玻璃纖維的新用途
2004年,我國大陸玻璃纖維總產量已達到65.25萬噸,創歷史高記錄,已將日本及英國遠遠地甩在了后面,也超過了法國,正在緊追美國,成了名副其實的玻纖第二生產大國,但還不是技術強國。
眾所周知,玻璃纖維是無機非金屬材料中的一種新型功能材料和結構材料。由于它具有耐高溫、抗腐蝕、強度高、比重輕 、吸濕低、延伸小及絕緣好等一系列優異特性,在我國誕生四十七年來,除促使傳統工業、農業及建筑業等技術改造及產品更新換代外,目前已廣泛應用于電子、通訊、核能、航空、航天、兵器、艦艇及海洋開發、遺傳工程等高新技術產業,成為我國二十一世紀不可缺少的可持續發展的高新技術材料。
1、歷史的教訓值得注意
回顧我國玻璃纖維工業發展史,由于沒有根據玻璃纖維的特性,單純經濟觀點,盲目推廣應用,曾有過慘痛的教訓。
記得我國大陸玻璃纖維誕生初期,恰逢所謂“三年自然災害”期間。當時民用棉布全部憑票供應,十分緊缺。有的玻璃纖維生產廠家,從本企業經濟效益出發,借此機會大作廣告,買玻璃纖維布不收布票,大肆推銷庫存的玻璃纖維布。
當時,上海兩家大的商場――中百一店及永安公司的棉布柜臺上,賣起了玻璃纖維壽衣布及蚊帳布。由于玻璃纖維耐溫高,尸體穿上玻璃纖維壽衣,推進焚尸爐后不易火化,終于被殯儀館火葬工發現,才發出了禁用通告。另外,玻璃纖維既不耐折又不耐磨,而用作蚊賬,恰恰是天天既要折又要磨,被折斷和磨碎的玻璃纖維毛羽,不斷地飛揚掉落在赤臂露腿汗水淋淋的人身上,弄得渾身上下奇癢無比。一剎那廣為傳播,成為笑談。但在廣大市民的心目中留下了極壞的印象,幾乎是到了談玻璃纖維色變的程度。當然,這種商品立即退出了商場的柜臺,但使其它合理應用也受到阻礙。
目前,我國大陸玻璃纖維工業已發展到池窯拉絲法占主流地位,但十分遺憾的是還有一些小玻纖企業,為了牟取暴利,竟用陶土坩堝生產高堿玻璃纖維,用于玻璃鋼制品、增強石膏制品、增強水泥制品及管道包扎布等領域。原建材局、經貿委及玻璃纖維工業協會自1984年起,曾多次發文明令禁止,但還是久禁不止。
陶土坩堝拉出來的絲,直徑粗,且變化大,不勻率相當高。同時,高堿玻璃纖維的化學穩定性差、尤其是耐水、耐堿性更差、不絕緣、強度低,所以不能用作增強石膏、增強水泥制品,也不能用作普通玻璃鋼制品,更不能作電絕緣制品。
據悉,不久前,某市游樂場所高速運轉的大型玻璃鋼座船,因采用陶土坩堝生產的高堿玻璃纖維制作,結果發生粉碎性折斷事故,當時座船內兩個游客,一死一重傷。這是個血淋淋的教訓,應該引起全行業的高度重視。
2、外面的很精彩
據報道,目前國外玻璃纖維工業已經發展到擁有4000多個玻璃纖維品種,60000多個規格用途,并且還在以每年平均增長1000多個規格用途的速度向前發展,可以毫不夸張地說,它的“足跡”,已經上到九天“攬月”,下到五洋“捉鱉”。
國外玻璃纖維制品,按用途劃分基本上可以分為四大類:增強熱固性塑料用玻璃纖維增強制品、增強熱塑性塑料用玻璃纖維增強制品、增強瀝青用玻璃纖維增強制品及玻璃纖維紡織制品。
據悉,2003年玻璃纖維總產能已達到300萬噸,但實際生產總量為250萬噸。其中增強熱固性塑料用玻璃纖維制品約100萬噸,增強熱塑性塑料用玻璃纖維制品約70萬噸,還有增強瀝青用玻璃纖維增強制品及玻璃纖維紡織制品合計80萬噸。
從總體上看,國外玻璃纖維增強制品約占70-75%,玻璃纖維紡織制品只占25-30%。但是,必須指出的是,國外玻璃纖維紡織紗中有膨體紗、混紡紗、浸漬紗、膜材用紗、鋁液過濾紗、耐熱縫紉紗、高強度紗、高硅氧紗及高彈性模量紡織紗等。國外玻璃纖維織物中又有機織物、針織機、網格織物、縫編織物及多軸向織物等,是所有玻璃纖維制品中,品種規格多、發展速度快的一類玻璃纖維制品。
據國外報道,2000年全已擁有100多億臺各種類型的微型計算機,在各國國民經濟的各個部門和人們生活的各個方面廣泛應用。作為微型計算機的核心元件――負責制電路板的基礎材料,就是電子級玻璃纖維。由于微型計算機及其它電子工業的迅猛發展,對玻璃纖維的需求量也越來越大,年遞增量高達10-15%。采用玻璃纖維作工業計算機的數據傳輸線,其傳輸能力高。一根玻璃纖維光纜可以同時傳輸若干信號,還能抗電磁干擾,尤為可貴的是保密性好。
