玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，它是以天然礦石為原料，按設(shè)計(jì)的配方進(jìn)行配比后，進(jìn)行高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工序最后形成各類(lèi)產(chǎn)品。具有強(qiáng)度大，彈性模量高，伸長(zhǎng)率低，電絕緣性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，通常作為復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料、電絕緣材料和絕熱保溫材料等，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。
 

　　玻璃纖維的分類(lèi)方法很多。一般可從玻璃原料成分、單絲直徑、纖維外觀、生產(chǎn)方法及纖維特性等方面進(jìn)行分類(lèi)。以玻璃原料成分分類(lèi)，是目前最為通俗的一種方法，主要用于連續(xù)玻璃纖維的分類(lèi)。以不同的堿金屬氧化物含量來(lái)區(qū)分，堿金屬氧化物一般指氧化鈉、氧化鉀，由純堿、芒硝、長(zhǎng)石等物質(zhì)引人。堿金屬氧化物是普通玻璃的主要組分之一，其主要作用是降低玻璃的熔點(diǎn)。但玻璃中堿金屬氧化物的含量愈高，它的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性能和強(qiáng)度都會(huì)相應(yīng)降低。因此，對(duì)不同用途的玻璃纖維，要采用不同含堿量的玻璃成分。從而經(jīng)常采用玻璃纖維成分的含堿量，作為區(qū)別不同用途的連續(xù)玻璃纖維的標(biāo)志。根據(jù)玻璃成分中的含堿量，可以把連續(xù)纖維分為如下幾種：
 

　　無(wú)堿纖維(通稱(chēng)E玻璃)：R2O含量小于0.8%：是一種鋁硼硅酸鹽成分。它的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性能、強(qiáng)度都很好。

　　中堿纖維(C玻璃)：R20的含量為11.9%-16.4%，是一種鈉鈣硅酸鹽成分，因其含堿量高，不能作電絕緣材料，但其化學(xué)穩(wěn)定性和強(qiáng)度尚好。
 

　　高堿纖維：R2O含量等于或大于15%的玻璃成分。一般采用碎的平板玻璃、碎瓶子玻璃等作原料拉制而成。現(xiàn)在國(guó)家已經(jīng)禁止生產(chǎn)此類(lèi)產(chǎn)品。

　　無(wú)堿和中堿玻璃纖兩類(lèi)產(chǎn)品的產(chǎn)量占目前玻纖總產(chǎn)量的98%以上，是用途最廣泛的兩類(lèi)產(chǎn)品，在玻纖業(yè)內(nèi)，玻璃纖維就泛指無(wú)堿和中堿產(chǎn)品，下面簡(jiǎn)要從性能、生產(chǎn)工藝和應(yīng)用領(lǐng)域方面對(duì)二者做簡(jiǎn)單對(duì)比。

　　玻璃纖維紗線的強(qiáng)度取決于單纖維的強(qiáng)度，單纖維的強(qiáng)度與其化學(xué)組成相關(guān)。國(guó)際上都是以新生態(tài)纖維的強(qiáng)度來(lái)代表玻璃的強(qiáng)度，所謂新生態(tài)纖維是指玻璃熔體流經(jīng)拉絲漏板漏嘴后剛形成的纖維。此時(shí)的纖維尚未遭受空氣中水分的侵蝕，纖維表面微裂紋的數(shù)量和尺寸都極小，此時(shí)測(cè)得的強(qiáng)度較真實(shí)。無(wú)堿、中堿2種玻璃的新生態(tài)纖維拉伸強(qiáng)度。

　　無(wú)堿玻璃的強(qiáng)度高于中堿玻璃。影響玻璃強(qiáng)度的因素很多，主要有化學(xué)成分、纖維直徑、存放時(shí)間及環(huán)境等。對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)中的玻璃纖維產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，其強(qiáng)度除與上述因素有關(guān)外還與玻璃熔化質(zhì)量、成型工藝及裝備、浸潤(rùn)劑的種類(lèi)和品質(zhì)有很大關(guān)系。
 

