玻璃纤维及其复合材料的应用进展

刘 凯 王兵兵

河北省沙河玻璃技术研究院

玻璃纤维及其复合材料的应用进展

刘 凯 王兵兵

河北省沙河玻璃技术研究院

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。基于此，本文将着重分析探讨玻璃纤维及其复合材料的应用发展，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

玻璃纤维；性能；应用

1、玻璃纤维的性能

玻璃纤维是一种人造无机非金属纤维，具备强度好﹑尺寸稳定，耐温﹑耐腐蚀等优异性能，且主要原材料资源量很大，目前已能工业化生产，价格也比其他一些无机和有机纤维低，目前已大量应用于大气环境保护领域，已广泛应用于炭黑﹑水泥﹑冶金﹑火电以及垃圾焚烧等烟气除尘净化，是目前性价比最优的高温过滤材料。(见表1)

表1中的纤维均可应用于高温工业烟气除尘过滤，由于它们之间性能存在差异，且有些性能差异较大，所以不同除尘领域﹑不同烟气工况应选用不同滤料。选择滤料主要应考虑的因素为：烟气温度高低﹑烟气酸碱腐蚀性﹑烟气含尘量大小及颗粒度，以及烟气中O2含量等。例如：对于烟气温度260℃～300℃，就应选择GF和PTFE而不能选择PPS(因为其易发生高温降解﹑纤维变脆﹑强度下降)﹑Nomex和P84；对于含碱性烟气，不能选择耐碱性能差的P84和玻纤；对于高湿烟气不宜选用P84和Nomex，因为这2种材料不耐水，在高温高湿下易发生水解，产生分子链断裂，强度下降；对于烟气中含O2＞15%就不能选用耐氧化性能差的PPS，其在高氧气含量下易发生氧化，强度下降，变色﹑变硬发脆。选择工业烟气除尘滤料，还应考虑其性价比，PPS﹑PTFE过滤性能好，但价格较高，例如进口PTFE纤维价格高达数十万元/t，国产PTFE纤维也要10万元/t。而GF虽然某些过滤性能(如耐磨耐折)不如PTFE，但其价格远低于PTFE，而且PTFE强度低，尺寸稳定性差，难以单独使用。

2、玻璃纤维及其复合材料的应用

2.1 电子电器领域

近年来国家对电子行业大力扶持，电子工业和数字网络技术不断发展，印制电路板工业得到了极大地刺激，而无碱玻璃纤维由于其优异的电绝缘性，带动了其电子级玻璃纤维布产品的发展。

2.2 汽车工业领域

在汽车行业，市场逐渐向轻量﹑节能﹑环保方向发展，这就对汽车材料提出了更高的要求，复合材料的优势也逐渐得到了体现，汽车行业对玻璃纤维复合材料的需求也正在逐渐加大。各个玻璃纤维生产厂家也在不断的推出各种玻璃纤维产品。目前，汽车上应用的玻璃纤维增强复合材料包括：玻璃纤维增强热塑性材料﹑片状模塑材料(SMC)﹑树脂传递模塑材料(R TM)﹑玻璃纤维毡增强热塑性材料(GMT)以及手糊F R P制品。

2.3 航空航天领域

1)高性能玻璃纤维及其增强复合材料由于其良好的力学性能﹑耐腐蚀性和透波介电性等，被应用于直升飞机的浆叶﹑方向舵﹑雷达罩﹑各类仪表盘﹑飞机的内饰材料﹑热防护材料及固体发动机壳体等。如在空中客机A 380上，S－2玻璃纤维增强GLARE层板应用于飞机机身﹑地板等部位。还可作为阻尼减振材料﹑隔音材料用于飞机消音板和飞机座舱﹑高温管道等。2)超细玻璃纤维是一种单丝公称直径为3.5～4μ m的玻璃纤维，具有高的拉伸强度﹑良好的柔软性和耐折性，可制作宇航服的反射绝缘层和外防火层等。

2.4 军事领域

玻璃纤维及其复合材料可用于导弹的外壳或其发动机的壳体；可制成导弹弹翼筒和炮弹引信等，也可制成玻璃钢头盔；还可用于制造排爆套服等军用物件。例如导弹“民兵”的发动机壳体应用S玻璃纤维，军事飞行器的雷达罩应用石英玻璃纤维，军用帐篷应用超细玻璃纤维等；另外，还可作为防弹防爆装甲材料和护甲。

2.5 生物医学领域

玻璃纤维复合材料在生物医学方向也受到了很大的关注。被用于生物医学方面的有：骨外科固定器材(夹板﹑绷带﹑矫形支具等)﹑牙科器材﹑医用光导纤维(内窥镜﹑医用光纤传感器﹑全自动生化分析仪﹑光学相干断层扫描技术)﹑滤材(血液过滤器﹑医疗用过滤器﹑呼吸过滤器等)﹑医学照明﹑急救器材(止血绷带)﹑介入医疗用导丝﹑大型医疗器械外壳(CT外壳﹑GX R外壳﹑M R I外壳﹑PETCT外壳等)﹑骨移植物(骨内固定复合材料﹑骨缺损修复复合材料﹑骨组织工程支架复合材料﹑药物缓释载体)等。

2.6 环境领域

1)玻璃纤维过滤材料主要有连续玻璃纤维过滤布﹑膨体纱玻璃纤维滤料﹑针刺毡玻璃纤维滤料和玻璃纤维覆膜过滤材料。连续玻璃纤维过滤布用于工业捕集过滤工业烟气粉尘；膨体纱玻璃纤维滤料用于滤式除尘器；针刺毡玻纤滤料应用于化工﹑冶金等工业的烟气过滤；玻璃纤维覆膜过滤材料应用于高温烟气除尘。2)玻璃纤维和有机纤维材料复合可形成用于防止水土流失的土工材料；将玻璃纤维喷洒在地上会形成弹性多孔毡，可以保护刚播种的农田免遭冲刷；玻璃棉毡可作为载体用于无土栽培；玻璃纤维与其他材料复合可用于处理固体废弃物；将玻璃纤维负载WO﹑V 2 O 3等用于垃圾焚烧过程除去废气中的氮氧化物。

总而言之，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。

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