據稱,日本的富士通公司和德國的西門子公司在上先將玻璃纖維光纜用于工業電子計算機。此后,這兩家公司聯合研制的數字控制系統,就全部采用玻璃纖維光纜傳輸數據信息。采用玻璃纖維光纜的技術經濟指標要大大超過微波電路和載波電路。
玻璃纖維用于計算機,使人類處理信息的速度提高了六、七個數量級,它與傳統的信息傳輸介質對比,玻璃纖維的頻帶寬、信息容量大。在光通訊技術中,應用光波作為信息載體,它的頻率高達1013~1015赫,比微波還要高出1000多倍,一根直徑只有四毫米的玻璃纖維光纜能夠同時傳輸一萬路電話。另外,光導玻璃纖維的損耗小,中繼距離長。
美國康寧公司生產的單模光纖的損耗只有0.16dB/km,中繼距離可以達到30~35公里,而一般同軸電纜和海底電纜的中繼距離,分別只能達到2公里和5公里。尤為可貴的是光導玻璃纖維能抗干擾,且保密性好。光纖通訊不受外界電磁波干擾,信息不會失真,光纜內部光波相互之間不會串話,傳輸特性穩定可靠,不會產生電磁感應,所以不易補竊聽。
光纖還可以在狹小空間中進行測量。這是國為光纖的直徑可以小到100微米,具有可撓性。因此,可以在狹小的空間彎曲進行測量。美國杜邦公司已經研制成功一咱直徑僅200微光的光纖,其截面積小到10-2~10-5平方毫米,可以用于高分辨率測量和高分辨率圖象傳輸,目前已經用在宇宙飛船中。
截至二十世紀,各國已向宇宙發射了地球資源衛星、氣象衛星、通訊衛星、科學衛星、電視衛星及偵察衛星等3000多顆衛星。我國大陸也陸續發射成功數十顆各種類型的人造衛星,并且已經成為上第三個掌握衛星回收技術的。這里應該指出的是,玻璃纖維功不可設。玻璃纖維及其制品,除用作衛星和地面站進行微波通訊用拋物面天線外,還用作宇航服、宇宙飛船的結構材料、燒蝕材料和隔熱材料。
據悉,全已經建造了很多的玻璃纖維膜材建筑物,較著名的有沙特阿拉伯的吉達國際機場候機室、美國龐蒂亞克的“銀頂體育場”、英國倫敦的“千禧宮”、意大利巴里市體育場、阿聯酋迪拜海灘旅館及馬來西亞的哥拉薩馬拉漢清真寺等。
美國杜邦公司在玻璃纖維布上涂敷聚四氟乙烯(PTFE),制成裸裝防化服。美國特列尼克公司用此布作化學實驗室的防酸簾、噴漆防護簾、化學品密封件等。土耳其玻璃纖維氟隆公司、印度烏爾佳產品公司的PTFE涂涂層玻纖布,在化工廠用作阻隔飛濺化學品和化學煙霧的防護簾及化工人員的防護服等。德國德拉格韋克公司還研制成功一種可用作防毒面罩的涂層織物,該織物是在玻纖布上涂覆聚氯乙烯和有機硅樹脂而制成。
荷蘭3C碳和陶瓷公司研制成功一種碳化的玻纖導電織物。在這種織物的每一根纖維上涂上幾納米厚的碳。碳賦于織物導電性能因而產生電阻,使織物充當一種電加熱介質,用于民用和工業加熱用途。
美國奧斯訂市電源公司還研制成功一種鉛玻璃纖維布電池。它是把傳統的鉛酸蓄電池的板柵改為鉛玻璃纖維布極板,而鉛布是用鍍鉛玻璃纖維紗織造而成。這種鉛布電池用于電動汽車在國外很受歡迎。另外,由于它能屏蔽射線,所以可以用作接觸射線的工作人員的防護服。
玻璃纖維及其制品還在核能技術開發中大顯身手,被稱為必不可少的絕緣材料、結構材料和絕熱材料。不含氧化硼的耐輻射玻璃纖維,已經用作核反應堆內探測器電纜的絕緣材料及其它高溫導線的絕緣材料。這種耐輻射玻璃纖維,在累計中子通量為1×1020中子/cm2、累計r射線劑量達1×1011倫琴、工作溫度達到550℃的長期輻照條件下,絕緣電阻仍然保持在106Ω/m,比石英纖維還高一個數量級。
總之,國外玻璃纖維品種多、發展快、技術含量高,已經完全滲入國民經濟各個工業部門,成為一種新型功能材料、結構材料和不可替代的可持續發展的高新技術材料。
3、開拓玻璃纖維新用途的途徑
眾所周知,玻璃纖維具有耐高溫、抗腐蝕、強度高、比重輕、吸濕低、延伸小及絕緣好等一系列優異特性。但是,它也有一些致命的弱點,那就是脆性大,既不耐磨,更不耐折。國外玻璃纖維之所以能達到當代如此廣泛的應用范圍,通過大量生產及應用實踐證明,那就是要大力發掘、運用并充分發揮玻璃纖維原有的一系列特性,再通過物理及化學方法,對其單絲或織物進行技術改性,使其擁有一系列新的特性。
