玻璃纤维制备及其性能分析-

朱敏科,储培根,韩涛,李军,马俊杰

摘要：玻璃纤维具有很好的耐高温性质，在耐腐蚀以及强度方面也占有优势，由于其具备很好的优势，所以被广泛应用在了航天航空以及建筑等领域中，在很多领域中，该种物质都是比较重要的材质，但是我国的玻璃纤维生产技术在高性能玻璃纤维的开发上还处在较低的水平，因此，对玻璃纤维的生产和存在的问题进行了分析。

关键词：玻璃纤维；制备；性能

引言

由于我国的玻璃纤维生产起步较晚，工艺水平较低，在玻璃纤维的生产工艺与发达国家相比仍有很大的差距，然而国内的玻璃纤维生产已成为世界上最大的市场。

1玻璃纤维的性能

1.1玻璃纤维概念

玻璃纤维是一种具有优良特性的无机非金属材料，该种材料的种类是非常多的，在具体应用过程中具有很好的绝缘性以及耐热性，在强度以及抗腐蚀性方面也占有优势，但是在具体应用过程中也存在着一定的缺点，这种材料比较脆，并且不具有较好的耐磨性。石英砂以及石灰石等是该种材料的原料，把各种材料经过高温溶质以及拉丝的各项工艺，也就能够形成玻璃纤维，它的单丝直径在几十微米到二十多微米之间，约等于一根头发的十分之一到五分之一，而每一束的纤维则是由几百条乃至数千条的单丝构成。玻璃纤维广泛用于制造复合材料、电绝缘、隔热、电路板等各种国民经济领域。

1.2玻璃纤维的分类及性能

玻璃纤维中包含了氧化钙以及氧化铝等多种物质，因此它的特性是由各种材料组合而成，具有很大的优越性。根据玻璃中的碱金属的含量不同，可以分为不同程度的碱类的金属。高碱玻璃纤维材料中含有比较高的碱性氧化物，在具体应用过程中不具有较好的耐水性，在强度以及耐碱性等方面，也存在一定的缺点。中碱玻璃纤维材料的碱性氧化物也是比较多的，虽然不能用于绝缘，但它的强度和化学稳定性都很高，在对电性要求不高的玻璃钢加固材料上，它的优点是显而易见的，各种材料在具体应用过程中可以制作乳胶布以及窗纱等，与此同时还可以作为酸性过滤布的材料。无碱玻璃纤维是目前最常用的一种纤维，它的碱含量不会超过2%，它是目前最常用的一种纤维材料，它的力学性能和绝缘性都很好，它是玻璃钢的主要原料，也是制造玻璃纤维的重要原料，但由于它很容易被酸性物质腐蚀，不适合在酸性环境下使用，这一点要特别注意。

2玻璃纤维的制备

2.1生产用原料要求

在特定的生产中，玻璃纤维主要使用石灰石，硼酸以及氧化铝等多种物质，在制造过程中，可以采用以下两种方法：一是采用熔融玻璃作为原料；第二，将玻璃制成一种直径比较小的玻璃球或棒子，在高温下进行加热，再进行熔化，形成直径3~80微米的光纤。

2.2生产工艺流程

在生产过程中，玻璃纤维的主要加工方式有两种：一次成形-坩埚拉伸，一次成形-池窑拉丝。坩埚拉丝工艺的步骤很多，耗时也很长，首先是将玻璃原料在高温下加工成球状，然后进行二次熔炼，再通过高速拉伸成型，该种生产工艺流程会有很高的能耗，并且整体的工艺稳定性是比较差的，不具有较高的生产效率，现在在工业生产中，基本上都被淘汰了，不能再用了。池窑拉丝工艺是按照产品的需要，如果物料不同，可以根据实际情况进行精确的计算和混合，与此同时还要做好测量工作，然后放入烧窑中，在高温下加热，熔化成玻璃液，当玻璃液从漏板的孔洞中流出，再由拉丝机将其拉成原丝。通过对原丝进行整理以及处理等各项工序，就能够生产玻璃纤维，这种工艺在应用过程中有比较少的工序，整体的稳定性比较好，生产效率能够有大幅度的提高，并且能够实现自动化的大规模生产，是当今广泛使用的一种玻璃纤维生产工艺，在玻纤工业中的发展起到了举足轻重的作用。

3存在问题

3.1玻璃析晶问题

高强玻璃在制作过程中，需要使用二氧化硅以及氧化铝等多种材料，这种材料在制作完成之后会有很高的强度，在此过程中结晶的上限温度也比较高，而且，在生产过程中，晶体很可能会出现结晶现象，从而导致生产中断。目前在生产中，由于原料中的杂质比较多，所以在加热这一环节中，玻璃的结晶温度会在很长的一段时间内出现持续上升的情况，在此过程，如果温度达不到要求，很可能会造成漏口和结晶，从而影响生产。

3.2原丝线密度变化大

高强度拉伸工艺主要采用人工加料，每次加料1.5公斤，可适当提高，使其表面起伏大，静压力变化大，在电容型代铂炉中，加入了大量的冷玻璃，使得电源线的分布发生了很大的改变，焦点会向下移动，从而使得玻璃液体的温度升高。粘度比较小，流速也会相应提高，原丝密度也会提高。二者结合后，极易使原丝密度发生较大的改变。解决方案主要有两种：第一种是采用自动加球，各种解决方案，目前已经在加工和调试等过程中得到了很好的应用，并在200个孔以上的应用中取得了很好的效果。二是采用漏板恒温控制代替恒压控制，这样可以提前进入漏嘴区，有效地控制玻璃液体的温度，使玻璃液体的流速达到更均匀的要求，使线密度保持在一个稳定的水平。

3.3高强玻璃和纤维在成形过程中具有比较大的能耗

根据现有生产资料的统计分析，高强度玻璃消耗功率在6 kW/kg左右，原丝在8 kW/kg左右，大大超过不含碱球（2.75 kW/kg）及原丝的消耗。高强度玻纤生产成本很难降低，电力消耗大，具体而言，可以采用以下的方法来解决：(1)200孔工艺的持续研究与应用，从而有效地减少了生产中的能源消耗。(2)采用SiO2、Al2O3状态的物质，例如采用叶腊石替代单质，或采用氧化铝粉末作为玻璃材料的混合，从而提高熔窑玻璃的熔融性能。(3)对无水冷钼电极的保护技术进行了研究。(4)开发和应用新的耐火材料，既可以保证玻璃的质量，又可以保证纤维的强度，又可以将冷却的砖块和水袋分离出来，这样就不会有任何的浪费。(5)提高熔炉的生产能力，减少玻璃生产过程中的能源消耗，减少操作费用。

结束语       

综上所述，玻璃纤维目前在很多领域中都得到了广泛的应用，各种材料属于比较重要的工业原料，在生产过程中具有比较高的技术含量，整体的生产效率也是比较高的，该产品的特点和优势都是比较明显的，所以应用范围和适用范围都比较广泛，该种材料的生产以及工艺的应用，也能够体现出我国工业生产的水平。我国玻纤行业从20世纪50年代起步，历经数十年的发展，玻璃钢的生产工艺和应用领域得到了极大的发展，但仍然存在着巨大的差距。在今后的发展中，我们将继续致力于玻璃纤维的开发与应用，以提升玻璃纤维的生产技术，从而推动生产力的提升，从而为当今世界各产业的发展做出积极贡献。

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