玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料，它是以天然礦石為原料，按設計的配方進行配比后，進行高溫熔制、拉絲、絡紗、織布等工序最后形成各類產品。具有強度大，彈性模量高，伸長率低，電絕緣性好、耐腐蝕等優(yōu)點，通常作為復合材料中的增強材料、電絕緣材料和絕熱保溫材料等，廣泛應用于國民經濟的各個領域。
 

　　玻璃纖維的分類方法很多。一般可從玻璃原料成分、單絲直徑、纖維外觀、生產方法及纖維特性等方面進行分類。以玻璃原料成分分類，是目前最為通俗的一種方法，主要用于連續(xù)玻璃纖維的分類。以不同的堿金屬氧化物含量來區(qū)分，堿金屬氧化物一般指氧化鈉、氧化鉀，由純堿、芒硝、長石等物質引人。堿金屬氧化物是普通玻璃的主要組分之一，其主要作用是降低玻璃的熔點。但玻璃中堿金屬氧化物的含量愈高，它的化學穩(wěn)定性、電絕緣性能和強度都會相應降低。因此，對不同用途的玻璃纖維，要采用不同含堿量的玻璃成分。從而經常采用玻璃纖維成分的含堿量，作為區(qū)別不同用途的連續(xù)玻璃纖維的標志。根據玻璃成分中的含堿量，可以把連續(xù)纖維分為如下幾種：
 

　　無堿纖維(通稱E玻璃)：R2O含量小于0.8%：是一種鋁硼硅酸鹽成分。它的化學穩(wěn)定性、電絕緣性能、強度都很好。

　　中堿纖維(C玻璃)：R20的含量為11.9%-16.4%，是一種鈉鈣硅酸鹽成分，因其含堿量高，不能作電絕緣材料，但其化學穩(wěn)定性和強度尚好。
 

　　高堿纖維：R2O含量等于或大于15%的玻璃成分。一般采用碎的平板玻璃、碎瓶子玻璃等作原料拉制而成。現在國家已經禁止生產此類產品。

　　無堿和中堿玻璃纖兩類產品的產量占目前玻纖總產量的98%以上，是用途最廣泛的兩類產品，在玻纖業(yè)內，玻璃纖維就泛指無堿和中堿產品，下面簡要從性能、生產工藝和應用領域方面對二者做簡單對比。

　　玻璃纖維紗線的強度取決于單纖維的強度，單纖維的強度與其化學組成相關。國際上都是以新生態(tài)纖維的強度來代表玻璃的強度，所謂新生態(tài)纖維是指玻璃熔體流經拉絲漏板漏嘴后剛形成的纖維。此時的纖維尚未遭受空氣中水分的侵蝕，纖維表面微裂紋的數量和尺寸都極小，此時測得的強度較真實。無堿、中堿2種玻璃的新生態(tài)纖維拉伸強度。

　　無堿玻璃的強度高于中堿玻璃。影響玻璃強度的因素很多，主要有化學成分、纖維直徑、存放時間及環(huán)境等。對于實際生產中的玻璃纖維產品來說，其強度除與上述因素有關外還與玻璃熔化質量、成型工藝及裝備、浸潤劑的種類和品質有很大關系。
 

　　彈性模量和斷裂伸長率也是反映材料性能的重要指標，玻璃纖維彈性模量高、伸長小、并且沒有塑性伸長，這是玻璃纖維的特性。彈性模量和斷裂伸長率主要取決于玻璃成分，與纖維直徑關系不大。
 

　　1.2化學穩(wěn)定性

　　化學穩(wěn)定性是指玻璃抵抗水、酸、堿等介質侵蝕的能力。通常以受介質侵蝕前后的質量損失、析出的堿量及進入侵蝕介質中的玻璃組分、強度損失和直徑減少率等指標來衡量。
 

　　無堿玻璃在水中的失重和析堿量都低于中堿玻璃，表明無堿玻璃的耐水性優(yōu)于中堿玻璃。
 

　　在酸性溶液中，中堿玻璃的失重遠低于無堿玻璃，說明中堿玻璃的耐酸性明顯優(yōu)于無堿玻璃。
 

　　無論是失重還是溶出硅離子濃度，無堿玻璃都高于中堿玻璃，可以看出中堿玻璃的耐堿性略好于無堿玻璃。
 

　　目前無堿和中堿玻纖的生產工藝大體分為兩種，一種是池窯法，另一種是坩堝法。以下就原料配方及原料種類、熔制工藝和拉絲成型三個主要工藝環(huán)節(jié)加以簡單比較。
 