3.1 在發掘、運用并充分發揮玻璃纖維原有一系列技術特性方面:
3.1.1 根據無堿玻璃纖維電絕緣性能好的特性,將玻璃纖維制品用作印制電路板及電機、電纜的包扎與填充材料;
3.1.2 根據玻璃纖維的耐化學腐蝕特性,將玻璃纖維制品用作各種過濾袋及空調配套設備;
3.1.3 根據玻璃纖維導熱性低及吸濕性小的特性,將玻璃纖維制品用作保溫隔熱材料及屋面防水材料;
3.1.4 根據玻璃纖維強度大及延伸率小的特性,將玻璃纖維制品用作輪胎簾子線、傳動帶、輸送帶及其它增強橡膠制品;
3.1.5 根據耐堿玻璃纖維耐堿性好、導熱性低的特性,將玻璃纖維制品用作增強水泥材料;
3.1.6 根據玻璃纖維強度大、導熱性低、延伸率小及吸濕性好的特性,將玻璃纖維制品用作增強石膏材料;
3.1.7 根據特種玻璃纖維所具有的各種優異性能,將玻璃纖維制品制成高硅氧玻璃纖維、高強度玻璃纖維、高彈性模量玻璃纖維、耐輻射玻璃纖維、低介電玻璃纖維、高介電玻璃纖維、半導體玻璃纖維及鍍金屬玻璃纖維等。
3.2 在通過物理及化學方法,對其單絲或織物進行技術改性方面:
隨著科技水平的不斷提高,對玻璃纖維制品的要求,除在特定環境下有足夠的強度、柔度和耐用以外,還需要有一些特殊性能。這些性能涉及更廣泛的物理性能,為力、電、熱、磁、光等;還涉及化學性能,為耐腐蝕性等。要想更好地滿足上述使用功能,就必須對玻璃纖維制品進行一系列改性處理。
所謂改性處理包括對玻璃纖維制品進行表面涂層處理或將玻璃纖維制品與其它材料進行復合加工,使制品多樣化。
玻璃纖維涂層制品,通常是玻璃纖維在內起力學結構作用,涂料在外滿足一些新型功能要求。根據不同性能要求,涂料可選用高分子材料、金屬材料或無機材料。
制品多樣化則包括對玻璃纖維不同形態,為紗、布、氈及其復合;還有加工方法的多樣化,為機織、針織、編織、非織造及其復合;及至更大范圍的規格,為不同的厚度、寬度及織物組織等等。這些改性處理的趨勢正在日新月異地發展中。
3.2.1 國內外一種傳統的方法,就是將玻璃纖維與熱固性樹脂或熱塑性樹脂,采用特殊工藝相結合,制成玻璃纖維增強熱固性塑料(俗稱玻璃鋼)或玻璃纖維增強熱塑性塑料制品。這種制品因為玻璃纖維被復合粘結在有機樹脂里,不會直接與其它材料產生摩擦,也不受彎折作用,故玻璃纖維脆性大、不耐磨、不耐折等弱點被完全掩蓋,而其強度大、重量輕、抗腐蝕、絕緣好等一系列特性卻得到了充分發揮。這種玻璃纖維增強塑料制品在對玻璃纖維我“揚長避短”方面,可算是一個典型的佳產品,產品用途越來越廣泛。
目前,常用的熱固性樹脂有不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、環氧樹脂及酚醛樹脂。常用的熱塑性樹脂有聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯――丙烯脯共聚體、聚碳酸酯及尼龍66等。
3.2.2 國外很多玻璃纖維織物在使用之前都要經過表面處理或再加工、為熱定紋、表面化學處理、涂層、貼面或機械處理等。
熱定紋就是用高溫固定織物的織紋,使張緊的徑、緯紗線產生松弛,減少相對位移,改善織物的回彈及手感。
化學處理就是通過浸漬等方式,賦予織物某各所需的性能,好偶聯劑處理、防水處理及抗堿處理等。
涂層就是在織物表面根據使用性能要求,涂覆瀝青、PVC、丙烯酸酯、硅橡膠或聚四氟乙烯等各種高分子材料,也可以是石墨、碳、sio2、Tio2、蛭石等無機材料,還可以是鋁、鋅、鉻等金屬材料。
復合就是通過粘貼及縫編,把玻璃纖維織物及短切氈、方格布、鋁箔、云母或其它薄膜材料等縫編或粘貼成雙維或多維復合制品。
機械處理就是用機械方式在玻璃纖維織物表面形成圈,以增強與基體材料的結合。
3.2.3 捷克圣戈班維托特克斯公司生產的RECO牌防水玻璃纖維布,是以單紗為經紗,膨體紗合股紗為緯紗而織成,平紋組織??棾珊螅涍^以聚醋酸乙烯酯為基,另加淀粉和憎水劑的表面處理劑處理,用作高瀝青含量的油氈基材。此油氈特別適用于平屋頂的防水、地下水的阻隔和地下鋼管的保護。
