玻纖產業織物的發展
0 前 言
產業用紡織品按照美國Sabit Adanur教授所作的定義為：“用于許多非紡織行業的產品、制造過程和配套服務中專門設計的工程類紡織結構材料。”產為用紡織品的歷史可以追溯至幾千年以前，但只是在20世紀前半葉化學纖維發明之后，才徹底改變了產業用紡織品的功能?；瘜W纖維作為一種材料具有很多其他材料無可比似的功能，它強度高、彈性好、均勻、耐化學性好、耐磨損、耐腐蝕、阻燃，它們可能在同一產品中具有多種優異的優性；柔軟、有彈性又有很高的強度。而且化纖紡織技術已十分成熟，它包括眾多可變因素，如：聚合類型、纖維種類和結構、紗線品種和結構、織物的加工辦法以及多種織造參數，這些可變因素的組合可以構成各種各樣的形態和性能，加之可以采用涂層、疊層、復合等不同的反加工辦法，可以做成適合多種用途的產品，這就使產業用紡織品領域大大擴展。而玻璃纖維的出現，更將產業紡織品推進一個新時代。
玻璃纖維是一種新型的工程材料，具有不燃、耐腐蝕、耐高溫、吸濕小、伸長小等優良性能，在電氣、力學、化學以及光學等方面也有優良的特性，因此在各行業廣泛應用。在短短的60年間，玻璃纖維制品的應用已覆蓋工業、建筑、交通、信息通訊、生態環保等多個領域。隨著先進玻璃纖維池窯拉絲生產工藝的掌握和產量劇增，我國已名副其實地成為玻璃纖維生產大國。
1 玻璃纖維產業織物
1.1 玻璃纖維增強材料[-page-]
在玻璃纖維的總產量中，約有70%用作復合材料的增強材料，其中主要用于塑料增強，玻璃纖維增強塑料(即玻璃鋼)是以合成樹脂為基體，以玻璃纖維及其制品為增強材料制成的，具有優良的比強度、剛度、耐氣候性、耐腐蝕性和耐用性；幾乎可設計可塑造成任何所需形狀，大大減少了組裝零件數量，節省模具費用。通過不斷創新，玻璃鋼用作工程材料的地位日益穩固，在取代傳統材料，發揮減輕重量、節省能量、集中功能、提高設計靈活性之作用方面成效卓著，成為材料科學的重要分支。
1.1.1 汽車、火車和船艇方面的應用
玻璃鋼用于汽車車身的大優點是減輕重量。與鋼材相比，玻璃鋼能使很多部件減重35%之多。其他特性還有；剛度高，能量吸收性好；不銹，防腐、不易產生壓痕和擦傷；設計靈活等。汽車工業是玻璃鋼大的市場之一，采用玻璃鋼的汽車部件有：進氣歧管、發動機罩、保險杠、橫梁、車門板、儀表板、隔熱板等。
隨著高速鐵路的出現，各種列車也越來越多地使用玻璃鋼部件，如車頭、車頂、地板、側框、門框等。使用玻璃鋼部件的軌道車輛有：高速火車、輕軌列車和地鐵，主要優點有：減輕重量，降低能耗；使剎車和啟動時能耗降低；提供優良的強度和剛度性能指標；在樹脂中添加阻燃劑，具有防火性能，保證乘客安全；能吸收火車的大量振動，增加乘客的舒適度等。
玻璃鋼適用于各種船只的設計和制造，其特點是重要輕、強度高、耐腐蝕、防水浸、維護量小。
1.1.2 建筑和基礎設施方面的應用[-page-]
玻璃鋼在建筑領域有數不清的應用。近10年來，舊建筑和基礎設施的加固、修復和翻新已成為一種重要工程。由于長期荷載、氣候老化、腐蝕、環境降解、不良設計或施工、缺乏維修以及天災或事故等原因引起的建筑結構如橋面、梁、柱、房屋、停車場等的老化給玻璃纖維或碳纖維增強塑料(FRP)帶來機遇。FRP補強修復技術已成為提高原有混凝土、鑄鐵和鋼結構能力的主要方法，被結構工程師們視為建筑業中一種新的、前景很好的行業。
在加固技術獲得成功的基礎上，進一步應用FRP進行新的建設。這方面已有不少成功的范例，特別是步行橋的建設。
混凝土是上用得文學的建筑材料，但它有一個重的缺陷；當它的壓縮強度較高的時候，其拉伸強度則非常有限。通常利用鋼筋來克服這一缺點，但是在腐蝕性很強的環境中，鋼的腐蝕是一個大問題。鋼筋腐蝕會導致混土開裂和剝落，終引起構筑物毀壞。用玻璃鋼代替鋼做混凝土筋材，具有重量輕、屈服強度和彈性模量高、不生銹、耐腐蝕、防磁性能好等優點。
1.1.3 能源開發方面的應用
能源開發是玻璃鋼較新的應用市場，主要有風力發電、海上采油采氣等。
