玻璃纤维王移丽新疆大学大学纺织与服装学院，新疆乌鲁木齐830046摘要玻璃纤维是现代纺织行业重要的纤维材料之一,因其具有优异的性能在现代社会中得到广泛的应用。

概述现有对玻璃纤维进行表面处理的方法并对玻璃纤维的应用前景做了简要的展望。

关键词玻璃纤维；制备；性能；应用；表面处理引言玻璃纤维是无机非金属材料中的一种新型功能材料和结构材料。

由于具有耐高温性能好、抗腐蚀性强、强度高、吸湿性低、延伸小及绝缘性好等一系列优异特性，目前已广泛应用于电子、通讯、核能、航空、航天、兵器、舰艇及海洋开发、遗传工程等高新技术产业，成为我国21世纪不可缺少的可持续发展的高新技术材料。

1概述1.1玻璃纤维的概况玻璃纤维工业自1938年创立以来，其产量、生产工艺、品种规格和应用领域在不断发展，自20世纪60年代,玻璃纤维在飞机上就获得了应用,但由于当时的价格昂贵、工艺性能欠佳等原因,未能获得进一步的发展和重视。

后来随着技术的改进和应用领域的扩大,玻璃纤维越来越多地用于军事方面,特别是航天、航空工业,约占航天航空用的增强纤维中的67.7%。

随后,其应用范围日益扩大,如体育器具、建筑构件、轻工制品、化工管道、车工业、医疗器械、舟艇船舰等都已普遍采用玻璃纤维及其复合材料。

自20世纪80年代以来,其年均增长率高达10%左右。

1.2玻璃纤维的结构玻璃纤维是无定形的无机材料,由氧化硅及其它氧化物组成。

硅、硼、磷等元素的氧化物构成网络结构,而钠、钾、钙、镁等金属氧化物中的金属离子,填入网络中的空隙,对玻璃的性质起着重要作用,其中微量金属离子,如钛、铍等元素起到改性剂的效果,使玻璃纤维具有所要求的特性。

硅酸钠玻璃纤维的结构如图1所示[1]。

图1硅酸钠玻璃纤维结构示意图1.3玻璃纤维的分类1.3.1按其化学组成分类（1）无碱玻璃纤维：是指化学组成中碱金属氧化物含量0%～2%的铝硼硅酸盐成分的玻璃纤，其特点是具有良好的电气绝缘性，耐水性、机械强度都比较好，广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维，也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维，其缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境，称为E-玻纤。

（2）中碱玻璃纤维：是指化学组成中金属氧化物含量为8%～12%左右的钠钙硅酸盐体系的玻璃纤维，其耐酸性好，机械强度为无碱玻璃纤维的75%左右，广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，其价格低于无碱玻璃纤维。

这类玻璃纤维常选用含硼、钙高，含碱低的成分，耐水、耐酸性较强，称为C-玻纤。

（3）高碱玻璃纤维：是指化学组成中金属氧化物含量为14%～17%的钠钙玻璃体系的玻璃纤维，这种玻璃纤维含碱量高，故机械强度较差、耐水性差、耐酸性好。

其原料来源方便，还可利用平板、瓶罐等碎玻璃制成，成本低廉，可作蓄电瓶隔离片、管道包扎布、沥青油毡基布等。

这种玻璃纤维因碱含量较高，称为A-玻纤。

（4）特种玻璃纤维：它是指化学组成适应特殊用途的玻璃纤维，如高弹性模量玻璃纤维(M-玻纤）引入BeO、Li 2O、ZrO 2、TiO 2、；防辐射玻纤引入PbO、ZrO 2、BeO、Ta 2O 5、WO 3等。

1.3.2按其纤维形态分类（1）连续玻璃纤维：它是指熔融玻璃液从漏板小孔流出后，由外力拉引成无限长的无机纤维。

一般单丝直径为3～9m的细纤维可供纺织加工成玻璃纱、布、带等；单丝直径为10～19m的纤维可制成无纺或少纺制品，如无捻粗纱、布、薄毡等；还有大部分连续纤维用来增强聚合物复合材料。

