玻璃纖維產品的應用

孔 靜

(西安工程大學紡織與材料學院,陜西西安710048)

玻璃纖維產品的應用

孔 靜

(西安工程大學紡織與材料學院,陜西西安710048)

介紹了玻璃纖維的性能,詳述了玻璃纖維產品在居住、環(huán)境、醫(yī)療、交通領域的應用,以及我國玻璃纖維的發(fā)展現狀。

玻璃纖維;性能;應用;現狀

1 玻璃纖維性能

玻璃纖維一般從其原料成分、單絲直徑、纖維外觀及纖維特性進行分類。按照原料的含堿量分為:(1)無堿玻璃纖維(通稱E玻璃),國內目前規(guī)定堿金屬氧化物含量不大于0.5%,國外一般為1%左右;(2)中堿玻璃纖維,堿金屬氧化物含量為11.5%～12.5%;(3)特種玻璃纖維,如由純鎂鋁硅三元組成的高強玻璃纖維(鎂鋁硅系高強、高彈玻璃纖維),硅鋁鈣鎂系耐化學介質腐蝕玻璃纖維,含鉛纖維,高硅氧纖維,石英纖維等[]。

玻璃纖維的物理化學性能主要表現在以下幾個方面:密度高于有機纖維,但低于金屬纖維;拉伸強度較高,相同重量下其斷裂強度比鋼絲高2～4倍;伸長率最大為3%,不會隨環(huán)境溫度的變化而變形;硬度較高約為錦綸的15倍,但因其固有的脆性,構成了突出的低彎曲阻抗性,在紡紗過程中彎曲易折斷[2]。

玻璃纖維是一種無機纖維,本身不會燃燒且具有很好的耐熱性;對腐蝕性化學品如酸和堿有很好的阻抗作用;具有高比電阻和較低的介電常數。玻璃纖維具有防腐、耐老化、防霉、抗紫外線等性能。玻璃纖維在性能方面的缺陷主要有脆性大,耐磨性差,柔軟性差,不耐彎曲;纖維斷落的纖維頭觸及人體會使皮膚發(fā)紅發(fā)癢。此外,玻璃纖維吸濕性差,染色困難,制造成本較高。

2 玻璃纖維產品的應用

2.1 在居住環(huán)境中的應用

玻璃纖維經加工處理可作為增強質來改善織物效果和手感,經涂覆處理可與建筑涂料有較好的相容性。因此在居住建筑工程方面已經獲得了較廣泛應用,具有很大的發(fā)展空間。

玻璃纖維用作防水基質,在美國其用量占總防水基材的60%以上,占纖維總量的30%還多;在我國目前玻璃纖維防水基質用量還很低。作為輔助增強材料用途,如在建筑工程內外墻體中使用的玻璃纖維網布貼面,以及用于塊狀建筑接縫處等輔助增強環(huán)節(jié)。玻璃纖維棉氈、棉板作為保溫絕熱材料可用在建筑圍護結構中。我國每年在建筑方面的能耗約為2.5億t標準煤,每平方米建筑面積平均能耗為美國的4～8倍。玻璃纖維氈也是很好的吸聲材料,可用于室內吸聲降噪,在建筑中做吸聲吊頂和吸聲墻面,絕熱、裝飾結合使用。選擇合適的玻璃纖維成分、結構狀態(tài)和處理方式,可用作增強水泥、石膏等膠凝材料生產非承重板材和裝飾物。玻璃纖維織物經處理作為室內裝飾材料具有防火、可洗、不腐、有織物感、美觀的特點,與各種墻面和涂料有較好的相容性,便于施工和更新。

作為土木建筑工程增強材料主要有四個方面:一是將玻璃纖維加工成格柵并經瀝青處理,用于軟路基等級公路的瀝青混凝土路面增強防裂;二是玻璃纖維和樹脂一起加工成筋材代替鋼筋,主要用在沿海防鹽氣腐蝕和需避免電磁干擾的結構中以增強混凝土;三是用于建筑物和橋梁等構筑物的鋼筋混凝土裂縫補強基材;四是用于將玻璃纖維作為增強介質摻入水泥土中,利用玻璃纖維材料高強度、低延伸率的特點改善水泥土受力性能較弱的問題[3]。

由于玻璃纖維有電絕緣性,因此在電工絕緣領域應用廣泛,其主要制品有絕緣浸漬制品,玻璃纖維增強塑料層壓制品,玻璃纖維塑料,云母制品,絕緣粘帶、合成制品、電磁線等。

此外,根據E玻纖優(yōu)良的電絕緣性和耐熱性,玻璃纖維可用于制造風力發(fā)電的飛輪;將玻璃纖維與凱夫拉纖維復合制造風力發(fā)電的飛輪,可用于風力、太陽能發(fā)電,汽車供能、不間斷電源、低空軌道衛(wèi)星儲能等眾多方面[4-5]。

2.2 在環(huán)境領域的應用

在大氣、地理環(huán)境領域中,玻璃纖維作為過濾材料,特別是在高溫氣體過濾方面具有重要作用[6]。玻璃纖維作為過濾材料具有獨特的性能,其強力、韌性和耐化學腐蝕性好,化學性能穩(wěn)定,不吸濕,不膨脹,可耐260℃高溫,熱穩(wěn)定性好,在高溫條件下過濾效果好,無火災危險[7]。以紙、機織物、氈(蓬松氈、棉氈、針刺氈等)及覆膜為主要形態(tài),氈層纖維成三維微孔結構,空隙率高對空氣阻力較小,除塵效率超過織物濾料可達99.9%,而且過濾速度比織物濾料高一倍左右。主要用于含量不同的污染物和要求凈化的氣體過濾,目前已大批量用于炭黑化工、鋼鐵冶金、燃煤鍋爐、耐火材料、水泥建材及焚燒煙氣的除塵凈化[8]。同時也用于人防工程,防毒工具、車輛空調的空氣過濾和超凈化室的空氣處理,可使過濾兼有殺菌、除異味效果?；诓ＡЮw維制品的化學穩(wěn)定性和過濾效果比較好,其中超細玻璃纖維還被用于生產系列實驗室用精品過濾器。在地理環(huán)境中玻璃纖維與有機纖維材料結合,加工成土工材料用于防止水土流失,以及作為無土栽培的載體。

