近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，無論在工業(yè)生產(chǎn)還是日常生活，人們對新材料的種類和功能的需求不斷擴大。在造紙行業(yè)中，特種紙原料的選擇范圍也更加廣泛，玻璃纖維作為無機纖維的典型代表，由于其具有有別于植物纖維和其他合成纖維的特殊性能，逐漸受到造紙行業(yè)的廣泛關(guān)注，成為開發(fā)生產(chǎn)特種紙品的新原料。
       1·玻璃纖維的特性
       玻璃纖維是無機非金屬材料中的一種新型功能材料和結(jié)構(gòu)材料，其主要成分為氧化硅，同時含有許多其他大物質(zhì)的氧化物，如鈣、硼、鈉、鉀、鋁等。目前玻璃纖維主要的制造方法有坩堝法和池窯法。通常的玻璃纖維外表呈透明而光滑的圓柱狀，其截面呈完整的圓形，密度一般在2．50～2．70g／cm3左右，主要取決于玻璃成分。玻璃纖維拉伸強度遠遠超過其他天然纖維、合成纖維及各種合金材料，吸水作用又比天然纖維和人造纖維小得多。玻璃纖維還具有很高的耐熱性，其軟化溫度550～750℃[1]。同時其具有良好的電絕緣性能和介電性能，可用作各種絕緣材料、雷達罩等，又因為玻璃纖維有著優(yōu)良的隔音吸聲性能，故其制品可在各種聲學設(shè)備中應(yīng)用。由于玻璃纖維是脆性材料，斷裂伸長很小，故其柔性較小或脆性較大，這也是玻璃纖維的主要特點。
       玻璃纖維按照其成分中的含堿量可以分為無堿纖維(通稱E-glass)、中堿纖維、高堿纖維、特種玻璃纖維等，造紙行業(yè)中常用前三種玻璃纖維。無堿玻璃纖維適用于環(huán)氧復銅板和電器絕緣制品；中堿玻璃纖維適用于機器連續(xù)作業(yè)或手糊制作板材、管道、槽、罐、游船、浴盆等制品；高堿玻璃纖維適用于電池隔膜片、屋面防水材料等。
       2·玻璃纖維紙的生產(chǎn)
       2．1玻璃纖維紙的成形工藝
      通過濕法造紙制得的玻璃纖維基薄頁功能材料也可以稱為玻璃纖維紙，這種紙的制法與普通造紙有一些差別，它是采用玻璃纖維，經(jīng)輕度疏解，加黏結(jié)劑，或者配加部分化學木漿，在長網(wǎng)造紙機或圓網(wǎng)造紙機上抄造而成，也可以添加一些硅膠或膠態(tài)礬土，用以提高成紙的強度。通常玻璃纖維紙在生產(chǎn)中不需要打漿，只需要分散即可。由于玻璃纖維脆性較大，與其配抄紙張成形后通常無需壓榨。
       顯微鏡下觀察到的玻璃纖維似玻璃棒，單根挺硬而細長、長寬比大，該纖維表面同樣帶有電荷。所以在抄造前，配成漿料時纖維間容易互相纏繞，形成大量不易分散的纖維團，漿料短暫靜置就會產(chǎn)生絮聚現(xiàn)象，從而影響玻璃纖維紙的勻度。為了保證玻璃纖維漿料在上網(wǎng)時具有較好的分散狀態(tài)，一般可以采取下列措施：(1)使用稀酸調(diào)節(jié)懸浮液的pH值，一般pH=2．5～3．0為宜；(2)降低漿料的濃度到0．2％左右；(3)通過分散劑或其他化學藥品改善玻璃纖維表面的潤濕狀況；(4)調(diào)整白水循環(huán)系統(tǒng)。
       玻璃纖維表面光滑，無分絲帚化現(xiàn)象，纖維表面也沒有可以形成氫鍵的—OH基，所以在成形及烘干脫水時無法使成紙自然產(chǎn)生強度，為了保證玻璃纖維在造紙過程中能夠牢固地穿插在混抄纖維之中，常常對玻璃纖維進行預處理[3]，或是將成形的紙幅做噴膠或浸膠處理，預處理的主要作用是使得玻璃纖維紙具有良好的勻度、厚度均一、表面無凸起的纖維團，而噴膠或是浸膠類的后處理主要是賦予成紙更好的強度或是其他特殊性能。廖合等研究了不同物理、化學方法對玻璃纖維進行表面處理，同時采用加酸、加打漿過的植物纖維和加增強劑對玻璃纖維紙進行增強。加打漿過的植物纖維和加增強劑對玻璃纖維紙有明顯的增強作用。羅果等探討了玻璃纖維與植物纖維配抄的性能，并得出了較佳的處理劑濃度和玻璃纖維的配抄比例與成紙物理性能的對應(yīng)關(guān)系。
