近幾年,歐美復合材料產需均持續(xù)增長,中國尤其是中國內地的復合材料市場發(fā)展迅速。樹脂與玻璃纖維在技術上不斷進步,生產廠家的制造能力普遍提高,使得玻纖增強復合材料的價格成本已被許多行業(yè)接受。
玻璃纖維是非常好的金屬替代材料,在建筑、船舶、化工管道、汽車、航空、風力發(fā)電等領域有著廣闊的應用前景,并且其應用領域仍在不斷拓展,全球市場空間巨大。
2008年以來,全世界的玻璃纖維企業(yè)對擴產計劃變得更加謹慎,世界玻璃纖維生產能力增長緩慢。2010年,全球連續(xù)玻璃纖維產能為471.5萬噸,預計今年為530萬噸。
《中國玻璃纖維行業(yè)市場規(guī)模與競爭狀況分析報告前瞻》顯示,與全球市場相比,國內市場具備更大的增長潛力。2010年全國玻璃纖維累計產量256萬噸,比上年同期增長近25個百分點,中國玻纖產能占世界的比重為超過50%,且池窯拉絲產量占中國全部玻纖產量的比重已經(jīng)由2002年的44%上升到2010年的80%以上。
前瞻網(wǎng)表示,我國玻璃纖維企業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展,產品質量已處上游水平,深加工產品比例逐年提升。中國玻璃纖維行業(yè)的領先企業(yè)毛利率在25-35%之間,明顯高于國外巨頭10%的毛利率。世界玻璃纖維行業(yè)長期以來一直是寡頭壟斷格局,中國作為新生力量,經(jīng)過近幾年來年均20%以上的產能增速,預計今年將占據(jù)全球60%以上的份額,成為國際玻璃纖維市場上的新寡頭。
玻璃纖維是非常好的金屬材料替代材料,隨著市場經(jīng)濟的迅速發(fā)展,玻璃纖維成為建筑、交通、電子、電氣、化工、冶金、環(huán)境保護、國防等行業(yè)必不可少的原材料。由于在多個領域得到廣泛應用,因此,玻璃纖維日益受到人們的重視。全球玻纖生產消費大國主要是美國、歐洲、日本等發(fā)達國家,其人均玻纖消費量較高。歐洲仍然是玻璃纖維消費的最大地區(qū),用量占全球總用量的35%。
玻璃纖維按形態(tài)和長度,可分為連續(xù)纖維、定長纖維和玻璃棉;按玻璃成分,可分為無堿、耐化學、高堿、中堿、高強度、高彈性模量和耐堿(抗堿)玻璃纖維等。
生產玻璃纖維的主要原料是:石英砂、氧化鋁和葉蠟石、石灰石、白云石、硼酸、純堿、芒硝、螢石等。生產方法大致分兩類:一類是將熔融玻璃直接制成纖維;一類是將熔融玻璃先制成直徑20mm的玻璃球或棒,再以多種方式加熱重熔后制成直徑為3~80μm的甚細纖維。通過鉑合金板以機械拉絲方法拉制的無限長的纖維,稱為連續(xù)玻璃纖維,通稱長纖維。通過輥筒或氣流制成的非連續(xù)纖維,稱為定長玻璃纖維,通稱短纖維。
玻璃纖維按組成、性質和用途,分為不同的級別。按標準級規(guī)定(見表),E級玻璃纖維使用最普遍,廣泛用于電絕緣材料;S級為特殊纖維。
生產玻璃纖維用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。國際上已經(jīng)商品化的纖維用的玻璃成分如下:
E-玻璃