3.2.4 國外近期研制成功一種AMI處理電子布。這種新型電子布是在后處理工序中,對布面進行了偶聯劑處理后,再進行一次高性能樹脂層處理。所處理的樹脂是一咱水溶型功能性樹脂。它既可與已知成分的主樹脂進行反應。通過這種處理,使得覆有樹脂處理劑的電子布,在電子紗浸漬主樹脂的能力上,有了很大程度的提高。另外,經AMMI處理的電子布,由于通過樹脂處理,使電子布的編織結構固化定型,布面變得挺括,從而提高了電子布的加工性能,有利于改進覆銅板的尺寸穩定性及提高覆銅板制造中的合格率。同時,還可提高電子布的電絕緣可靠性。
此外,還有與低電電常數有機纖維混紡或混織的低介電常數電子布、不同捻向或不同捻度的新織物結構電子布、采用特殊熱處理工藝的過燒電子布以及在后處理劑中添加氧化鈦微粉、熒光增白劑及紫外線聚合引發劑等新組合的新功能電子布等等。
3.2.5 美國阿爾法聯合產品公司的一種吸聲布是單面涂覆聚氯乙烯的玻纖面,而美國聲學方案公司的一種吸聲毯,則是用聚氯乙烯涂層的玻纖布直直接接縫在玻纖或泡沫吸聲材料的雙面制成。其吸聲等級為NRC•85,其用途為工業減噪和幕墻、多功能室及體育館等場所的噪聲控制。
3.2.6 德國弗隆特克斯公司用聚四氟乙烯涂層玻纖布制作面包房的烘板、加拿大綠帶工業公司與土耳其纖維氟隆公司則用此布制作烘烤器皿的不粘盤面,而美國特科尼克公司的標準級聚四氟乙烯涂層玻纖布用作化學品、油類和氣體的密封件、中等涂層級玻纖布用作化學實驗室的洗瓶機配件等。
3.2.7 國外在玻纖布表面覆以抗靜電涂層,即形成具有導電特性的表面,可用在各種作業中消除靜電。抗靜電涂層一般是在聚四氟乙烯等涂料中,加入碳或石墨而形成,也可采用導電聚合物(如聚吡咯)作為涂料。
3.2.8 法國圣戈班技術織物公司用E玻璃纖維網布涂覆抗堿的聚丙烯酸酯涂料,用于混凝土橋面板、混凝土地基、澆灌水泥池底及橋樁修復,效果極好。
3.2.9 意大利將玻璃纖維網布與環氧或聚酯樹脂復合,用來保護大理石板,可承受斷裂、沖擊和彎曲應力。該技術稱為“加網”,在意大利獲得廣泛應用。
3.2.10 日本蠶毛公司和鐘紡公司用鍍鎳玻璃紗織成布,俄羅斯紡織科學院用化學方法在織好的玻纖布上涂金屬,美國BGF公司用鍍鋁的E玻璃纖維,通過熱粘方式制成導電氈(非織造布),還有一些公司則在玻璃纖維布上貼合鋁箔或金屬膜。這些與金屬復合的玻璃纖維制品被廣泛用于電磁干擾及射頻干擾屏蔽、雷擊防護等。
此外,用硅橡膠涂層玻纖布制成的防噴面可用在管道、設備連接處,防止漏泄噴出的高溫流體、酸液等造成人員或設備損害。用硅酮、氯丁橡膠、氯磺?;垡蚁┘膀问韧繉硬@w布,在焊接、切割、噴鍍及熱處理等熱工作業中,可用來保護人身和設備不受飛濺熔渣和火花的損害。
值得指出的是,由于人口的不斷增長,人類對食、能源和各種礦物資源的需求量也日益增長,地球上現有陸地資源越來越不能滿足人類的需要,而占地球70%的海洋,卻蘊藏著極其豐富的資源。據有關資料報道,海洋蘊藏著鈾礦達50億噸,碘礦800億噸,黃金及銅礦各100億噸。此外,海洋每年還可提供20億噸魚類、貝類和藻類食物。由于玻璃纖維具有的一系列優異特性,再加上徑高科技物理及化學方法處理后賦予的新功能,在未來人類向海洋進軍的漫長途中,玻璃纖維一定能大顯身手。近,印制電路行業協會秘書長王成基先生寫了一篇很有教育意義的文章。文章的標題是:“銘記歷史、落后挨打”。他說,翻開近代歷史,我們有過許多的辛酸和淚水――今天我們必須銘記歷史,我們必須努力強盛,國為今天上無論軍事、政治、經濟和文化仍然遵循著一條規律――落后要挨打。
2004年,我國大陸玻璃纖維總產量盡管已經達到65.25萬噸,成為玻纖第二生產大國,但是從玻璃纖維的生產技術水平,從自主知識產權及高新技術含量上看,我國與發達工業對比,還有很大的差距,為我國大陸玻璃纖維的品種、規格與用途還不及發達工業的十分之一。這意味著我國玻纖工業還沒有完全摘掉落后的帽子。因此,我國要實現玻璃纖維技術強國之夢,還需要走很長很長的路。