風能是上發展快的能源技術，是無污染的清潔的能源。風力發電依靠渦輪機完成，其中渦輪機葉片是關鍵部件。由于增強塑料在重量、強度、氣動彈性及其他性能方面的優點，它能與風力渦輪機的操作條件相匹配。玻璃鋼葉片已廣泛用于岸上和海上的風力發電項目。葉片制造商采用的玻纖原材料有短切原絲氈、連續原絲氈、無捻粗紗、單向和多軸向的縫編布和機織布等。
海上石油和天色氣的開采是前景廣闊的工業，也是玻璃鋼的新興市場，玻璃鋼產品耐腐蝕、耐紫外線照射、耐熱阻燃、輕質高強，這些特性都符合海上苛酷環境的要求。目前玻璃鋼應用有：海上鉆井平臺和承載結構、含水液體的輸送管道(玻璃鋼在海上成功的應用)、電纜橋架、蓄電池箱。[-page-]
1.1.4 航空航天方面的應用
復合材料已在航空航天飛行器上獲得多種應用，如飛機機身、機翼、內裝件、火箭和導彈發動機殼體、導彈彈藥箱、噴管、雷達罩和壓力容器等。由于剛度關系，航空結構的外部通常多用非玻璃纖維的增強材料，但較小飛機的外部機身則可用玻璃纖維增強。玻璃鋼在航空器中的成功應用是商用飛機的內部器件，如波音747飛機上層客艙的艙頂板等。
在航天和軍事工程方面，玻璃鋼早就用作火箭、導彈的外殼或其發動的外殼。
玻璃鋼還在人造地球衛星和電視衛星等方面獲得了應用。
1.2 玻璃纖維過濾材料
玻璃纖維制品作為過濾材料，特別是在高溫氣體過濾方面占有重要一席。以紙、機織物、氈(蓬公氈、棉氈、針刺氈等)以及覆膜為主要形態，用于不同含污染物和要求凈化的氣體過濾，目前已大批量用于碳黑、水泥、冶金工業以及焚燒煙氣的除塵凈化。同時，也用于人防工程、防毒工具、車輛空調的空氣過濾和超凈化室的空氣處理，并可以使過濾兼有殺菌、除異味效果。近，還人有開發了可用吸收環境污染物的玻璃纖維織物?；诓ＡЮw維制品的化學穩定性和高的過濾率，也被用于潤滑油、重水、飲料等液體的過濾凈化。超細玻璃纖維還被用于生產實驗室用精品過濾器。
1.3 其他
玻璃纖維是性能非常優異的電氣絕緣材料，在電氣、電子產業用作云母片、漆布，層壓板、覆銅板和絕緣帶、套管以及電、光纜材料等。
玻璃纖維可在一些領域替代功能較差和有害的傳統材料，如玻璃纖維可代替石棉等有害材料。[-page-]
玻璃鋼纖維及其制品可為制造安全、舒適的居住環境出力，可直接在醫療領域服務于人體健康。
玻璃纖維在各個領域的應用非常廣泛，是覆蓋面廣的產業用紡織品。
2 玻纖產業技術的發展
玻璃纖維作為一種新興工業，自20世紀30年代末期誕生以來，歷經60余年，有了很大發展。作為應用廣泛的產業紡織品，玻璃纖維的發展史本身就是生技術不斷提高和產品應用領域不斷擴大兩大因素始終相互促進的過程。
2.1 生產技術不斷提高
1937年，美國成立了Owens Corning玻纖公司，上從此開始了玻璃鋼纖維商品化生產，近一個世紀的時間，玻璃纖維已經從20世紀30年代末期的球法坩堝拉絲發展到如今的池窯拉絲并大卷裝，并積數十年來的生產實踐與科學研究的成果，對玻璃纖維單絲或織物進行涂覆或表面化學處理，或改變單絲直徑，采用不同的織物結構，從而有效改善玻璃纖維脆性大、既不耐磨、更不耐折的致命缺點。
國外生產廠家在改善玻璃纖維性能方面作了大量的研究，并且取得了可喜的成果，他們不僅在前道拉絲工序采用不同的浸潤劑對單絲進行化學涂敷，而且在后道織布工序采用不同的偶聯劑對織物進行表面化學處理，不同的浸潤劑與不同的偶聯劑就是不同用途的產品。僻如有一種超細玻璃纖維織物，它的單絲直徑為3.8μm，國外稱為“貝它”紗。由于纖維直徑極細，故它的柔軟性特別好。它比開士米軟7倍，比的確涼棉布軟14倍，比一般工業用的9μm玻璃纖維軟36倍，手感柔軟，耐皺折，可用作宇航服及充氣層頂材料。日東紡績株式會社就是根據用戶提出的特殊要求，專門設計不同的浸潤劑與偶聯劑配方，做到一個配方對應一種用途。[-page-]