       2．2玻璃纖維紙的干燥工藝
       由于玻璃纖維較脆易碎，所以玻璃纖維紙很少有壓榨的過程，這就導致了帶有大量水分的濕紙幅進入到干燥過程，為了解決玻璃纖維紙干燥時水分量大的問題，在生產(chǎn)中通常在濕紙幅進入干燥前通過真空抽吸作用吸走部分水分。
    由于玻璃纖維紙為了提高強度或要滿足其他特殊應(yīng)用性能，需在抄造過程中加入黏結(jié)劑或在成形后經(jīng)過樹脂浸漬，使?jié)窦埛械某煞指訌碗s。要在短時間內(nèi)脫除玻璃纖維紙中的大量水分并保證成紙平整、強度良好、黏結(jié)劑或樹脂膠液分布均勻且有較高的保留率，就需要采用特殊的干燥方式。微波干燥和熱風穿透干燥是玻璃纖維紙常用的兩種干燥方式。
    微波干燥可以在短時間內(nèi)使?jié)窦埛鶅?nèi)部達到一定干度。這是因為微波干燥時，溫度梯度方向和水分梯度方向相同，傳熱和傳質(zhì)方向一致，促使玻璃纖維紙內(nèi)部水分的迅速蒸發(fā)，形成內(nèi)部壓力梯度，使水分很快擴散到表面揮發(fā)掉，大大的縮短了干燥時間。但需要注意的是，微波干燥時間不可過長，通常在30s以內(nèi)，因為長時間的微波作用會導致紙張收縮變形，表面出現(xiàn)褶皺，影響成紙質(zhì)量。玻璃纖維具有疏水性，而且成紙疏松多孔，屬于熱的不良導體。根據(jù)玻璃纖維紙的實際情況，利用其透氣阻力小的特點，讓熱風穿透紙幅，直接與玻璃纖維紙表面吸附的水分接觸，具有一定速度的熱風，降低界面的蒸汽分壓，利于水分蒸發(fā)，熱風將已蒸發(fā)的水分立即帶走，界面上不存在妨礙水分蒸發(fā)的飽和蒸汽層，這就是所謂的“穿透干燥”，干燥效率高。熱風干燥時，熱風溫度的選擇也極其重要，為了保證不同黏結(jié)劑或增強樹脂作用效果達到最佳，對于不同品種的玻璃纖維紙的干燥溫度也不盡相同，通常玻璃纖維紙的干燥溫度不低于130℃，有些甚至要求在180～200℃。
       3·常見玻璃纖維紙
       玻璃纖維薄氈，即玻璃纖維紙，是由玻璃纖維原絲短切成的股紗，由造紙法隨機均勻分布成連續(xù)玻璃纖維紙片，用乳劑黏結(jié)而成。
       3．1超細玻璃纖維過濾紙
       超細玻璃纖維過濾紙是過濾紙中一種新型高科技產(chǎn)品。與以植物纖維為主要原料抄造的普通過濾紙不同，它是采用超細玻璃纖維為主，采用特殊抄造工藝，并經(jīng)過后續(xù)加工處理而成的特種紙，主要應(yīng)用于凈化空氣。玻璃纖維濾紙具有各向同性好、孔徑分布均勻、定量偏差小、耐熱、阻燃、耐水、納污量大等特點。
       玻璃纖維空氣過濾紙是以玻璃纖維為主要原材料，采用濕法成形工藝制成，是理想的空氣過濾材料。產(chǎn)品按過濾效率分通風用(ASHRAE)；中、高效(HEPA)；超高效(ULPA)三大系列。一般通風用玻璃纖維濾紙及中效空氣玻璃纖維濾紙主要用于普通空調(diào)系統(tǒng)、燃氣輪機與空壓機。這種玻璃纖維濾紙主要通過將纖維表面用化學助劑處理，結(jié)合精確的配漿完成生產(chǎn)，所生產(chǎn)的產(chǎn)品在高效、低阻、耐折性等方面，尤其是在低阻力下，過濾效率可達60％～95％，并具有一定的防水功能，可適用于濕度較大的場合[7]。高效空氣過濾器用玻璃纖維濾紙(HEPA)主要用于萬級～10萬級潔凈室或工作臺、核電站排風、高檔家用吸塵器、空氣凈化器、防毒面具等。這種產(chǎn)品有良好的防濕、防水性能，過濾效率高達99．9％～99．9999％。超高效空氣過濾器用玻璃纖維濾紙主要用于芯片廠及100級、10級、1級潔凈廠房等[8]。