由于连续纤维基本都要经过纺织加工，所以又称纺织玻璃纤维。

（2）定长玻璃纤维：它是指长度有限，一般为300～500mm左右，俗称长棉。

可做成毛纱并加工成毛纱织物，也可做成薄毡，用作防水材料、过滤材料及隔热材料。

（3）玻璃棉：玻璃棉也是一种定长纤维，其长度在150mm左右或者更短；形态上蓬松，类似棉絮，也称短棉。

可用离心力或气流喷吹制得玻璃棉。

纤维直径小于3mm的称超细绵，3～6mm的称细棉，可制成棉毡、板、纸等制品，是高效能的保温材料。

2玻璃纤维的制备按照不同的玻璃纤维要求,把硅砂、石英、硼酸及粘土等原料按不同的比例混合,送入高温炉中融炼,制成玻璃熔融体,靠自重从喷丝板的小孔中流出,冷却成形的同时,快速地卷绕而得到玻璃长纤维。

典型的生产装置如图2所示。

这种方法类似于化学纤维的熔融纺丝,炉中的熔融温度随玻璃的成分不同稍有变化,一般在1100℃～1300℃左右。

玻璃短纤维用长丝切断法制成,也可由熔融玻璃直接从喷嘴中吹出,在高速气流下玻璃熔体细化冷却,发生断裂,收集吹落的玻璃短纤维即可,也常称为玻璃棉[2]。

图2玻璃纤维的生产装置图[3]3玻璃纤维的性能与应用3.1玻璃纤维的性能3.1.1物理性能表1给出了玻璃纤维、碳纤维和部分常用纺织纤维及金属材料的主要性能[4]。

表1玻璃纤维与其他纺织纤维及金属材料的主要性能材料种类密度（g/cm 3）断裂强度（N）伸长率（%）玻璃纤维2.541370～14702～3棉 1.5255～6867～10蚕丝 1.25392～520 1.3～31锦纶 1.1444～58826～32碳纤维 1.82790～3100 1.5～1.6铝 2.7127～1774～8钢7.8363～44120～30由表1可以得出，玻璃纤维的物理性能主要包括四个方面：（1）断裂强度。

与普通纺织产品相比，玻璃纤维所具备的断裂强度较强，其拉伸强度显著，而在重量相等的情况下，玻璃纤维所具备的断裂强度要比普通的金属如钢丝等高出3倍以上。

（2）硬度。

与锦纶相比，玻璃纤维所具备的硬度要高15倍，而这种高强度的硬度通常与其自身的脆性进行有机结合，进而产生较明显的低弯曲阻抗性。

（3）密度。

与有机纤维材料相比，玻璃纤维所具备的密度比较高，但与金属纤维相比，玻璃纤维所具备的密度则相对比较低。

（4）尺寸稳定性。

与其他纤维产品相比，玻璃纤维所具备的身长度比较低，仅有3%，因此其很难随着温度的变化而变化，其尺寸具备较高的稳定性。

3.1.2化学性能作为无机纤维中重要的材料，玻璃纤维不仅具备较高的耐热性，且其自身无法进行燃烧，因此可以作为有效的绝热保温材料，这是玻璃纤维与其他纺织纤维的不同之处。

玻璃纤维所具备的导热系数通常比较小，比其他纺织纤维要小很多，因此其可以充当重要的隔热工具，如容器隔热或管道隔热。

同时玻璃纤维可有效阻抗酸或碱等入侵，其受腐蚀性化学产品的影响较小。

在玻璃纤维中，其所具备的电性能与其自身存在的化学成分有着密切的关系，而其自身的碱氧化物是决定其电性能的主要因素之一。

此外玻璃纤维还具有耐老化、防腐、防霉、抗紫外线辐射等性能。

3.2玻璃纤维的应用3.2.1玻璃纤维在电工绝缘领域的应用电工绝缘材料根据JB/T2197-1996电气绝缘材料产品分类可分为8大类,而与玻璃纤维相关的就有6类,这也就足以说明玻璃纤维在这一领域中的应用之广。

这6类材料包括:（1）绝缘浸渍制品:由玻璃纤维布、套管、无纺绑扎带等经浸渍或涂覆绝缘漆制成,用于电机、电器的包扎绝缘、相间绝缘、绝缘保护和衬垫等等。

（2）玻璃纤维增强塑料层压制品:是以无碱玻璃纤维为增强材料,酚醛、环氧树脂等热固性树脂为基材而制成的材料,用于电机变压器、电工仪表、电子设备等,其中印制电路板用的覆铜箔层压板就是其中的一种。

