玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料,是以高岭土、叶腊石、石英砂、石灰石等天然矿石为原料,按一定的配方,经高温熔制、拉丝、络纱等数道工艺制造而成,其单丝的直径为几个微米到二十几个微米,相当于一根头发丝的二十分之一到五分之一,每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维种类繁多,优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好,机械强度高,但缺点是性脆,耐磨性差。
玻璃纤维及其生产原料
那么,坚硬的石头怎么变成细如发丝的纤维?好浪漫的创意,又神奇得像魔术,到底是怎么实现的呢?
玻璃纤维最初也是由国外引进,20世纪20年代末,美国经济出现大萧条,然而就在大萧条爆发之前,美国政府出台了一条奇葩法令:禁酒令,一禁就是十四年,贯穿整个大萧条始终,酒瓶生产商纷纷陷入困境。欧文斯伊利诺斯公司是当时美国最大的玻璃瓶制造商,也只能眼睁睁看着一个个玻璃熔炉被熄火。这时一位贵人——Games Slayter,他偶然经过一台玻璃熔炉,发现一些溢出的液态玻璃被吹成纤维状。Games好像牛顿被苹果砸中脑袋,玻璃纤维从此登上了历史舞台。一年后,第二次世界大战爆发,常规材料匮乏,为满足军用战备的需求,玻璃纤维成为替代品。人们渐渐地发现这种年轻的材料有质量轻、强度高、绝缘性好、保温、隔热等一系列优点。于是,坦克、飞机、武器、防弹衣等等都用上了玻璃纤维材料。
玻璃纤维的生产工艺主要有坩埚拉丝法和池窑拉丝法,早期玻璃纤维的生产工艺主要是坩埚拉丝法,其中陶土坩埚法已被淘汰,代铂坩埚法则需两次成型,就是先把玻璃原料经过高温熔制成玻璃球,然后将玻璃球二次熔化,高速拉丝制成玻璃纤维原丝。这种工艺具有能耗高、成型工艺不稳定、劳动生产率低等弊端,目前这种生产方式基本已经被淘汰,只有少量特殊成份玻璃纤维材料还在沿用。如今大型玻璃纤维材料生产厂家均采用池窑拉丝法—将各种原料在窑炉中熔化后,直接经通路至专用漏板,拉制出玻璃纤维原丝。这种一次成型方法具有能耗低、工艺稳定、产量质量提高等优点,使玻璃纤维工业迅速实现了规模化生产,被业界誉为“玻纤工业的一次技术革命”。
玻璃纤维是替代钢材、木材、石材等传统材料的新一代复合材料,是国家战略性新兴产业,对国家经济发展与转型升级有着重要意义。如今,玻璃纤维及其复合材料的应用已经被拓展到了各行各业,它“上天入地,无所不能”, 在航空航天和交通运输领域,可以用来制作飞机雷达罩、发动机零件、机翼部件及其内饰材料、汽车车身、汽车座椅及高铁车身/结构、船体结构等;它“上得了厅堂,下得了厨房”, 在节能环保和体育休闲领域,可以用来制作风电叶片和机组罩、空调排风扇、土木格栅,以及高尔夫球杆、乒乓球拍、羽毛球拍、船桨桨板、滑雪板等;它“能粗能细,灵活切换”, 在建筑和电子信息领域,可以制作复合材料墙体、保温纱窗、FRP钢筋、桥梁梁体、高速公路路面、化工容器、防腐格栅、防腐管道等等。
总而言之,玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料,已经在建筑与基础设施、汽车与交通、化工、环保、电子电气、船舶与海洋等国民经济各个领域大展拳脚,实惠于民。长远来看,随着我国“一带一路”战略的持续推进,中东、亚太基础设施的加强和改造,对玻璃纤维的需求将日益上升,玻璃纤维行业的前景仍然乐观,尤其是随着玻璃纤维的应用领域逐步扩展到风电市场,未来玻璃纤维产品作为新材料在国内的应用领域将会越来越宽广,市场仍然具有非常大的发展空间。