讓我們全行業與相關行業緊密攜手合作,努力拼搏,摘除落后帽子,快速奔向強盛。
眾所周知,玻璃纖維是無機非金屬材料中的一種新型功能材料和結構材料。由于它具有耐高溫、抗腐蝕、強度高、比重輕 、吸濕低、延伸小及絕緣好等一系列優異特性,在我國誕生四十七年來,除促使傳統工業、農業及建筑業等技術改造及產品更新換代外,目前已廣泛應用于電子、通訊、核能、航空、航天、兵器、艦艇及海洋開發、遺傳工程等高新技術產業,成為我國二十一世紀不可缺少的可持續發展的高新技術材料。
1、歷史的教訓值得注意
回顧我國玻璃纖維工業發展史,由于沒有根據玻璃纖維的特性,單純經濟觀點,盲目推廣應用,曾有過慘痛的教訓。
記得我國大陸玻璃纖維誕生初期,恰逢所謂“三年自然災害”期間。當時民用棉布全部憑票供應,十分緊缺。有的玻璃纖維生產廠家,從本企業經濟效益出發,借此機會大作廣告,買玻璃纖維布不收布票,大肆推銷庫存的玻璃纖維布。
當時,上海兩家大的商場――中百一店及永安公司的棉布柜臺上,賣起了玻璃纖維壽衣布及蚊帳布。由于玻璃纖維耐溫高,尸體穿上玻璃纖維壽衣,推進焚尸爐后不易火化,終于被殯儀館火葬工發現,才發出了禁用通告。另外,玻璃纖維既不耐折又不耐磨,而用作蚊賬,恰恰是天天既要折又要磨,被折斷和磨碎的玻璃纖維毛羽,不斷地飛揚掉落在赤臂露腿汗水淋淋的人身上,弄得渾身上下奇癢無比。一剎那廣為傳播,成為笑談。但在廣大市民的心目中留下了極壞的印象,幾乎是到了談玻璃纖維色變的程度。當然,這種商品立即退出了商場的柜臺,但使其它合理應用也受到阻礙。
目前,我國大陸玻璃纖維工業已發展到池窯拉絲法占主流地位,但十分遺憾的是還有一些小玻纖企業,為了牟取暴利,竟用陶土坩堝生產高堿玻璃纖維,用于玻璃鋼制品、增強石膏制品、增強水泥制品及管道包扎布等領域。原建材局、經貿委及玻璃纖維工業協會自1984年起,曾多次發文明令禁止,但還是久禁不止。
陶土坩堝拉出來的絲,直徑粗,且變化大,不勻率相當高。同時,高堿玻璃纖維的化學穩定性差、尤其是耐水、耐堿性更差、不絕緣、強度低,所以不能用作增強石膏、增強水泥制品,也不能用作普通玻璃鋼制品,更不能作電絕緣制品。
據悉,不久前,某市游樂場所高速運轉的大型玻璃鋼座船,因采用陶土坩堝生產的高堿玻璃纖維制作,結果發生粉碎性折斷事故,當時座船內兩個游客,一死一重傷。這是個血淋淋的教訓,應該引起全行業的高度重視。
2、外面的很精彩
據報道,目前國外玻璃纖維工業已經發展到擁有4000多個玻璃纖維品種,60000多個規格用途,并且還在以每年平均增長1000多個規格用途的速度向前發展,可以毫不夸張地說,它的“足跡”,已經上到九天“攬月”,下到五洋“捉鱉”。
國外玻璃纖維制品,按用途劃分基本上可以分為四大類:增強熱固性塑料用玻璃纖維增強制品、增強熱塑性塑料用玻璃纖維增強制品、增強瀝青用玻璃纖維增強制品及玻璃纖維紡織制品。
據悉,2003年玻璃纖維總產能已達到300萬噸,但實際生產總量為250萬噸。其中增強熱固性塑料用玻璃纖維制品約100萬噸,增強熱塑性塑料用玻璃纖維制品約70萬噸,還有增強瀝青用玻璃纖維增強制品及玻璃纖維紡織制品合計80萬噸。
從總體上看,國外玻璃纖維增強制品約占70-75%,玻璃纖維紡織制品只占25-30%。但是,必須指出的是,國外玻璃纖維紡織紗中有膨體紗、混紡紗、浸漬紗、膜材用紗、鋁液過濾紗、耐熱縫紉紗、高強度紗、高硅氧紗及高彈性模量紡織紗等。國外玻璃纖維織物中又有機織物、針織機、網格織物、縫編織物及多軸向織物等,是所有玻璃纖維制品中,品種規格多、發展速度快的一類玻璃纖維制品。
據國外報道,2000年全已擁有100多億臺各種類型的微型計算機,在各國國民經濟的各個部門和人們生活的各個方面廣泛應用。作為微型計算機的核心元件――負責制電路板的基礎材料,就是電子級玻璃纖維。由于微型計算機及其它電子工業的迅猛發展,對玻璃纖維的需求量也越來越大,年遞增量高達10-15%。采用玻璃纖維作工業計算機的數據傳輸線,其傳輸能力高。一根玻璃纖維光纜可以同時傳輸若干信號,還能抗電磁干擾,尤為可貴的是保密性好。