2.3 在醫(yī)療領域的應用

玻璃纖維在生物醫(yī)學領域的應用主要有:(1)用傳光、傳像來對人體器官進行內窺檢查和輔助治療,包括刺激穴位、止血、切開組織、灼燒病變組織等;運用光纖針對血液進行光照射以稀釋血液,牙科材料用于固化補牙等。(2)玻璃纖維紙基于其化學穩(wěn)定性和抗菌性,可用作試劑載體與專用試劑一起做成試條用于檢查,如血液組分檢查等;用作過濾血液的玻纖濾膜對白細胞有著很強的吸附性和捕獲能力,可從血液中濾除白細胞組分,或用于分離血漿;還可在人體血液、液體、尿液的檢驗專用儀器中使用。(3)作為矯形和修復材料,玻璃纖維編織成具有延伸性的帶并浸漬專用樹脂當作繃帶,纏在傷處固定骨肢,可克服敷石膏的麻煩和副作用。玻璃纖維復合材料人造骨也在積極開發(fā)中,一些無毒不會引起炎性反應又具有骨生物活性的復合材料已對動物進行實驗,證明了玻璃纖維復合材料的生物相容性,與原骨之間的結合強度比不銹鋼還高。生物醫(yī)學研究用的器材和生活衛(wèi)生用品也有特種玻璃纖維的應用[9]。

2.4 在交通領域的應用

由于玻璃纖維的比強度較高,因此被廣泛用做航天航空、汽車、船舶等交通工具的殼體,以代替金屬、木材等減輕重量,減少驅動力,獲得高速和較高的使用壽命。在航空航天領域高性能玻纖復合材料,鋁合金、鋼和鈦合金三大材料已成為支撐航空航天事業(yè)發(fā)展的基石。在航空領域主要應用在內外側副翼、方向舵和擾流板以減輕飛機質量,節(jié)約資源。在航天領域高性能玻纖復合材料作為主承力結構材料應用,如在運載火箭和航天器上用纖維纏繞工藝制造的纖維/環(huán)氧復合材料固體發(fā)動機殼具有耐腐蝕、耐高溫、耐輻射、阻燃、抗老化的性能。航天器上采用了大量的防熱材料纖維、高硅氧增強酚醛樹脂[10]。

3 我國玻璃纖維發(fā)展現狀

目前國內玻纖企業(yè)由于資金問題和技術發(fā)展不成熟,在玻璃纖維的研究開發(fā)、產品創(chuàng)新等方面與發(fā)達國家相比還存在一定差距,在國際市場上缺乏競爭力[11]。因此國內企業(yè)應將生產轉向玻璃纖維深度和廣度的拓展,爭取在短時間內提高產品的技術含量,調整產品結構和品種數量,生產玻璃纖維前沿產品,縮短和發(fā)達國家之間的技術差距,滿足國內市場和經濟發(fā)展對玻璃纖維質量和數量的新需求[12]。

[1]劉新年,張紅林,賀 禎,等.玻璃纖維新的應用領域及發(fā)展[J].陜西科技大學學報(自然科學版),2009,(5):169-171,180.

[2]姜肇中.玻璃纖維應用技術[M].北京:中國石化出版社, 2004.

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[4]張建誠,陳志業(yè),楊以涵.飛輪儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用[J].電力情報,1997,(3):6-9.

[5]戴興建,李奕良,于 涵.高儲能密度飛輪結構設計方法[J].清華大學學報(自然科學版),2008,(3):379-382.

[6]姜肇中.努力開發(fā)玻璃纖維應用新局面[J].新材料產業(yè), 2009,(3):55-59.

[7]楊朝坤,趙 謙,蔣 云,等.纖維過濾材料技術與應用[J].棉紡織技術,2009,(9):1-4.

[8]王小兵,朱 平.玻璃纖維過濾材料在冶金、水泥、化工等行業(yè)中的應用[J].產業(yè)用紡織品,2001,(9):29-32,43.

[9]葉鼎銓.玻璃纖維的生物醫(yī)學應用[J].玻璃纖維,2003, (2):9-13,16.

[10]杜善義.先進復合材料與航空航天[J].復合材料學報, 2007,(1):1-12.

[11]張耀明.中國玻璃纖維工業(yè)回顧與展望[J].吉林建材, 2004,(2):41-49.

[12]李 鋮.玻纖工業(yè)的發(fā)展現狀及發(fā)展前景[J].建材發(fā)展導向,2003,(6):43-46.

Application of Glass Fiber Products

KONG Jing
(School of Textile&Materials,Xi'an Polytechnic University,Xi'an 710048,China)

The properties of glass fiber were introduced.The application of glass fiber products in residential,environmental, medical and transportation and development status of China's glass fiber were detailed.

glss fiber;performance;application;development status

TQ171.77

:A

:1673-0356(2015)03-0013-02

2015-04-01

孔 靜(1988-),女,碩士研究生,主要研究方向為紡織新材料、新工藝、新技術、新產品開發(fā)應用,E-mail:990383441@qq.com。