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玻璃纤维具有优异的性能并在多领域得到广泛应用,是一种可代替金属的无机非金属材料。因其良好的发展前景,各大玻璃纤维企业都着力于玻璃纤维的高性能化、工艺优化研究。
玻璃纤维是一种可代替金属且性能优异的无机非金属材料,其制备是通过外力的作用把熔融状态的玻璃拉丝成纤维状,具有高强度、高模量和低延伸率的特点,优良的耐热性和压缩性,热膨胀系数大、高熔点,其软化温度可达550~750℃,化学稳定性好,不易燃烧,具备一定的耐腐蚀性等优良特性,在很多领域已广泛应用。
玻璃纤维的熔点为680℃,沸点为1000℃,密度为2.4~2.7g/cm3。抗拉强度在标准状态下是6.3~6.9g/d,湿润状态5.4~5.8g/d。玻璃纤维的耐热性好,同时是绝缘性良好的高级绝缘材料,适用于生产绝热防火材料。
生产玻璃纤维用的玻璃与其它玻璃制品的玻璃不同[2]。生产玻璃纤维用的玻璃所含成分如下:
(1)E-玻璃,又称无碱玻璃,属硼硅酸盐玻璃。在目前生产玻璃纤维用的材料中,无碱玻璃的应用最多。无碱玻璃具有良好的绝缘性和机械性能,主要用来生产绝缘玻璃纤维和高强度玻璃纤维,但是无碱玻璃不耐无机酸腐蚀,所以不适合在酸性环境中使用。
(2)C-玻璃,又称中碱玻璃。与无碱玻璃相比,有较好的耐化学性,电气、机械性能差。在中碱玻璃中添加三氯化二硼可生产玻璃纤维表面毡,具有耐腐蚀的特性。不含硼的中碱玻璃纤维主要用于生产过滤织物与包扎织物。
(3)高强玻璃纤维,顾名思义,高强玻璃纤维具有高强度高模量的特性。其纤维抗拉强度为2800MPa,高于无碱玻纤抗拉强度25%左右,弹性模量为86000MPa,高于E-玻璃纤维。高强玻璃纤维的产量不高,加上其高强度高模量的特性,所以一般用于军工、航空航天及运动器械等领域,其他领域应用并不广泛。
(4)AR玻璃纤维,又称耐碱玻璃纤维,是一种无机纤维。耐碱玻璃纤维耐碱性好,可抗高碱物质的腐蚀。具有极高的弹性模量以及抗冲击、抗拉、抗弯强度,同时还具有不燃、抗冻、耐温湿变化能力强,抗裂、抗渗性能好,可塑性强,易成型的特性,是玻璃纤维增强混凝土的肋筋材料。
玻璃纤维的制造过程一般是先将原料进行熔融,之后进行纤化处理,如果要制成玻璃纤维球或者纤维棒的形状,则不能直接进行纤化处理。玻璃纤维的纤化工艺有三种:
拉丝法:主要方法为长丝喷嘴拉丝法,其次为玻璃棒拉丝法和熔体滴拉丝法;
离心法:转鼓离心法、阶梯离心法和水平瓷盘离心法;
吹喷法:吹喷法和喷嘴吹喷法。
以上几种工艺也可以联合使用,如拉丝—吹喷法等。后加工在经过纤化之后进行。纺织玻璃纤维的后加工分为以下两大步骤[4]:
(1)在生产玻璃纤维过程中,卷绕前合并在一起的玻璃长丝要进行上浆处理,在收集与孔眼转鼓前要用润滑剂对短纤维进行喷洒。
(2)进一步加工,根据玻璃短纤维和玻璃短纤维粗纱的情况不同,有如下步骤:
①玻璃短纤维加工步骤:
②玻璃短纤维粗纱加工步骤:
[1]丁玲.中小型LNG运输船液货罐设计技术[D].大连:大连理工大学硕士论文,2009.
[2]曾爱平.耐碱玻璃纤维性能的实验研究[D].南昌:南昌大学,2006
[3]王力敏.浅谈玻璃纤维物理性能在生产中的重要作用[J[.河北煤炭,2007(5):53-54.
[4]崔毅华,陈纪明,黄立新.池窑法制玻璃纤维及在电子工业中应用[J[.纺织学报,2002,23(3):63-64.