據稱,日本的富士通公司和德國的西門子公司在上先將玻璃纖維光纜用于工業電子計算機。此后,這兩家公司聯合研制的數字控制系統,就全部采用玻璃纖維光纜傳輸數據信息。采用玻璃纖維光纜的技術經濟指標要大大超過微波電路和載波電路。
玻璃纖維用于計算機,使人類處理信息的速度提高了六、七個數量級,它與傳統的信息傳輸介質對比,玻璃纖維的頻帶寬、信息容量大。在光通訊技術中,應用光波作為信息載體,它的頻率高達1013~1015赫,比微波還要高出1000多倍,一根直徑只有四毫米的玻璃纖維光纜能夠同時傳輸一萬路電話。另外,光導玻璃纖維的損耗小,中繼距離長。
美國康寧公司生產的單模光纖的損耗只有0.16dB/km,中繼距離可以達到30~35公里,而一般同軸電纜和海底電纜的中繼距離,分別只能達到2公里和5公里。尤為可貴的是光導玻璃纖維能抗干擾,且保密性好。光纖通訊不受外界電磁波干擾,信息不會失真,光纜內部光波相互之間不會串話,傳輸特性穩定可靠,不會產生電磁感應,所以不易補竊聽。
光纖還可以在狹小空間中進行測量。這是國為光纖的直徑可以小到100微米,具有可撓性。因此,可以在狹小的空間彎曲進行測量。美國杜邦公司已經研制成功一咱直徑僅200微光的光纖,其截面積小到10-2~10-5平方毫米,可以用于高分辨率測量和高分辨率圖象傳輸,目前已經用在宇宙飛船中。
截至二十世紀,各國已向宇宙發射了地球資源衛星、氣象衛星、通訊衛星、科學衛星、電視衛星及偵察衛星等3000多顆衛星。我國大陸也陸續發射成功數十顆各種類型的人造衛星,并且已經成為上第三個掌握衛星回收技術的。這里應該指出的是,玻璃纖維功不可設。玻璃纖維及其制品,除用作衛星和地面站進行微波通訊用拋物面天線外,還用作宇航服、宇宙飛船的結構材料、燒蝕材料和隔熱材料。
據悉,全已經建造了很多的玻璃纖維膜材建筑物,較著名的有沙特阿拉伯的吉達國際機場候機室、美國龐蒂亞克的“銀頂體育場”、英國倫敦的“千禧宮”、意大利巴里市體育場、阿聯酋迪拜海灘旅館及馬來西亞的哥拉薩馬拉漢清真寺等。
美國杜邦公司在玻璃纖維布上涂敷聚四氟乙烯(PTFE),制成裸裝防化服。美國特列尼克公司用此布作化學實驗室的防酸簾、噴漆防護簾、化學品密封件等。土耳其玻璃纖維氟隆公司、印度烏爾佳產品公司的PTFE涂涂層玻纖布,在化工廠用作阻隔飛濺化學品和化學煙霧的防護簾及化工人員的防護服等。德國德拉格韋克公司還研制成功一種可用作防毒面罩的涂層織物,該織物是在玻纖布上涂覆聚氯乙烯和有機硅樹脂而制成。
荷蘭3C碳和陶瓷公司研制成功一種碳化的玻纖導電織物。在這種織物的每一根纖維上涂上幾納米厚的碳。碳賦于織物導電性能因而產生電阻,使織物充當一種電加熱介質,用于民用和工業加熱用途。
美國奧斯訂市電源公司還研制成功一種鉛玻璃纖維布電池。它是把傳統的鉛酸蓄電池的板柵改為鉛玻璃纖維布極板,而鉛布是用鍍鉛玻璃纖維紗織造而成。這種鉛布電池用于電動汽車在國外很受歡迎。另外,由于它能屏蔽射線,所以可以用作接觸射線的工作人員的防護服。
玻璃纖維及其制品還在核能技術開發中大顯身手,被稱為必不可少的絕緣材料、結構材料和絕熱材料。不含氧化硼的耐輻射玻璃纖維,已經用作核反應堆內探測器電纜的絕緣材料及其它高溫導線的絕緣材料。這種耐輻射玻璃纖維,在累計中子通量為1×1020中子/cm2、累計r射線劑量達1×1011倫琴、工作溫度達到550℃的長期輻照條件下,絕緣電阻仍然保持在106Ω/m,比石英纖維還高一個數量級。
總之,國外玻璃纖維品種多、發展快、技術含量高,已經完全滲入國民經濟各個工業部門,成為一種新型功能材料、結構材料和不可替代的可持續發展的高新技術材料。
3、開拓玻璃纖維新用途的途徑
眾所周知,玻璃纖維具有耐高溫、抗腐蝕、強度高、比重輕、吸濕低、延伸小及絕緣好等一系列優異特性。但是,它也有一些致命的弱點,那就是脆性大,既不耐磨,更不耐折。國外玻璃纖維之所以能達到當代如此廣泛的應用范圍,通過大量生產及應用實踐證明,那就是要大力發掘、運用并充分發揮玻璃纖維原有的一系列特性,再通過物理及化學方法,對其單絲或織物進行技術改性,使其擁有一系列新的特性。
3.1 在發掘、運用并充分發揮玻璃纖維原有一系列技術特性方面:
