玻璃纤维(见图)是性能优异的无机非金属材料。玻璃纤维的基本成分为氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化硼及其他氧化物。不同种类的玻璃纤维成分各异。按成分及性能可分为无碱玻璃纤维(碱含量0~2%)、中碱玻璃纤维(碱含量8%~12%)、高碱玻璃纤维(碱含量高于13%)和特种玻璃纤维(高强高弹、耐碱、耐辐照电绝缘、高硅氧、镀金属和空心纤维等)4类;按形态可分为连续玻璃纤维、定长玻璃纤维及玻璃棉。生产玻璃纤维的玻璃与其他玻璃制品的玻璃不同,常用的有碱玻璃(A玻璃)、耐化学中碱玻璃(C玻璃)、低介电玻璃(D玻璃)、无碱电绝缘玻璃(E玻璃)、高强玻璃(S玻璃)、含钻玻璃(L玻璃)、高弹性模量玻璃(M玻璃)等。
玻璃纤维
玻璃纤维产生于20世纪30年代末,1958~1959年,玻璃纤维池窑拉丝工艺为玻璃纤维的规模化、现代化生产创造了条件。中国玻璃纤维工业始于20世纪50年代末。1958年,上海采用陶土质坩埚生产出成束玻璃纤维,标志着中国玻璃纤维的诞生。1964年,南京玻璃纤维研究设计院成立。1971年,上海耀华玻璃厂建成以重油为原料的全火焰中碱拉丝池窑。1997年,中国第一条万吨无碱玻璃纤维池窑拉丝生产线在泰安建成投产。2016年全球玻璃纤维产量达625万吨,中国玻璃纤维产量达362万吨。研发生产玻璃纤维的公司主要有美国PPG公司、日本国日东纺绩株式会社、法国圣戈班集团托特克斯玻纤公司、中国玻璃纤维股份有限公司、山东泰山玻璃纤维有限公司和重庆国际复合材料有限公司等。
玻璃纤维以石英砂、石灰石、白云石、石蜡等为原料,配以纯碱、硼酸等,经熔融态拉制或吹制成的纤维。常用以下两种方法制造:①玻璃球法,根据要求的配方制成玻璃小球,剔除次品,而后送入坩埚中熔融,使熔态玻璃从坩埚底部的许多小孔中流出形成丝束。此后将丝束上油并集束再送到拉丝机卷绕筒上,拉伸而成为玻璃丝。②直接法,即池窑拉丝法。不需要先制成玻璃球,可以直接将各组分按配比同时投入池窑内熔融,熔态玻璃经澄清后通过窑内数十块拉丝板的小孔流出,再按前述处理工序获得玻璃长丝。此外,也可以采用高压蒸汽或压缩空气喷吹刚出喷丝板小孔的玻璃流,将其吹拉成12~38厘米长度的短纤维,即玻璃棉。如从快速旋转的容器四周的小孔中甩出玻璃熔液,则可借离心力使其分散而后凝固为纤维。
玻璃纤维的熔点为680℃,密度为2.4~2.7克/厘米3。抗拉强度在标准状态下是5.56~6.08厘牛/分特,湿润状态为5.4~5.8厘牛/分特。最大伸长率仅为3%,尺寸稳定性极佳,导热系数很小。玻璃纤维质轻,强度高,有良好的耐热性、耐湿性、不燃性、耐化学腐蚀性、抗霉、抗蛀、电绝缘性等特点。广泛用做装饰织物、增强复合材料、电绝缘、绝热、化工过滤、吸音材料、环保工程和建筑材料;还被用来制造高负荷轮胎帘子线和传送带,在火箭技术、宇航服和人造卫星外壳,在生物医学领域用作矫形和修复材料、牙科材料、医用器材等方面也得到广泛的应用。