國內玻璃纖維行業由于很快推廣池窯拉絲規模生產新技術，使玻璃纖維的產量迅速提高。目前連續玻璃纖維年產量已超過35萬t，礦物棉產量也達45萬t以上，成為上玻璃纖維生產大國之一。2004年，我國玻璃纖維行業整體發展態勢如積蓄多年的火山，強勁噴發。玻纖工業結構調整呈現巨大成效，玻纖生產總量65.25萬t。這一驕人的數字讓國外同行刮目相看。2004年進出口額實現11.53億美元，全年進出口貿易順差1.24億美元。全行業經濟效益在幅提高，實現利潤10億元幣，與去年相比增長50%。
2.2 產品應用領域不斷擴大
目前，國外玻璃纖維行業已經發展到3000多個玻璃纖維品種，50000多個規格，每種規格都有一種用途相對應。國外玻璃纖維產品按用途劃分基本上可分為四大類：增強熱固性塑料用玻璃纖維增強材料、增強熱塑性塑料用玻璃纖維增強材料、增強瀝青用玻璃纖維增強材料及玻璃纖維紡織材料。其中玻璃纖維增強材料約占70%~75%，玻璃纖維紡織材料只占25%~30%，而國內玻璃纖維增強材料只占約30%。
玻璃纖維與1935年問世的聚酯樹脂結合，誕生了“增強塑料”，而二次大占更是刺激了玻璃纖維增強塑料的發展，批玻璃鋼產品如防擊穿氣體貯罐、雷達罩、人體鎧甲、軍用飛機和陸地運輸用輕重量部件應時而生。戰后，研發重點從軍用轉到民用，釣魚竿是批消費產品之一，汽車、船艇產品也陸續占領市場。玻璃纖維、樹脂和成型技術都隨著時代進步而不斷改進和革新，使玻璃鋼工業得以迅速發展。從20世紀60年代到新千年的開始，美國玻璃鋼平均年增長率為7%(美國玻璃鋼用量接近總用量的一半)，其他大多數地區的年增長率為3%以上。[-page-]
除了汽車、船舶等傳統產品外，玻璃鋼風力發電機風輪葉片、拉擠玻璃鋼門窗、玻璃鋼筋材、玻璃鋼雷達罩、連續成型玻璃鋼瓦及板材和混凝土結構的修復補強均是玻璃鋼新應用領域。
玻璃纖維過濾材料作為玻璃纖維紡織材料應用較廣的用途之一，近來也有很大發展。從1932年歐文斯-伊利諾思公司次將玻璃纖維用于強制通風窯爐收塵，發展到如今的覆膜濾料，玻璃纖維過濾材料對環保事業功不可沒。
我國的玻璃纖維濾料和濾袋與袋式除塵技術是同步發展的。20世紀50年代初，還沒有濾料生產廠。市場也沒有專用的濾料商品。從60年代起，南京玻璃纖維院與北京建材院都分別開展了玻璃纖維過濾材料的研究開發工作，特別是南京玻璃纖維陸軍開發成功的玻璃纖維后處理工藝技術具有旺盛的生命力，現已發展了連續玻璃纖維平幅過濾布、玻璃纖維針刺氈、玻璃纖維復合氈、玻璃纖維覆膜濾料等品種。
除了這些傳統領域外，玻璃纖維還在許多領域發揮作用。玻璃纖維可用做吸聲隔音材料、絕熱材料、建筑防水材料、工程建筑材料和光導材料等。其中玻璃纖維作為光導材料大大改善了人類的生產與生活。
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各個方面廣泛應用。作微型計算機的核心元件--印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他電子工業的迅猛發展，對玻璃纖維用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。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，玻璃纖維頻帶寬，信息容量大。[-page-]
光纖還可以在狹小空間中進行測量，這是因為光纖的直徑可以小到100μm，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種直徑僅200μm的光纖。其截面積小到10-2~10-5mm2，可以用于高分辨率測量和高分辨率圖像傳輸，目前已經用在宇宙飛船中，在光通訊技術中，應用光波作為信息載體，它的頻率高達1013~1015Hz，比微波還高1000多倍，一根直徑只有6mm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。
