玻璃纖維及其復合材料的應用進展

劉 凱 王兵兵

河北省沙河玻璃技術研究院

玻璃纖維及其復合材料的應用進展

劉 凱 王兵兵

河北省沙河玻璃技術研究院

玻璃纖維是一種可代替金屬且性能優異的無機非金屬材料，其制備是通過外力的作用把熔融狀態的玻璃拉絲成纖維狀，具有高強度、高模量和低延伸率的特點，優良的耐熱性和壓縮性，熱膨脹系數大、高熔點，其軟化溫度可達550～750℃，化學穩定性好，不易燃燒，具備一定的耐腐蝕性等優良特性，在很多領域已廣泛應用?；诖耍疚膶⒅胤治鎏接懖ＡЮw維及其復合材料的應用發展，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

玻璃纖維；性能；應用

1、玻璃纖維的性能

玻璃纖維是一種人造無機非金屬纖維，具備強度好﹑尺寸穩定，耐溫﹑耐腐蝕等優異性能，且主要原材料資源量很大，目前已能工業化生產，價格也比其他一些無機和有機纖維低，目前已大量應用于大氣環境保護領域，已廣泛應用于炭黑﹑水泥﹑冶金﹑火電以及垃圾焚燒等煙氣除塵凈化，是目前性價比最優的高溫過濾材料。(見表1)

表1中的纖維均可應用于高溫工業煙氣除塵過濾，由于它們之間性能存在差異，且有些性能差異較大，所以不同除塵領域﹑不同煙氣工況應選用不同濾料。選擇濾料主要應考慮的因素為：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：對于煙氣溫度260℃～300℃，就應選擇GF和PTFE而不能選擇PPS(因為其易發生高溫降解﹑纖維變脆﹑強度下降)﹑Nomex和P84；對于含堿性煙氣，不能選擇耐堿性能差的P84和玻纖；對于高濕煙氣不宜選用P84和Nomex，因為這2種材料不耐水，在高溫高濕下易發生水解，產生分子鏈斷裂，強度下降；對于煙氣中含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生氧化，強度下降，變色﹑變硬發脆。選擇工業煙氣除塵濾料，還應考慮其性價比，PPS﹑PTFE過濾性能好，但價格較高，例如進口PTFE纖維價格高達數十萬元/t，國產PTFE纖維也要10萬元/t。而GF雖然某些過濾性能(如耐磨耐折)不如PTFE，但其價格遠低于PTFE，而且PTFE強度低，尺寸穩定性差，難以單獨使用。

2、玻璃纖維及其復合材料的應用

2.1 電子電器領域

近年來國家對電子行業大力扶持，電子工業和數字網絡技術不斷發展，印制電路板工業得到了極大地刺激，而無堿玻璃纖維由于其優異的電絕緣性，帶動了其電子級玻璃纖維布產品的發展。

2.2 汽車工業領域

在汽車行業，市場逐漸向輕量﹑節能﹑環保方向發展，這就對汽車材料提出了更高的要求，復合材料的優勢也逐漸得到了體現，汽車行業對玻璃纖維復合材料的需求也正在逐漸加大。各個玻璃纖維生產廠家也在不斷的推出各種玻璃纖維產品。目前，汽車上應用的玻璃纖維增強復合材料包括：玻璃纖維增強熱塑性材料﹑片狀模塑材料(SMC)﹑樹脂傳遞模塑材料(R TM)﹑玻璃纖維氈增強熱塑性材料(GMT)以及手糊F R P制品。

2.3 航空航天領域

1)高性能玻璃纖維及其增強復合材料由于其良好的力學性能﹑耐腐蝕性和透波介電性等，被應用于直升飛機的漿葉﹑方向舵﹑雷達罩﹑各類儀表盤﹑飛機的內飾材料﹑熱防護材料及固體發動機殼體等。如在空中客機A 380上，S－2玻璃纖維增強GLARE層板應用于飛機機身﹑地板等部位。還可作為阻尼減振材料﹑隔音材料用于飛機消音板和飛機座艙﹑高溫管道等。2)超細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 軍事領域

玻璃纖維及其復合材料可用于導彈的外殼或其發動機的殼體；可制成導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。例如導彈“民兵”的發動機殼體應用S玻璃纖維，軍事飛行器的雷達罩應用石英玻璃纖維，軍用帳篷應用超細玻璃纖維等；另外，還可作為防彈防爆裝甲材料和護甲。

2.5 生物醫學領域

玻璃纖維復合材料在生物醫學方向也受到了很大的關注。被用于生物醫學方面的有：骨外科固定器材(夾板﹑繃帶﹑矯形支具等)﹑牙科器材﹑醫用光導纖維(內窺鏡﹑醫用光纖傳感器﹑全自動生化分析儀﹑光學相干斷層掃描技術)﹑濾材(血液過濾器﹑醫療用過濾器﹑呼吸過濾器等)﹑醫學照明﹑急救器材(止血繃帶)﹑介入醫療用導絲﹑大型醫療器械外殼(CT外殼﹑GX R外殼﹑M R I外殼﹑PETCT外殼等)﹑骨移植物(骨內固定復合材料﹑骨缺損修復復合材料﹑骨組織工程支架復合材料﹑藥物緩釋載體)等。

2.6 環境領域

1)玻璃纖維過濾材料主要有連續玻璃纖維過濾布﹑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濾材料。連續玻璃纖維過濾布用于工業捕集過濾工業煙氣粉塵；膨體紗玻璃纖維濾料用于濾式除塵器；針刺氈玻纖濾料應用于化工﹑冶金等工業的煙氣過濾；玻璃纖維覆膜過濾材料應用于高溫煙氣除塵。2)玻璃纖維和有機纖維材料復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形成彈性多孔氈，可以保護剛播種的農田免遭沖刷；玻璃棉氈可作為載體用于無土栽培；玻璃纖維與其他材料復合可用于處理固體廢棄物；將玻璃纖維負載WO﹑V 2 O 3等用于垃圾焚燒過程除去廢氣中的氮氧化物。

總而言之，玻璃纖維具有優異的性能并在多領域得到廣泛應用，是一種可代替金屬的無機非金屬材料。因其良好的發展前景，各大玻璃纖維企業都著力于玻璃纖維的高性能化﹑工藝優化研究。

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