劉 凱 王兵兵

河北省沙河玻璃技術(shù)研究院

玻璃纖維及其復(fù)合材料的應(yīng)用進(jìn)展

劉 凱 王兵兵

河北省沙河玻璃技術(shù)研究院

玻璃纖維是一種可代替金屬且性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，其制備是通過(guò)外力的作用把熔融狀態(tài)的玻璃拉絲成纖維狀，具有高強(qiáng)度、高模量和低延伸率的特點(diǎn)，優(yōu)良的耐熱性和壓縮性，熱膨脹系數(shù)大、高熔點(diǎn)，其軟化溫度可達(dá)550～750℃，化學(xué)穩(wěn)定性好，不易燃燒，具備一定的耐腐蝕性等優(yōu)良特性，在很多領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用?；诖?，本文將著重分析探討玻璃纖維及其復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

玻璃纖維；性能；應(yīng)用

1、玻璃纖維的性能

玻璃纖維是一種人造無(wú)機(jī)非金屬纖維，具備強(qiáng)度好﹑尺寸穩(wěn)定，耐溫﹑耐腐蝕等優(yōu)異性能，且主要原材料資源量很大，目前已能工業(yè)化生產(chǎn)，價(jià)格也比其他一些無(wú)機(jī)和有機(jī)纖維低，目前已大量應(yīng)用于大氣環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，已廣泛應(yīng)用于炭黑﹑水泥﹑冶金﹑火電以及垃圾焚燒等煙氣除塵凈化，是目前性價(jià)比最優(yōu)的高溫過(guò)濾材料。(見表1)

表1中的纖維均可應(yīng)用于高溫工業(yè)煙氣除塵過(guò)濾，由于它們之間性能存在差異，且有些性能差異較大，所以不同除塵領(lǐng)域﹑不同煙氣工況應(yīng)選用不同濾料。選擇濾料主要應(yīng)考慮的因素為：煙氣溫度高低﹑煙氣酸堿腐蝕性﹑煙氣含塵量大小及顆粒度，以及煙氣中O2含量等。例如：對(duì)于煙氣溫度260℃～300℃，就應(yīng)選擇GF和PTFE而不能選擇PPS(因?yàn)槠湟装l(fā)生高溫降解﹑纖維變脆﹑強(qiáng)度下降)﹑Nomex和P84；對(duì)于含堿性煙氣，不能選擇耐堿性能差的P84和玻纖；對(duì)于高濕煙氣不宜選用P84和Nomex，因?yàn)檫@2種材料不耐水，在高溫高濕下易發(fā)生水解，產(chǎn)生分子鏈斷裂，強(qiáng)度下降；對(duì)于煙氣中含O2＞15%就不能選用耐氧化性能差的PPS，其在高氧氣含量下易發(fā)生氧化，強(qiáng)度下降，變色﹑變硬發(fā)脆。選擇工業(yè)煙氣除塵濾料，還應(yīng)考慮其性價(jià)比，PPS﹑PTFE過(guò)濾性能好，但價(jià)格較高，例如進(jìn)口PTFE纖維價(jià)格高達(dá)數(shù)十萬(wàn)元/t，國(guó)產(chǎn)PTFE纖維也要10萬(wàn)元/t。而GF雖然某些過(guò)濾性能(如耐磨耐折)不如PTFE，但其價(jià)格遠(yuǎn)低于PTFE，而且PTFE強(qiáng)度低，尺寸穩(wěn)定性差，難以單獨(dú)使用。

2、玻璃纖維及其復(fù)合材料的應(yīng)用

2.1 電子電器領(lǐng)域

近年來(lái)國(guó)家對(duì)電子行業(yè)大力扶持，電子工業(yè)和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，印制電路板工業(yè)得到了極大地刺激，而無(wú)堿玻璃纖維由于其優(yōu)異的電絕緣性，帶動(dòng)了其電子級(jí)玻璃纖維布產(chǎn)品的發(fā)展。

2.2 汽車工業(yè)領(lǐng)域

在汽車行業(yè)，市場(chǎng)逐漸向輕量﹑節(jié)能﹑環(huán)保方向發(fā)展，這就對(duì)汽車材料提出了更高的要求，復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)也逐漸得到了體現(xiàn)，汽車行業(yè)對(duì)玻璃纖維復(fù)合材料的需求也正在逐漸加大。各個(gè)玻璃纖維生產(chǎn)廠家也在不斷的推出各種玻璃纖維產(chǎn)品。目前，汽車上應(yīng)用的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包括：玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性材料﹑片狀模塑材料(SMC)﹑樹脂傳遞模塑材料(R TM)﹑玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性材料(GMT)以及手糊F R P制品。

