3 种可以统称为坩埚法） 以及池窑法。国际 上，20 世纪 30 年代美国 OC 公司发明了铂金坩埚 拉丝技术。在 1959—1960 年间，OC 公司与 PPG 公司相继建成了玻璃纤维池窑，采用池窖法生产玻 璃纤维。池窑拉丝工艺技术一出现就显示出强大生 命力，从此突飞猛进，成为世界玻璃纤维生产技术 主流。我国玻璃纤维工业诞生于 20 世纪 50 年代后 期，采用陶土坩埚法和铂金坩埚法生产。60 年代 后期研制成功代铂坩埚法生产工艺，先后在全国玻 纤厂推广使用。20 世纪 90 年代初，中国开始引入 池窑法生产技术，并逐渐普及 [5]。 坩埚法生产工艺由制球和拉丝两部分组成， 即先将配合料熔制成高强玻璃球，玻璃球在坩埚中 二次熔化经漏板拉丝得到纤维。陶土坩埚生产工艺 是一种原始低级的、极其粗糙的落后生产技术，国 家已明令淘汰禁止。铂金坩埚法随着生产规模的扩 大，需要的铂铑合金多，成本高，从而很快被代铂 坩埚法替代。代铂坩埚由两部分组成，坩埚的埚身 及顶盖由耐火材料如刚玉砖等替代砌筑组成，而坩 埚漏板仍保持铂铑合金。池窑拉丝采用的是一步法 生产工艺，即将玻璃配合料投入熔窑熔化，保持恒 定的温度和液面高度，在重力及静压力作用下，由 池窑喷丝板流出拉制成连续玻璃纤维。与坩埚法拉 丝相比，池窑拉丝工艺具有工序简化、能耗降低、 铂铑合金占用量少、窑炉熔化面积大、玻璃液面稳 定、澄清时间长、温度波动小、玻璃熔制质量好、 生产效率高、生产能力大、生产综合成本低及能满 足多品种需要等一系列优越性 [6-7]。 1.4 主要应用 连续玻璃纤维工业于 20 世纪 30 年代末奠基以 来，已形成一门独立的工业体系。目前，连续玻璃 纤维产品有数千个品种与规格，成为现代工业材料 家族中重要的一员。玻璃纤维广泛应用于电子工 业、陆上交通工具、基础设施建设、风力发电、土 木建筑市场、替代石棉制品、光缆加强芯、玻璃钢 牌号 E-玻璃 纤维 S-2 R T BMП HS4 国别 美国 法国 日本 俄罗斯 中国 密度/(g·cm-3) 2.58 2.46 2.56 2.49 2.58 2.53 拉伸强度/MPa 2 400 3 700~4 300 >3 400 >3 400 >3 300 3 300~3 800 拉伸模量/GPa 72.0 84.7~86.9 83.8 84.3 95.0 86.4 断裂伸长率/% 4.8 5.7 4.5 4.5 4.0~4.5 5.2 表 1 几种高强玻璃纤维与 E-玻璃纤维性能比较 [4] 刘克杰，朱华兰，彭涛，等. 无机特种纤维介绍（一） 33