據稱，日本的窗上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。美國康寧公司生產單模光纖的損耗只有0.16dB/km，中繼距離可以達到30~35km，而一般同軸電纜和海底電纜的中繼距離分別只能達到2km和5km。尤為可貴的是光導玻璃纖維能抗干擾，且保密性好。光纖通信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，所以不易被竊聽。
近，光纖在太陽能傳輸的應用為人類解決能源危機帶來福音；光化學納米Tio2光催化技術可用于分解難于降解的有機污染物，并能殺死細胞和病毒，在給水、廢水處理和殺菌消毒等領域有著廣闊的應用前景，具有潛在的高效性和經濟性。
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y射線劑量達1*1011倫琴、工作溫度為550℃的長期輻照條件下，絕緣電阻仍能保持在106Ωm，比石英纖維還高一個數量級。還有一種含氧化鉛的玻璃纖維，由于能屏蔽射線，所以可以用作接觸射線的工作人員的防護服。[-page-]
另外，由于人口的不斷增長，人類對食物、能源和各種礦物資源需求量也日益增長，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上述資源。據資料介紹，海洋蘊藏鈾礦達50億t、碘礦800億t、黃金及銅各100億t。此外，海洋每年還可提供20億t魚類、貝類和藻類食物。由于玻璃纖維具有一系列優異特性，在人類向海洋進軍中，玻璃纖維將可大顯身手。如海底石油及礦產開采，可用玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)作開采設備的結構材料和輸送管道、儲油罐及浮洞等，還可用作鉆機的摩擦制動材料及治理海洋污染的凈化設備等等。
截至20世紀，世辦各國已向宇宙發身了地壞資源衛星、氣象衛星、通訊衛星、科學衛星、電視衛星及偵察衛重等3000多顆衛星。我國也陸續發射成功數10顆各種類型的人造衛生，并且已經成為上第三個掌握衛星回收技術的。這是應該指出的是玻璃纖維功不可沒。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。
3 結束語
材料工業是現代化科學技術進步和經濟發展的基礎，新材料的開發利用代表了一個的科技和經濟發展水平。玻璃纖維作為應用廣泛的產業用紡織品，由于具有技術含量高、勞動生產率高、產品性能獨特和用途廣泛特點，在國民經濟的各個領域得到了廣泛應用，成為許多行業和部門不可缺少的一種新型材料，一直保持著持續高速增長的發展勢頭，是目前上發展速度快的新興行業之一。目前，先進的非織造材料和產業用紡織品已占纖維制品總量的40%~50%左右。非織制材料的生產技術已是纖維制品生產的三大加工技術之一，成為衡量一個和地區纖維制品加工工業發展水平和工業化程度的重要標志。[-page-]
美國、西歐一些不但是玻璃纖維的生產大國，也是玻璃纖維生產強國，他們不但工藝齊全、相對產量大，更主要的是技術水平先進，品種多，質量高，是玻璃纖維發展的代表。
英國的玻璃纖維年產量為25萬t左右(包括玻璃棉和連續玻璃纖維)。玻璃棉市場由建筑工業主宰，而連續玻璃纖維則主要用于交通運輸、建筑和電子工業。
法國的圣戈班則深入亞太地區，極力擴大市場，除了在韓國、印度、東南亞以及澳大利亞和新西蘭建立企業和市場外，近年又進入日本和。在日本與板硝子公司建立合資企業，并在日本津市建立研究中心，在杭州的合資企業于2003年秋投產第二座現代化池窯，在市場實現圣戈班增強材料部的新技術開發成果。杭州廠除了生產無捻粗紗、短切原絲氈等產品外，還在幫助推廣圣戈班的技術織物產品如增強砂輪布、干墻接縫帶等。據稱在杭州的圣戈班人員、亞洲專家和日本津市研發中心的共同努力導致了產品的服務質量的提高。使其能夠更好地適應亞洲用戶的需求。
我國玻纖近幾年有很大發展，但現行玻璃纖維產品結構中，初級和中、低檔產品多，深加要和高、精產品少。從而，產值低，效益差，不能滿足國內、外市場對高新玻璃纖維制品的要求，我們還應該供鑒國外的經驗為我所用，推動產品結構調整，使行業自身實現新型工業化，走向合理的發展之路。
