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FRP玻璃鋼復(fù)合材料論壇

標(biāo)題: 高強(qiáng)玻璃纖維的發(fā)展和應(yīng)用 [打印本頁(yè)]

作者: ljq020122 時(shí)間: 2009-10-14 10:51
標(biāo)題: 高強(qiáng)玻璃纖維的發(fā)展和應(yīng)用
前言
1938年，美國(guó)歐文斯—科寧公司發(fā)明了E玻璃纖維。后應(yīng)美國(guó)空軍的需求開(kāi)發(fā)了一種比E玻纖強(qiáng)度和模量更高玻璃纖維，因其強(qiáng)度較高，取名為S玻纖。S玻纖比常規(guī)E玻纖拉伸強(qiáng)度提高30％～40％，彈性模量提高15%～20%。1968年推出商用化產(chǎn)品S－2玻纖。1998年后，S－2玻纖由AGY公司生產(chǎn)和銷售。
法國(guó)的圣戈班集團(tuán)的維托特克斯公司開(kāi)發(fā)出了商標(biāo)為R（或RH）高強(qiáng)玻纖；日本的日東紡織株式會(huì)社，板旭子公司也分別開(kāi)發(fā)出了牌號(hào)或商標(biāo)T及U高強(qiáng)玻纖，前蘇聯(lián)的波洛茨克公司（現(xiàn)白俄羅斯）生產(chǎn)牌號(hào)BMIl高強(qiáng)玻纖。
南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院，上世紀(jì)70年代起成功開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的HS系列高強(qiáng)玻璃纖維，產(chǎn)品性能接近或達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平。
高強(qiáng)玻璃纖維作為先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)基材，最初主要用于航空、航天、兵器等國(guó)防軍工領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)水平進(jìn)步及世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高強(qiáng)玻纖在民用一般工業(yè)領(lǐng)域如電機(jī)行業(yè)、風(fēng)力產(chǎn)業(yè)、壓力容器增強(qiáng)、高強(qiáng)格柵、汽車行業(yè)、體育休閑器材、海上石油管道、建筑補(bǔ)強(qiáng)得到了廣泛應(yīng)用。
近年來(lái)，隨著需求的不斷增加，高強(qiáng)玻纖在北美、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展較快，年需求自2004年以來(lái)，均以每年25％以上的速度遞增，國(guó)外高強(qiáng)玻纖主要由美國(guó)AGY公司生產(chǎn)，其生產(chǎn)及銷售量占全世界的80％以上。在我國(guó)，高強(qiáng)玻纖作為國(guó)家鼓勵(lì)重點(diǎn)發(fā)展的新材料，被列入國(guó)家科技部、財(cái)政部、稅務(wù)總局共同組織編制的《中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品目錄》，中材科技股份有限公司也新建了年產(chǎn)1000t高強(qiáng)玻纖生產(chǎn)線，為日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求提供有利保障。
1 高強(qiáng)玻纖的化學(xué)成分
Si02－Al203－MgO或SiO2－Al203－CaO－MgO是高強(qiáng)玻璃系統(tǒng)主要體系，各種高強(qiáng)玻璃成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不盡相同，但其中主要氧化物的含量均比E玻纖高，其中Al203的含量均在25％左右。高強(qiáng)玻纖的化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)下表1。

2 高強(qiáng)玻纖的性能
高強(qiáng)玻纖與常用E玻纖相比具有下列主要六大特點(diǎn)：拉伸強(qiáng)度高，彈性模量高剛性好，斷裂伸長(zhǎng)量大抗沖擊性能好，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐高溫，抗疲勞特性及雷達(dá)透波性能好。
2.1 高強(qiáng)玻纖的拉伸強(qiáng)度及彈性模量
高強(qiáng)玻纖的拉伸強(qiáng)度，彈性模量分別比E玻纖提高了30％～40％和16％～20％以上。用高強(qiáng)玻纖制成的復(fù)合材料其強(qiáng)度及模量比E玻纖制成的復(fù)合材料分別高近50％。
2.2 耐沖擊性能
斷裂伸長(zhǎng)率表示纖維抗沖擊變形的能力，是材料耐沖擊的重要指標(biāo)，高強(qiáng)玻纖的斷裂伸長(zhǎng)量大于5％，和芳綸纖維、碳纖維相比，其在一定應(yīng)力下形變能力最大，能充分吸收沖擊能量，該特性決定高強(qiáng)纖維可以作為一種比較理想的防彈材料。
2.3 耐疲勞特性
高強(qiáng)玻纖的耐疲勞性能比E玻纖高出10倍以上，該特性決定用高強(qiáng)玻纖制成的復(fù)合材料具有更長(zhǎng)的工作壽命。
2.4 化學(xué)穩(wěn)定特性
高強(qiáng)玻纖具有高的化學(xué)穩(wěn)定性，其水煮，酸洗，堿洗后強(qiáng)度保持率比E玻纖高。
2.5 耐高溫性能
高強(qiáng)玻纖在比E玻纖更高的溫度下熔制而成，具有較高的軟化點(diǎn)，通常高強(qiáng)玻纖要比E玻纖更耐100～150℃。
3 高強(qiáng)玻纖制品
高強(qiáng)纖維制品分為直接制品和復(fù)合制品兩類，直接制品分為高強(qiáng)玻纖紗線，合股無(wú)捻粗紗，直接無(wú)捻粗紗，高強(qiáng)玻纖布，單向布，無(wú)捻粗紗布等等。
3.1 紡織紗
國(guó)外高強(qiáng)玻纖有捻紗以9μm68 tex的單捻紗為主，也有少量的9μm33 tex的單捻紗和合股紗，浸潤(rùn)劑分為淀粉型，直接增強(qiáng)用硅烷型。紡織紗主要用于供應(yīng)玻纖織布廠家。我國(guó)高強(qiáng)紗主要模仿前蘇聯(lián)的產(chǎn)品以8μm的直接增強(qiáng)細(xì)紗為主。