　　彈性模量和斷裂伸長(zhǎng)率也是反映材料性能的重要指標(biāo)，玻璃纖維彈性模量高、伸長(zhǎng)小、并且沒(méi)有塑性伸長(zhǎng)，這是玻璃纖維的特性。彈性模量和斷裂伸長(zhǎng)率主要取決于玻璃成分，與纖維直徑關(guān)系不大。
 

　　1.2化學(xué)穩(wěn)定性

　　化學(xué)穩(wěn)定性是指玻璃抵抗水、酸、堿等介質(zhì)侵蝕的能力。通常以受介質(zhì)侵蝕前后的質(zhì)量損失、析出的堿量及進(jìn)入侵蝕介質(zhì)中的玻璃組分、強(qiáng)度損失和直徑減少率等指標(biāo)來(lái)衡量。
 

　　無(wú)堿玻璃在水中的失重和析堿量都低于中堿玻璃，表明無(wú)堿玻璃的耐水性?xún)?yōu)于中堿玻璃。
 

　　在酸性溶液中，中堿玻璃的失重遠(yuǎn)低于無(wú)堿玻璃，說(shuō)明中堿玻璃的耐酸性明顯優(yōu)于無(wú)堿玻璃。
 

　　無(wú)論是失重還是溶出硅離子濃度，無(wú)堿玻璃都高于中堿玻璃，可以看出中堿玻璃的耐堿性略好于無(wú)堿玻璃。
 

　　目前無(wú)堿和中堿玻纖的生產(chǎn)工藝大體分為兩種，一種是池窯法，另一種是坩堝法。以下就原料配方及原料種類(lèi)、熔制工藝和拉絲成型三個(gè)主要工藝環(huán)節(jié)加以簡(jiǎn)單比較。
 

　　無(wú)堿成分是指堿金屬氧化物含量小于1%的硼鋁硅酸鹽玻璃成分，以SiO2、Al2O3、CaO三元系統(tǒng)為基礎(chǔ)，國(guó)際上通常叫做“E”玻璃。最初是為電氣應(yīng)用研制的，但今天無(wú)堿玻璃纖維的應(yīng)用范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了電氣用途，成為一種通用配方。表6給出了目前國(guó)際通用的無(wú)堿玻璃配方。

　　無(wú)堿玻璃纖維的主要原料為：葉臘石，引入Al2O3和Si02;硼鈣石，引入B2O3和CaO;石灰石，引入CaO。輔助原料：純堿，引入R2O3;芒硝，作為助熔劑，同時(shí)引入R20;螢石，助溶劑，同時(shí)引入CaO和F-。

　　中堿玻璃成分是在Na20—CaO—SiOz三元系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的鈉鈣硅酸鹽玻璃，1964年我國(guó)中堿玻璃5#成分投入工業(yè)生產(chǎn)，因其具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，至今仍是我國(guó)中堿玻璃的通用成分。

　　中堿玻璃的主要原料為：石英砂，引入SiO2;鈉石，引入Si02、A1203、Na20;白云石，引入CaO和Mg方解石，主要引入CaO FezO3;純堿，主要引入R20。輔助原料為：螢石，助溶劑，同時(shí)引入CaO和F-;硝酸鈉，助溶劑，同時(shí)引人Na2O;氧化砷，氧化劑，引人As2O3。

　　無(wú)堿和中堿玻璃的熔制主要采用單元窯和馬蹄焰窯兩種窯型，單元窯一般應(yīng)用于無(wú)堿池窯拉絲工藝，馬蹄焰窯一般作為纖維用玻璃球窯，也有少數(shù)作為中堿池窯拉絲工藝的窯型。
 

　　目前池窯直接拉絲法生產(chǎn)的無(wú)堿玻纖產(chǎn)量已超過(guò)玻纖總產(chǎn)量的70%，池窯拉絲工藝已經(jīng)成為無(wú)堿玻纖的主要生產(chǎn)工藝。無(wú)堿池窯拉絲用窯為單元窯，它是一種窯池狹長(zhǎng)，用橫穿爐膛的火焰燃燒的窯爐，通常是用金屬換熱器對(duì)熱能進(jìn)行回收利用。在單元窯內(nèi)的玻璃熔化、澄清行程長(zhǎng)，比其他窯型在窯內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，適合熔制難熔和質(zhì)量要求高的玻璃。無(wú)堿單元窯的主要燃料為天然氣、重油和液化石油氣。表8給出了無(wú)堿池窯拉絲用單元窯的主要技術(shù)指標(biāo)。