3.1.1 根據無堿玻璃纖維電絕緣性能好的特性,將玻璃纖維制品用作印制電路板及電機、電纜的包扎與填充材料;
3.1.2 根據玻璃纖維的耐化學腐蝕特性,將玻璃纖維制品用作各種過濾袋及空調配套設備;
3.1.3 根據玻璃纖維導熱性低及吸濕性小的特性,將玻璃纖維制品用作保溫隔熱材料及屋面防水材料;
3.1.4 根據玻璃纖維強度大及延伸率小的特性,將玻璃纖維制品用作輪胎簾子線、傳動帶、輸送帶及其它增強橡膠制品;
3.1.5 根據耐堿玻璃纖維耐堿性好、導熱性低的特性,將玻璃纖維制品用作增強水泥材料;
3.1.6 根據玻璃纖維強度大、導熱性低、延伸率小及吸濕性好的特性,將玻璃纖維制品用作增強石膏材料;
3.1.7 根據特種玻璃纖維所具有的各種優異性能,將玻璃纖維制品制成高硅氧玻璃纖維、高強度玻璃纖維、高彈性模量玻璃纖維、耐輻射玻璃纖維、低介電玻璃纖維、高介電玻璃纖維、半導體玻璃纖維及鍍金屬玻璃纖維等。
3.2 在通過物理及化學方法,對其單絲或織物進行技術改性方面:
隨著科技水平的不斷提高,對玻璃纖維制品的要求,除在特定環境下有足夠的強度、柔度和耐用以外,還需要有一些特殊性能。這些性能涉及更廣泛的物理性能,為力、電、熱、磁、光等;還涉及化學性能,為耐腐蝕性等。要想更好地滿足上述使用功能,就必須對玻璃纖維制品進行一系列改性處理。
所謂改性處理包括對玻璃纖維制品進行表面涂層處理或將玻璃纖維制品與其它材料進行復合加工,使制品多樣化。
玻璃纖維涂層制品,通常是玻璃纖維在內起力學結構作用,涂料在外滿足一些新型功能要求。根據不同性能要求,涂料可選用高分子材料、金屬材料或無機材料。
制品多樣化則包括對玻璃纖維不同形態,為紗、布、氈及其復合;還有加工方法的多樣化,為機織、針織、編織、非織造及其復合;及至更大范圍的規格,為不同的厚度、寬度及織物組織等等。這些改性處理的趨勢正在日新月異地發展中。
3.2.1 國內外一種傳統的方法,就是將玻璃纖維與熱固性樹脂或熱塑性樹脂,采用特殊工藝相結合,制成玻璃纖維增強熱固性塑料(俗稱玻璃鋼)或玻璃纖維增強熱塑性塑料制品。這種制品因為玻璃纖維被復合粘結在有機樹脂里,不會直接與其它材料產生摩擦,也不受彎折作用,故玻璃纖維脆性大、不耐磨、不耐折等弱點被完全掩蓋,而其強度大、重量輕、抗腐蝕、絕緣好等一系列特性卻得到了充分發揮。這種玻璃纖維增強塑料制品在對玻璃纖維我“揚長避短”方面,可算是一個典型的佳產品,產品用途越來越廣泛。
目前,常用的熱固性樹脂有不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、環氧樹脂及酚醛樹脂。常用的熱塑性樹脂有聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯――丙烯脯共聚體、聚碳酸酯及尼龍66等。
3.2.2 國外很多玻璃纖維織物在使用之前都要經過表面處理或再加工、為熱定紋、表面化學處理、涂層、貼面或機械處理等。
熱定紋就是用高溫固定織物的織紋,使張緊的徑、緯紗線產生松弛,減少相對位移,改善織物的回彈及手感。
化學處理就是通過浸漬等方式,賦予織物某各所需的性能,好偶聯劑處理、防水處理及抗堿處理等。
涂層就是在織物表面根據使用性能要求,涂覆瀝青、PVC、丙烯酸酯、硅橡膠或聚四氟乙烯等各種高分子材料,也可以是石墨、碳、sio2、Tio2、蛭石等無機材料,還可以是鋁、鋅、鉻等金屬材料。
復合就是通過粘貼及縫編,把玻璃纖維織物及短切氈、方格布、鋁箔、云母或其它薄膜材料等縫編或粘貼成雙維或多維復合制品。
機械處理就是用機械方式在玻璃纖維織物表面形成圈,以增強與基體材料的結合。
3.2.3 捷克圣戈班維托特克斯公司生產的RECO牌防水玻璃纖維布,是以單紗為經紗,膨體紗合股紗為緯紗而織成,平紋組織??棾珊螅涍^以聚醋酸乙烯酯為基,另加淀粉和憎水劑的表面處理劑處理,用作高瀝青含量的油氈基材。此油氈特別適用于平屋頂的防水、地下水的阻隔和地下鋼管的保護。