       普通植物纖維過濾紙過濾效率僅為16％～87％，透過率最好為13％。而超細玻璃纖維過濾紙的過濾效率為99．99995％，透過率是0．00005％[9]。由此可見，超細玻璃纖維過濾紙的過濾效率是非常突出的。
       3．2玻璃纖維電池隔膜紙
       玻璃纖維隔膜紙由不含任何有機黏結(jié)劑的直徑為0．5～4 μm的超細玻璃纖維所組成。經(jīng)抄紙法制成非壓縮玻璃纖維紙，其結(jié)構(gòu)為多層氈狀，由無序排列的玻璃纖維形成相對小而高曲徑的自由通道。該隔膜在許多方面具備了明顯優(yōu)于普通電池隔膜的性能，如吸液量高、吸液速度快、親水性好、吸收并保持著電池額定容量所需的電解液，并在整個壽命期間保持其高的吸液率[10]。同時玻璃纖維隔膜表面積大、孔隙率高、孔徑小、化學純度高、有害雜質(zhì)少，有非常好的耐酸性和抗氧化性；相關(guān)專利[11-13]”公布了使用玻璃纖維復合材料做蓄電池隔膜紙基材，充分發(fā)揮了玻璃纖維耐腐蝕且玻璃纖維基材有較好的孔徑，可以充分透過電解液的特點。
       玻璃纖維隔膜紙的性能與玻璃纖維本身的特性有緊密的關(guān)系。超細玻璃纖維直徑小，表面積大，濕潤性高，因此吸液速率大，隔膜的孔徑也小，抵抗枝晶穿透能力強，但其電阻值將相應(yīng)升高，因此必須選擇一個最佳的組合。玻璃纖維的長度也影響隔板的性能，纖維過長，不易分散而發(fā)生絮聚，使得隔板不均勻；纖維過短，隔膜均勻性能得到改善，但強度低，因此也應(yīng)該選擇一個最佳的長度范圍。
       3．3玻璃纖維覆銅板紙
       玻璃纖維覆銅板紙主要用作覆銅板的基材，外觀均勻，具有優(yōu)異的電性能和耐熱性能、耐溶劑性，與環(huán)氧樹脂的相容性優(yōu)良。使用玻璃纖維紙生產(chǎn)的覆銅板性能可以達到玻璃布板的水平，適用于工業(yè)電子產(chǎn)品，特別是玻璃纖維紙具有優(yōu)越的后續(xù)加工性，更加受到市場的歡迎。玻璃纖維覆銅板紙生產(chǎn)過程中，浸漬環(huán)氧樹脂膠是十分重要的過程，玻璃纖維紙的浸膠包括兩個過程：首先，膠液向具有一定干度的玻璃纖維紙表面聚結(jié)，隨后聚結(jié)在紙表面的膠液逐步向玻璃纖維紙中滲透，將濕紙幅中水分置換出去；其中對浸膠性影響較大的為膠液滲透的過程。實驗證明，滲透速度與纖維厚度的三次方成反比，因此提高膠液向玻璃纖維紙中的滲透速度是解決浸膠效果的根本方法。“真空輔助上膠法”是目前較先進的技術(shù)[4]，該方法的核心在于預浸段選用的特殊設(shè)備。其原理為：預浸時利用真空抽吸作用，使在玻璃纖維紙表面的膠液迅速向紙中滲透，同時排出膠液和纖維中的氣泡。
       4·新型玻璃纖維紙的開發(fā)
       玻璃纖維與針葉木纖維配抄，玻璃纖維作為骨架提高成紙的強度性能。實驗發(fā)現(xiàn)，在針葉木漿中加入10％的玻璃纖維，就可以大幅度地提高成紙的抗張強度和撕裂強度。對成紙進行后續(xù)加工，如噴膠、浸漬、多層復合后可以作為建筑物的填充材料。
       玻璃纖維紙具有良好的吸音性，在玻璃纖維原紙表面涂覆色料、膠黏劑、阻燃劑、偶聯(lián)劑，然后干燥固化的玻璃纖維紙可以用作隔音阻燃材料，在建筑物墻體、裝潢中使用，同時染成的玻璃纖維紙裝飾性更好。研究發(fā)現(xiàn)，通過改進JohnsOn-Allard模型可以測量不同孔隙率，甚至不同纖維長度的玻璃纖維紙氈的吸音效果[16]。