亦稱無堿玻璃,是一種硼硅酸鹽玻璃。目前是應用最廣泛的一種玻璃纖維用玻璃成分,具有良好的電氣絕緣性及機械性能,廣泛用于生產電絕緣用玻璃纖維,也大量用于生產玻璃鋼用玻璃纖維,它的缺點是易被無機酸侵蝕,故不適于用在酸性環(huán)境。
C-玻璃
亦稱中堿玻璃,其特點是耐化學性特別是耐酸性優(yōu)于無堿玻璃,但電氣性能差,機械強度低于無堿玻璃纖維10%~20%,通常國外的中堿玻璃纖維含一定數(shù)量的三氧化二硼,而我國的中堿玻璃纖維則完全不含硼。在國外,中堿玻璃纖維只是用于生產耐腐蝕的玻璃纖維產品,如用于生產玻璃纖維表面氈等,也用于增強瀝青屋面材料,但在我國中堿玻璃纖維占據(jù)玻璃纖維產量的一大半(60%),廣泛用于玻璃鋼的增強以及過濾織物,包扎織物等的生產,因為其價格低于無堿玻璃纖維而有較強的競爭力。
高強玻璃纖維
其特點是高強度、高模量,它的單纖維抗拉強度為2800MPa,比無堿玻纖抗拉強度高25%左右,彈性模量86000MPa,比E-玻璃纖維的強度高。用它們生產的玻璃鋼制品多用于軍工、空間、防彈盔甲及運動器械。但是由于價格昂貴,如今在民用方面還不能得到推廣,全世界產量也就幾千噸左右。
AR玻璃纖維
亦稱耐堿玻璃纖維,耐堿玻璃纖維是玻璃纖維增強(水泥)混凝土(簡稱GRC)的肋筋材料,是100%無機纖維,在非承重的水泥構件中是鋼材和石棉的理想替代品。耐堿玻璃纖維的特點是耐堿性好,能有效抵抗水泥中高堿物質的侵蝕,握裹力強,彈性模量、抗沖擊、抗拉、抗彎強度極高,不燃、抗凍、耐溫度、濕度變化能力強,抗裂、抗?jié)B性能卓越,具有可設計性強,易成型等特點,耐堿玻璃纖維是廣泛應用在高性能增強(水泥)混凝土中的一種新型的綠色環(huán)保型增強材料。
A玻璃
亦稱高堿玻璃,是一種典型的鈉硅酸鹽玻璃,因耐水性很差,很少用于生產玻璃纖維。
E-CR玻璃
是一種改進的無硼無堿玻璃,用于生產耐酸耐水性好的玻璃纖維,其耐水性比無堿玻纖改善7~8倍,耐酸性比中堿玻纖也優(yōu)越不少,是專為地下管道、貯罐等開發(fā)的新品種。
D玻璃
亦稱低介電玻璃,用于生產介電強度好的低介電玻璃纖維。
除了以上的玻璃纖維成分以外,如今還出現(xiàn)一種新的無堿玻璃纖維,它完全不含硼,從而減輕環(huán)境污染,但其電絕緣性能及機械性能都與傳統(tǒng)的E玻璃相似。另外還有一種雙玻璃成分的玻璃纖維,已用在生產玻璃棉中,據(jù)稱在作玻璃鋼增強材料方面也有潛力。此外還有無氟玻璃纖維,是為環(huán)保要求而開發(fā)出來的改進型無堿玻璃纖維。
識別高堿玻璃纖維
檢驗的簡單方法是將纖維放在沸水里而煮6—7h,如果是高堿玻硝纖維,經(jīng)過沸水煮后,經(jīng)向和緯向的纖
維全部變疏松了。
按照不同的標準,玻璃纖維的分類方法很多,一般從長度和直徑、組成和性能兩個角度來劃分。
玻璃纖維生產工藝有兩種:兩次成型-坩堝拉絲法,一次成型-池窯拉絲法。
坩堝拉絲法工藝繁多,先把玻璃原料高溫熔制成玻璃球,然后將玻璃球二次熔化,高速拉絲制成玻璃纖維原絲。這種工藝有能耗高、成型工藝不穩(wěn)定、勞動生產率低等種種弊端,基本被大型玻纖生產廠家淘汰。