3.2.4 國外近期研制成功一種AMI處理電子布。這種新型電子布是在后處理工序中,對布面進行了偶聯劑處理后,再進行一次高性能樹脂層處理。所處理的樹脂是一咱水溶型功能性樹脂。它既可與已知成分的主樹脂進行反應。通過這種處理,使得覆有樹脂處理劑的電子布,在電子紗浸漬主樹脂的能力上,有了很大程度的提高。另外,經AMMI處理的電子布,由于通過樹脂處理,使電子布的編織結構固化定型,布面變得挺括,從而提高了電子布的加工性能,有利于改進覆銅板的尺寸穩定性及提高覆銅板制造中的合格率。同時,還可提高電子布的電絕緣可靠性。
此外,還有與低電電常數有機纖維混紡或混織的低介電常數電子布、不同捻向或不同捻度的新織物結構電子布、采用特殊熱處理工藝的過燒電子布以及在后處理劑中添加氧化鈦微粉、熒光增白劑及紫外線聚合引發劑等新組合的新功能電子布等等。
3.2.5 美國阿爾法聯合產品公司的一種吸聲布是單面涂覆聚氯乙烯的玻纖面,而美國聲學方案公司的一種吸聲毯,則是用聚氯乙烯涂層的玻纖布直直接接縫在玻纖或泡沫吸聲材料的雙面制成。其吸聲等級為NRC•85,其用途為工業減噪和幕墻、多功能室及體育館等場所的噪聲控制。
3.2.6 德國弗隆特克斯公司用聚四氟乙烯涂層玻纖布制作面包房的烘板、加拿大綠帶工業公司與土耳其纖維氟隆公司則用此布制作烘烤器皿的不粘盤面,而美國特科尼克公司的標準級聚四氟乙烯涂層玻纖布用作化學品、油類和氣體的密封件、中等涂層級玻纖布用作化學實驗室的洗瓶機配件等。
3.2.7 國外在玻纖布表面覆以抗靜電涂層,即形成具有導電特性的表面,可用在各種作業中消除靜電。抗靜電涂層一般是在聚四氟乙烯等涂料中,加入碳或石墨而形成,也可采用導電聚合物(如聚吡咯)作為涂料。
3.2.8 法國圣戈班技術織物公司用E玻璃纖維網布涂覆抗堿的聚丙烯酸酯涂料,用于混凝土橋面板、混凝土地基、澆灌水泥池底及橋樁修復,效果極好。
3.2.9 意大利將玻璃纖維網布與環氧或聚酯樹脂復合,用來保護大理石板,可承受斷裂、沖擊和彎曲應力。該技術稱為“加網”,在意大利獲得廣泛應用。
3.2.10 日本蠶毛公司和鐘紡公司用鍍鎳玻璃紗織成布,俄羅斯紡織科學院用化學方法在織好的玻纖布上涂金屬,美國BGF公司用鍍鋁的E玻璃纖維,通過熱粘方式制成導電氈(非織造布),還有一些公司則在玻璃纖維布上貼合鋁箔或金屬膜。這些與金屬復合的玻璃纖維制品被廣泛用于電磁干擾及射頻干擾屏蔽、雷擊防護等。
此外,用硅橡膠涂層玻纖布制成的防噴面可用在管道、設備連接處,防止漏泄噴出的高溫流體、酸液等造成人員或設備損害。用硅酮、氯丁橡膠、氯磺?;垡蚁┘膀问韧繉硬@w布,在焊接、切割、噴鍍及熱處理等熱工作業中,可用來保護人身和設備不受飛濺熔渣和火花的損害。
值得指出的是,由于人口的不斷增長,人類對食、能源和各種礦物資源的需求量也日益增長,地球上現有陸地資源越來越不能滿足人類的需要,而占地球70%的海洋,卻蘊藏著極其豐富的資源。據有關資料報道,海洋蘊藏著鈾礦達50億噸,碘礦800億噸,黃金及銅礦各100億噸。此外,海洋每年還可提供20億噸魚類、貝類和藻類食物。由于玻璃纖維具有的一系列優異特性,再加上徑高科技物理及化學方法處理后賦予的新功能,在未來人類向海洋進軍的漫長途中,玻璃纖維一定能大顯身手。近,印制電路行業協會秘書長王成基先生寫了一篇很有教育意義的文章。文章的標題是:“銘記歷史、落后挨打”。他說,翻開近代歷史,我們有過許多的辛酸和淚水――今天我們必須銘記歷史,我們必須努力強盛,國為今天上無論軍事、政治、經濟和文化仍然遵循著一條規律――落后要挨打。
2004年,我國大陸玻璃纖維總產量盡管已經達到65.25萬噸,成為玻纖第二生產大國,但是從玻璃纖維的生產技術水平,從自主知識產權及高新技術含量上看,我國與發達工業對比,還有很大的差距,為我國大陸玻璃纖維的品種、規格與用途還不及發達工業的十分之一。這意味著我國玻纖工業還沒有完全摘掉落后的帽子。因此,我國要實現玻璃纖維技術強國之夢,還需要走很長很長的路。
讓我們全行業與相關行業緊密攜手合作,努力拼搏,摘除落后帽子,快速奔向強盛。










































