玻纖生產導入納米技術的設想

     我國納米技術、納米材料的科研水平目前已處于前列，其科研成果在某些領域應用后，進展速度、發展勢頭令人鼓舞。但納米材料的檢測技術和方法以及加工和應用給環境帶來的影響，還要深入研究。因此它的產業化還需要兩年甚至更長時間的艱苦實踐。在玻璃纖維生產工藝和玻纖新品開發過程中，能否采用納米技術和納米材料，以充分發揮它的小尺寸效應、量子效應、表面積效應和界面效應，從而產生出奇異和反常的特性，以改善玻纖生產工藝和產品性能？本文旨在提出一些大膽的假設，希望與業界同仁特別是年輕的科技工作者一起細心求證，共同探索玻纖生產工藝技術新領域。 

　　一、采用納米材料，提高玻纖配合料的熔化速度和玻璃液的質量。 

　　單元熔窯的任務是將玻纖原料配合料在高溫下（1500℃以上）熔化成具有準光學純的高質量玻璃液。為了提高熔化速度、降低燃料消耗、提高窯爐的面積熔化率，保證玻璃液達到拉絲要求，目前已有技術是采用微分配料，難熔原料如石英砂、葉蠟石粉的顆粒度如超過325目，篩余1％，其顆粒平均直徑為44微米左右。假設這些難熔氧化物能夠由現在的微米級，通過采用納米技術將其加工成納米級顆粒，其表面效應將發揮到極致，這樣的配合料在熔化過程中是否會產生難以估量的效率呢？當然，現在還不可能將大批粉料加工成納米級的，是否可以先將一些小料如助熔劑、氟化合物、硼化合物、含鋰化合物等加工成納米材料，采用特殊技術將其均勻混合到配合料中，也許會產生更好的助熔效果。 

　　二、采用納米燃油添加劑，節約重油減少污染。 

　　北京大學留美博士李正孝教授已經研究開發出納米燃油添加劑，在使用重油鍋爐上做了工業性試驗，節油率達22％，還可以降低排污量，玻纖單元熔窯熔化部一般采用重油或天然氣燃料。如果采用納米燃油添加劑，不但節約油料，減少污染，同時還有可能提高燃燒溫度和火焰質量，以達到提高窯爐熔化率、改善玻璃液質量、減少環境污染的目的。 

　　三、采用納米級強化相，提高鉑銠合金的高溫持久強度和抗高溫蠕變性能。 

　　鉑銠合金漏板是池窯拉絲技術中玻璃纖維成型的關鍵技術裝備。目前漏板的孔數已從400孔發展到2000孔、4000孔、6000孔。由于在1400℃的高溫下，鉑金屬再結晶和晶粒長大而發生軟化，漏板強度下降并發生蠕變，限制了它的使用壽命，加入銠金屬可以提高漏板高溫強度，但當銠的含量超過20％時，其效果就不明顯了，反而會影響漏板加工性能。為了解決上述問題，目前已開發了鋯彌散強化鉑銠合金技術，在鉑銠合金中均勻分布著細小難熔的鋯氧化物或其它氧化物顆粒，阻止了合金在高溫和應力作用下晶界的位移和晶粒的長大，有很好的高溫結構穩定性，提高了高溫持久強度和抗蠕變性能以及抗高溫腐蝕性，提高了漏板的運行壽命。假設采用納米技術將難熔氧化物如強化相ZrO2加工成納米材料，使其顆粒直徑達納米級，并將其均勻彌散分布在鉑銠合金中，充分發揮納米材料的特性，可能大大提高合金漏板的使用效果和運行壽命，使拉絲成品率增加，生產成本降低。 

　　四、運用納米技術和納米材料，克服玻璃纖維的脆性。 

　　玻璃纖維是一種脆性材料。它之所以能夠具有拉絲、紡織等等加工性能，主要取決于玻璃成分、纖維直徑、浸潤劑配方和表面處理劑選擇。以無堿玻纖為例，其原絲直徑都是微米級的，從3微米到24微米，單纖維直徑越細，它的紡織加工性能和柔軟性能越好。美國研制的玻纖貝它紗，纖維直徑3微米，經過單絲涂層和織物表面處理，可以作為宇航員的防火服。歐洲一些廠商已研制成功耐磨的玻纖沙發套、床罩、窗簾等防火性能較好的裝飾材料。但都未能從根本上改善玻纖的脆性弱點。假設采用特殊技術制成納米級直徑的玻璃纖維，就有可能取得理想的效果。而制成這么細的纖維就要有一系列成型技術裝備的創新，從原料、熔化、漏板、拉絲機、浸潤劑等等配套研制，將是一個復雜的系統工程，每一個環節都需要采用新的技術。 

　　目前現實和有效的方法是在拉絲浸潤劑配方中，采用納米材料。浸潤劑的作用是潤滑、保護、黏結、集束、防靜電以及為玻纖制品后加工和應用提供各種特性。其所依據的理論基礎主要是表面物理化學及黏結理論等。而納米材料的引入，有可能在玻璃纖維單絲表面發揮界面效應，以提高其柔軟性能和強度，為制品深加工和擴大應用領域，提供無限的發展空間。當然這僅僅是一種假設，選用什么樣的納米材料，如何應用，還有待實踐。相信總有一天玻璃纖維的脆性會得到更大程度的改善。 

　　五、采用納米材料改進玻纖制品的后處理。 

　　玻璃纖維制品種類繁多，用途廣泛，但萬變不離其宗，隨用途不同必須進行多種多樣的表面處理、涂層和復合技術。假如采用某些納米材料加入到處理劑配方中，充分發揮其表面效應，可能使玻纖制品性能達到質的飛躍。既然出現了納米涂料、納米陶瓷、納米塑料，為什么不能研制出含有納米材料的后處理技術呢？例如各種氈材的黏結劑、多種涂層制品的涂層材料中添加多種不同的納米材料，以獲得優異性能，滿足國內外市場的多種需求。 

　　前不久已經成立了納米科技指導協調委員會，正在制定納米科技發展綱要，科學研究院有近20個研究所，有50個大學參與納米技術研究工作，以納米技術為先導的試驗室已經成立。我們玻璃纖維行業的廣大科技人員，也應當勇于創新，在納米材料的研究與應用方面有所突破，開拓前進。