　　中堿玻璃纖維目前以坩堝法生產(chǎn)為主，約占中堿產(chǎn)品總產(chǎn)能的75%，2008年中堿玻纖的產(chǎn)量約為47萬(wàn)噸，其中池窯法12萬(wàn)噸，坩堝法35萬(wàn)噸。中堿坩堝法拉絲是以中堿玻璃球?yàn)樵?，中間玻璃球是通過(guò)玻璃球窯熔制生產(chǎn)的，中堿球窯一般為馬蹄焰池窯。馬蹄焰窯屬蓄熱室池窯，蓄熱室布置在窯爐前端，火焰覆蓋面積大，火焰形狀為馬蹄型。池窯直接拉絲法生產(chǎn)中堿玻纖近幾年也有較快發(fā)展，窯型也多為馬蹄焰窯，目前全國(guó)在產(chǎn)的池窯已有6座。因中堿玻璃含堿量較高，單位玻璃液熔化能耗要低于無(wú)堿，可以用熱值較低的發(fā)生爐煤氣為燃料，這就大大降低了生產(chǎn)成本，天然氣、重油和液化石油氣也中堿玻璃熔制的主要燃料。

　　電助熔和鼓泡工藝在無(wú)堿單元窯和中堿馬蹄焰窯中都已廣泛應(yīng)用，純氧燃燒技術(shù)已經(jīng)在無(wú)堿單元窯上逐步應(yīng)用，節(jié)能效果明顯，環(huán)保效益顯著。
 

　　玻璃纖維進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，所采用的成型工藝方法總的可以分為球法坩堝拉絲和池窯法直接拉絲兩大類(lèi)，目前高檔無(wú)堿纖維都采用池窯法直接拉絲工藝生產(chǎn);中堿玻纖以球法坩堝拉絲為主。兩種成型工藝位置線基本相同，坩堝拉絲工藝線為單層布置，池窯拉絲工藝位置線為雙層布置。中堿球法坩堝拉絲一般采用200—800孔的小漏板。增強(qiáng)型無(wú)堿池窯拉絲工藝目前都采用1600—6000孔的大漏板。

　　3 應(yīng)用領(lǐng)域

　　玻璃纖維工業(yè)經(jīng)過(guò)六十多年的發(fā)展，目前有四大類(lèi)玻纖產(chǎn)品，即增強(qiáng)熱固性塑料(FRP)用玻纖材料、增強(qiáng)熱塑性塑料(FRTP)用玻纖材料、屋面防水用玻纖材料以及紡織型玻纖材料。

　　FRP、FRTP用玻纖材料屬于玻璃鋼復(fù)合材料工業(yè)用基材。玻璃鋼復(fù)合材料工業(yè)是玻璃纖維的最大市場(chǎng)，其玻纖用量約占玻纖制品總量的70%-80%。世界玻璃鋼復(fù)合材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域所占分額分分別為：交通工具29%、建筑工程19%、工業(yè)、農(nóng)業(yè)16%、電氣/電子13%、其它23%。

　　屋面防水用玻纖材料，目前全世界用于屋面防水用材料的玻璃纖維約為40萬(wàn)噸，主要是各種玻纖氈產(chǎn)品。

　　紡織型玻纖材料主要應(yīng)用在電子、電氣工業(yè)、過(guò)濾織物、增強(qiáng)塑料織物、耐高溫織物、裝飾織物等方面。
 

　　上述四大類(lèi)玻纖產(chǎn)品都有無(wú)堿和中堿產(chǎn)品，總的來(lái)說(shuō)，無(wú)堿玻纖比中堿玻纖在品質(zhì)上略高一檔，目前各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的高檔產(chǎn)品都是無(wú)堿玻纖，中堿產(chǎn)品在對(duì)纖維性能要求相對(duì)不高的領(lǐng)域應(yīng)用較多，如普通纏繞、拉擠和手糊等傳統(tǒng)玻璃鋼產(chǎn)業(yè)。