（3）玻璃纤维模塑料：如BMC(散状模塑料)、DMC(团状模塑料)、CMC(片状模塑料)等，在高压开关中用作绝缘隔板、提升杆等,在空气开关和家用电器的外壳以及各种阻燃支撑绝缘件中都有用到。

（4）云母制品：云母带、云母板、云母箔等用作电机或高压电机的绝缘器件。

（5）绝缘粘带和复合制品：用于绝缘绑扎。

（6）电磁线：用于绕线电机、电器、电工仪表的绕组和线圈以及大型电机、汽轮发电机的绕组材料[5]。

3.2.2玻璃纤维在环境领域的应用生态环境是人类生存和发展所必须的生态因素玻璃纤维因其优良的各项性能在大气、水、生物、土壤等环境领域均有着较为广阔的应用。

（1）玻璃纤维制品作为过滤材料，特别在高温气体过滤方面占有重要一席。

以纸、机织物、毡(蓬松毡、棉毡、针刺毡等)及复膜形态，用于不同含污染物性质和要求净化程度的气体过滤、已大批量用于碳黑、水泥、冶金工业以及焚烧烟气的除尘净化。

也用于人防工程、防毒工具,车辆空调的空气过滤和超净化室的空气处理,还可以使过滤兼有杀菌、除异味效果。

最近还开发了可用来吸收环境污染物的玻纤织物。

基于玻纤制品的化学稳定性和高的过滤效率，也被用于润滑油、重水、饮料等液体的过滤净化。

超细玻璃纤维还被用于生产系列实验室用精品过滤器。

（2）在地理环境保护方面应用开发有：和有机纤维材料结合加工成土工材料用于防水土流失；将玻纤喷洒在地上可形成弹性的多孔毡，从而保护刚播种的农田免遭冲刷；玻璃棉毡做为无土栽培的载体使制品具有更好的性能，满足更广泛的使用要求。

（3）使玻纤成为介质、催化剂、试剂和生物的载体，从而在蓄电池，精细化工及生物试验、检测等领域使用。

（4）利用玻纤在增强材料中导光、导电性随应力，温度的变化，作为“机敏”材料，从而推动复合材料更经济、安全乃至智能化的使用。

3.2.3玻璃纤维在生物医学领域的应用由于玻璃纤维的优良性能使玻璃纤维织物具有强度高、不吸湿、尺寸稳定等特点，因而可在生物医学领域用作矫形和修复材料、牙科材料、医用器材等。

（1）光导玻璃纤维在医疗方面的应用有：用传光束、传像来对人体器官的内窥检查和辅助治疗，包括刺激穴位、止血、切开组织、灼烧病变组织等，运用光纤维对血液进行光照射，以稀释血液；用于光固化补牙等。

（2）玻璃纤维试纸。

基于其化学稳定性和抗菌性,可用作试剂载体，与专用试剂一起做成试条，用于检查,如血液组分检查等；也可用作过滤血液，如从血液中滤除白细胞和固体组成,也用于分离血浆和血清;还在一些对人体血、液、尿的检验专用仪器中使用。

（3）外、骨科。

医用绷带，玻纤编织成具有延伸性带,浸渍专用树脂当作绷带，缠在伤处固定骨肢,克服了敷石膏的麻烦和副作用；玻纤复合材料人造骨正在积极开发中，一些无毒不会引起炎性反应又具有骨生物活性的复合材料已通过动物试验,证明有理想的生物相容性，与原骨之间结合强度比不锈钢还高,预期会获得应用。

3.2.4玻璃纤维增强材料的应用在玻璃纤维的总产量中，约有70％用作复合材料的增强材料，其中主要用于塑料增强。

玻璃纤维增强塑料（即玻璃钢）是以合成树脂为基体，以玻璃纤维及其制品为增强材料制成的，具有优良的比强度、刚度、耐气候性、耐腐蚀性和耐用性，其主要应用方面有：（1）汽车、火车和船艇方面的应：用玻璃钢用于汽车车身的最大优点是减轻重量。

与钢材相比，玻璃钢能使很多部件减重35%之多。

其他特性还有：刚度高，能量吸收性好，不锈，防腐，不易产生压痕和擦伤，设计灵活等。

汽车工业是玻璃钢的最大市场之一，采用玻璃钢的汽车部件有：进气歧管、发动机罩、保险杠、横梁、车门板、仪表板、隔热板等。