       日本一公司用抄紙法開發(fā)成功一種可以在汽車和工業(yè)設(shè)備上應(yīng)用作密封材料的玻璃纖維紙。這種紙由碳酸鈣晶須、直徑分別為6 μm和0．16 μm的玻璃纖維、海泡石、纖維素紙漿等組成，并加入丁苯橡膠和絮凝劑增強。
       日本另一公司采用濕法抄紙法開發(fā)了一種具有多孔結(jié)構(gòu)的玻璃纖維增強塑料管。生產(chǎn)過程為：先將短切玻璃纖維分散在含樹脂的水中，脫水后成片狀材料，然后將其卷繞在管子上成管狀，再插入圓柱形模具內(nèi)，加熱膨脹后使用，就可以制得具有多孔結(jié)構(gòu)的玻璃纖維增強塑料管。這種玻璃纖維增強塑料管具有優(yōu)異的強度性能，可以用于建筑、過濾等領(lǐng)域[17-20]。
       玻璃纖維增強的地板層可以有效地防止地板在使用過程中發(fā)生脹裂或縮卷變形。將成形的玻璃纖維紙切成片狀后，用高聚物膠黏合，在實際使用時，玻璃纖維紙可以增加地板層的強度、硬度和挺度，而高聚物膠具有一定的伸縮性，可以防止熱脹冷縮帶來的形變，是一種新型的理想地板層材料。
       美國專利[22]公開了一種使用玻璃纖維紙覆面石膏板材，用于房屋地板或天花板的支撐裝飾，這種玻璃纖維紙是用平均直徑8～17μm的玻璃纖維和直徑低于5．5μm的其他人造纖維混抄而成的，其中玻璃纖維所需比例大于產(chǎn)品總質(zhì)量的30％。
       云母是一種重要的非金屬礦，利用制漿造紙工藝技術(shù)以云母碎片作為原料可以生產(chǎn)各種型號的云母紙。但是目前所生產(chǎn)的云母紙普遍強度較低，難以適應(yīng)需高強度的使用環(huán)境，有專利[23，24]公布了使用芳綸沉析纖維、芳綸短纖維或在粉云母紙層間添加散裝纖維[25]增強云母紙。玻璃纖維本身有較高的絕緣性能，并且玻璃纖維具有高強度，是一種很好的增強材料，可以作為芳綸纖維的替代物，研究其對云母紙的增強效果。
       5·總結(jié)及展望
       近10年來，我國的玻璃纖維工業(yè)得到了快速的發(fā)展，中國一直保持著全球玻璃纖維的生產(chǎn)和使用第一大國的位置[26]。玻璃纖維在造紙行業(yè)中的應(yīng)用隨著玻璃纖維行業(yè)的迅猛發(fā)展而逐漸受到人們的高度關(guān)注。我國在對玻璃纖維行業(yè)的“十二五”發(fā)展規(guī)劃中特別提出，要大力開發(fā)玻璃纖維制品的應(yīng)用領(lǐng)域，不斷擴大玻璃纖維的應(yīng)用范圍，尤其在耐火、耐熱、增強等方面，開發(fā)多種形式制品以方便使用，通過擴大應(yīng)用市場，從根本上提升玻璃纖維行業(yè)品質(zhì)，拓展應(yīng)用領(lǐng)域的廣度與深度，為玻璃纖維企業(yè)與下游產(chǎn)業(yè)銜接，促使玻璃纖維產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展與壯大，這給玻璃纖維紙種類的開發(fā)和質(zhì)量的優(yōu)化提出了更高的要求。
       充分發(fā)揮玻璃纖維自有性能，嘗試選擇多種類的造紙原料與其配合使用，使其能夠在特種紙品中得到更廣泛的應(yīng)用，是促使玻璃纖維在造紙行業(yè)中充分發(fā)揮作用的關(guān)鍵。同時，大力開展玻璃纖維造紙用的分散劑、膠黏劑等化學品的研發(fā)，開發(fā)適合玻璃纖維紙成形、干燥的新設(shè)備，同步配合玻璃纖維造紙技術(shù)工藝的發(fā)展，也是未來需要努力的方向。