池窯拉絲法把葉臘石等原料在窯爐中熔制成玻璃溶液,排除氣泡后經(jīng)通路運送至多孔漏板,高速拉制成玻纖原絲。窯爐可以通過多條通路連接上百個漏板同時生產。這種工藝工序簡單、節(jié)能降耗、成型穩(wěn)定、高效高產,便于大規(guī)模全自動化生產,成為國際主流生產工藝,用該工藝生產的玻璃纖維約占全球產量的90%以上。
測試標準/玻璃纖維 編輯
玻璃纖維的拉伸強度高,伸長小(3%),測試方法標準有:GB/T14338-1993合成短纖維卷曲性試驗方法,GB/T15232-1994紡織玻璃纖維氈拉伸斷裂強力的測定,GB/7689.5玻璃纖維拉伸斷裂強力和斷裂伸長的測定,GBT15232-1994紡織玻璃纖維氈拉伸斷裂強力的測定,GB/T7689.5-2001|增強材料機織物試驗方法第5部分:玻璃纖維拉伸斷裂強力和斷裂伸長的測定等等。單纖維強伸性能試驗要采用能測試玻璃纖維的高強高模纖維強力儀。
成分/玻璃纖維 編輯
生產玻璃纖維用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。目前國際上已經(jīng)商品化的纖維用的玻璃成分如下:
磨碎玻璃纖維1、E-玻璃亦稱無堿玻璃,是一種硼硅酸鹽玻璃。目前是應用最廣泛的一種玻璃纖維用玻璃成分,具有良好的電氣絕緣性及機械性能,廣泛用于生產電絕緣用玻璃纖維,也大量用于生產玻璃鋼用玻璃纖維,它的缺點是易被無機酸侵蝕,故不適于用在酸性環(huán)境。
2、C-玻璃亦稱中堿玻璃,其特點是耐化學性特別是耐酸性優(yōu)于無堿玻璃,但電氣性能差,機械強度低于無堿玻璃纖維10%~20%,通常國外的中堿玻璃纖維含一定數(shù)量的三氧化二硼,而我國的中堿玻璃纖維則完全不含硼。在國外,中堿玻璃纖維只是用于生產耐腐蝕的玻璃纖維產品,如用于生產玻璃纖維表面氈等,也用于增強瀝青屋面材料,但在我國中堿玻璃纖維占據(jù)玻璃纖維產量的一大半(60%),廣泛用于玻璃鋼的增強以及過濾織物,包扎織物等的生產,因為其價格低于無堿玻璃纖維而有較強的競爭力。
3、高強玻璃纖維其特點是高強度、高模量,它的單纖維抗拉強度為2800MPa,比無堿玻纖抗拉強度高25%左右,彈性模量86000MPa,比E-玻璃纖維的強度高。用它們生產的玻璃鋼制品多用于軍工、空間、防彈盔甲及運動器械。但是由于價格昂貴,目前在民用方面還不能得到推廣,全世界產量也就幾千噸左右。
4、AR玻璃纖維亦稱耐堿玻璃纖維,主要是為了增強水泥而研制的。
5、A玻璃亦稱高堿玻璃,是一種典型的鈉硅酸鹽玻璃,因耐水性很差,很少用于生產玻璃纖維。
6、E-CR玻璃是一種改進的無硼無堿玻璃,用于生產耐酸耐水性好的玻璃纖維,其耐水性比無堿玻纖改善7~8倍,耐酸性比中堿玻纖也優(yōu)越不少,是專為地下管道、貯罐等開發(fā)的新品種。
7、D玻璃亦稱低介電玻璃,用于生產介電強度好的低介電玻璃纖維。
除了以上的玻璃纖維成分以外,近年來還出現(xiàn)一種新的無堿玻璃纖維,它完全不含硼,從而減輕環(huán)境污染,但其電絕緣性能及機械性能都與傳統(tǒng)的E玻璃相似。另外還有一種雙玻璃成分的玻璃纖維,已用在生產玻璃棉中,據(jù)稱在作玻璃鋼增強材料方面也有潛力。此外還有無氟玻璃纖維,是為環(huán)保要求而開發(fā)出來的改進型無堿玻璃纖維。