3.2 無(wú)捻粗紗
高強(qiáng)無(wú)捻粗紗通常由直徑9μm以上原絲來(lái)合股而成，其浸潤(rùn)劑分別適用環(huán)氧、酚醛、乙烯基等樹(shù)脂基體。值得一提的是AGY公司在2000年以后推出ZenTron及VeTron的兩種牌號(hào)的直接無(wú)捻粗紗。
3.3 高強(qiáng)玻纖布
國(guó)外高強(qiáng)玻纖廠家通常自身不織布，而是將紡織紗供應(yīng)給專業(yè)的織布廠商來(lái)織造高強(qiáng)布。
除上述規(guī)格的高強(qiáng)玻纖布外，BGF和HEXCEL公司還制造一些規(guī)格的高強(qiáng)單向布和無(wú)捻粗紗布。
中材科技股份有限公司除可以向市場(chǎng)提供高強(qiáng)紗之外，也生產(chǎn)下列規(guī)格的高強(qiáng)玻纖布。
4 高強(qiáng)玻纖的主要應(yīng)用領(lǐng)域
4.1 航空、航天
目前高強(qiáng)玻纖在世界航空領(lǐng)域中占20％～30％市場(chǎng)，常見(jiàn)的材料有GLARE層板，S玻纖單向預(yù)浸料以及S玻纖細(xì)紗布。其用途作為飛機(jī)內(nèi)裝材料，地板，艙門，機(jī)翼前緣；雷達(dá)罩：副油箱；直升飛機(jī)機(jī)翼等等。
4.2 國(guó)防軍事、警用器材
高強(qiáng)玻纖斷裂伸長(zhǎng)量大抗沖擊性能好，高強(qiáng)玻纖的斷裂伸長(zhǎng)量大于5％使之能成為吸收能量的理想材料，高強(qiáng)無(wú)捻粗紗方格布和酚醛樹(shù)脂復(fù)合制成高強(qiáng)玻纖復(fù)合材料層壓板可以用于各種軍事或民用目的防彈裝甲。
4.3 一般民用工業(yè)
4.3.1 汽車工業(yè)
利用高強(qiáng)玻纖的耐高溫性能；用作SilenteX消音器填料減少噪聲；高強(qiáng)玻纖與橡膠材料復(fù)合制作同步帶，這種同步帶用在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)比金屬鏈更耐高溫、耐腐蝕。
4.3.2 壓力容器增強(qiáng)
高強(qiáng)玻纖可以直接用于纏繞各種高壓氣瓶（醫(yī)療、煤礦、消防、登山體育用），或者和碳纖維一起使用，增強(qiáng)氣瓶的抗沖擊力和耐磨擦性能。
4.3.3 電機(jī)行業(yè)
傳統(tǒng)換向器加強(qiáng)環(huán)多為金屬環(huán)，不僅強(qiáng)度低（只有400MPa），也不絕緣，采用高強(qiáng)玻纖生產(chǎn)的加強(qiáng)環(huán)不僅具有良好的絕緣性能，強(qiáng)度也可以達(dá)到800～1200MPa，是鋼環(huán)的2～3倍，能確保轉(zhuǎn)子軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，對(duì)漆包線起到固定作用。
4.3.4 高強(qiáng)格柵
高強(qiáng)玻纖強(qiáng)度高，耐腐蝕性能好，用于生產(chǎn)超長(zhǎng)跨距格柵，其縱向筋條的間隔可以非常大。國(guó)內(nèi)客戶生產(chǎn)的高強(qiáng)格柵產(chǎn)品通過(guò)美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)測(cè)試，在海洋石油平臺(tái)，人行通道，船甲板，地鐵。煤礦等緊急逃生通道或救生場(chǎng)所得到廣泛的應(yīng)用。
4.3.5 風(fēng)力發(fā)電
據(jù)國(guó)外研究，單臺(tái)風(fēng)力機(jī)組的發(fā)電量和風(fēng)力葉片的長(zhǎng)度的平方成正比，這就要求風(fēng)力葉片尺寸能盡量的長(zhǎng)，以提高發(fā)電效率降低發(fā)電成本。葉片的大型化就要求葉片本身剛性硬度高，以避免在強(qiáng)風(fēng)時(shí)葉片彎曲變形和塔身相碰。現(xiàn)在研究表明：E玻纖的理論設(shè)計(jì)極限葉片長(zhǎng)度50米左右，因此我有理由相信隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展高強(qiáng)纖維必將會(huì)得到應(yīng)用。
4.4 體育、休閑行業(yè)
高強(qiáng)玻纖作為纖維增強(qiáng)材料用來(lái)制作滑雪板和沖浪板、游艇、帆船等陸上及水上項(xiàng)目用品；也可以用來(lái)制作釣竿、曲棍球棍、棒球和壘球棒等等。

中材科技南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院特種纖維工程師聯(lián)系電話：025-51198109（林工）

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