2.3 航空航天領(lǐng)域

1)高性能玻璃纖維及其增強(qiáng)復(fù)合材料由于其良好的力學(xué)性能﹑耐腐蝕性和透波介電性等，被應(yīng)用于直升飛機(jī)的漿葉﹑方向舵﹑雷達(dá)罩﹑各類儀表盤﹑飛機(jī)的內(nèi)飾材料﹑熱防護(hù)材料及固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等。如在空中客機(jī)A 380上，S－2玻璃纖維增強(qiáng)GLARE層板應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)身﹑地板等部位。還可作為阻尼減振材料﹑隔音材料用于飛機(jī)消音板和飛機(jī)座艙﹑高溫管道等。2)超細(xì)玻璃纖維是一種單絲公稱直徑為3.5～4μ m的玻璃纖維，具有高的拉伸強(qiáng)度﹑良好的柔軟性和耐折性，可制作宇航服的反射絕緣層和外防火層等。

2.4 軍事領(lǐng)域

玻璃纖維及其復(fù)合材料可用于導(dǎo)彈的外殼或其發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體；可制成導(dǎo)彈彈翼筒和炮彈引信等，也可制成玻璃鋼頭盔；還可用于制造排爆套服等軍用物件。例如導(dǎo)彈“民兵”的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體應(yīng)用S玻璃纖維，軍事飛行器的雷達(dá)罩應(yīng)用石英玻璃纖維，軍用帳篷應(yīng)用超細(xì)玻璃纖維等；另外，還可作為防彈防爆裝甲材料和護(hù)甲。

2.5 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

玻璃纖維復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)方向也受到了很大的關(guān)注。被用于生物醫(yī)學(xué)方面的有：骨外科固定器材(夾板﹑繃帶﹑矯形支具等)﹑牙科器材﹑醫(yī)用光導(dǎo)纖維(內(nèi)窺鏡﹑醫(yī)用光纖傳感器﹑全自動(dòng)生化分析儀﹑光學(xué)相干斷層掃描技術(shù))﹑濾材(血液過(guò)濾器﹑醫(yī)療用過(guò)濾器﹑呼吸過(guò)濾器等)﹑醫(yī)學(xué)照明﹑急救器材(止血繃帶)﹑介入醫(yī)療用導(dǎo)絲﹑大型醫(yī)療器械外殼(CT外殼﹑GX R外殼﹑M R I外殼﹑PETCT外殼等)﹑骨移植物(骨內(nèi)固定復(fù)合材料﹑骨缺損修復(fù)復(fù)合材料﹑骨組織工程支架復(fù)合材料﹑藥物緩釋載體)等。

2.6 環(huán)境領(lǐng)域

1)玻璃纖維過(guò)濾材料主要有連續(xù)玻璃纖維過(guò)濾布﹑膨體紗玻璃纖維濾料﹑針刺氈玻璃纖維濾料和玻璃纖維覆膜過(guò)濾材料。連續(xù)玻璃纖維過(guò)濾布用于工業(yè)捕集過(guò)濾工業(yè)煙氣粉塵；膨體紗玻璃纖維濾料用于濾式除塵器；針刺氈玻纖濾料應(yīng)用于化工﹑冶金等工業(yè)的煙氣過(guò)濾；玻璃纖維覆膜過(guò)濾材料應(yīng)用于高溫?zé)煔獬龎m。2)玻璃纖維和有機(jī)纖維材料復(fù)合可形成用于防止水土流失的土工材料；將玻璃纖維噴灑在地上會(huì)形成彈性多孔氈，可以保護(hù)剛播種的農(nóng)田免遭沖刷；玻璃棉氈可作為載體用于無(wú)土栽培；玻璃纖維與其他材料復(fù)合可用于處理固體廢棄物；將玻璃纖維負(fù)載WO﹑V 2 O 3等用于垃圾焚燒過(guò)程除去廢氣中的氮氧化物。

總而言之，玻璃纖維具有優(yōu)異的性能并在多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，是一種可代替金屬的無(wú)機(jī)非金屬材料。因其良好的發(fā)展前景，各大玻璃纖維企業(yè)都著力于玻璃纖維的高性能化﹑工藝優(yōu)化研究。

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