　　無堿成分是指堿金屬氧化物含量小于1%的硼鋁硅酸鹽玻璃成分，以SiO2、Al2O3、CaO三元系統(tǒng)為基礎，國際上通常叫做“E”玻璃。最初是為電氣應用研制的，但今天無堿玻璃纖維的應用范圍已遠遠超出了電氣用途，成為一種通用配方。表6給出了目前國際通用的無堿玻璃配方。

　　無堿玻璃纖維的主要原料為：葉臘石，引入Al2O3和Si02;硼鈣石，引入B2O3和CaO;石灰石，引入CaO。輔助原料：純堿，引入R2O3;芒硝，作為助熔劑，同時引入R20;螢石，助溶劑，同時引入CaO和F-。

　　中堿玻璃成分是在Na20—CaO—SiOz三元系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的鈉鈣硅酸鹽玻璃，1964年我國中堿玻璃5#成分投入工業(yè)生產，因其具有較好的化學穩(wěn)定性和力學性能，至今仍是我國中堿玻璃的通用成分。

　　中堿玻璃的主要原料為：石英砂，引入SiO2;鈉石，引入Si02、A1203、Na20;白云石，引入CaO和Mg方解石，主要引入CaO FezO3;純堿，主要引入R20。輔助原料為：螢石，助溶劑，同時引入CaO和F-;硝酸鈉，助溶劑，同時引人Na2O;氧化砷，氧化劑，引人As2O3。

　　無堿和中堿玻璃的熔制主要采用單元窯和馬蹄焰窯兩種窯型，單元窯一般應用于無堿池窯拉絲工藝，馬蹄焰窯一般作為纖維用玻璃球窯，也有少數作為中堿池窯拉絲工藝的窯型。
 

　　目前池窯直接拉絲法生產的無堿玻纖產量已超過玻纖總產量的70%，池窯拉絲工藝已經成為無堿玻纖的主要生產工藝。無堿池窯拉絲用窯為單元窯，它是一種窯池狹長，用橫穿爐膛的火焰燃燒的窯爐，通常是用金屬換熱器對熱能進行回收利用。在單元窯內的玻璃熔化、澄清行程長，比其他窯型在窯內停留時間長，適合熔制難熔和質量要求高的玻璃。無堿單元窯的主要燃料為天然氣、重油和液化石油氣。表8給出了無堿池窯拉絲用單元窯的主要技術指標。

　　中堿玻璃纖維目前以坩堝法生產為主，約占中堿產品總產能的75%，2008年中堿玻纖的產量約為47萬噸，其中池窯法12萬噸，坩堝法35萬噸。中堿坩堝法拉絲是以中堿玻璃球為原料，中間玻璃球是通過玻璃球窯熔制生產的，中堿球窯一般為馬蹄焰池窯。馬蹄焰窯屬蓄熱室池窯，蓄熱室布置在窯爐前端，火焰覆蓋面積大，火焰形狀為馬蹄型。池窯直接拉絲法生產中堿玻纖近幾年也有較快發(fā)展，窯型也多為馬蹄焰窯，目前全國在產的池窯已有6座。因中堿玻璃含堿量較高，單位玻璃液熔化能耗要低于無堿，可以用熱值較低的發(fā)生爐煤氣為燃料，這就大大降低了生產成本，天然氣、重油和液化石油氣也中堿玻璃熔制的主要燃料。

　　電助熔和鼓泡工藝在無堿單元窯和中堿馬蹄焰窯中都已廣泛應用，純氧燃燒技術已經在無堿單元窯上逐步應用，節(jié)能效果明顯，環(huán)保效益顯著。
 

　　玻璃纖維進入工業(yè)化生產以來，所采用的成型工藝方法總的可以分為球法坩堝拉絲和池窯法直接拉絲兩大類，目前高檔無堿纖維都采用池窯法直接拉絲工藝生產;中堿玻纖以球法坩堝拉絲為主。兩種成型工藝位置線基本相同，坩堝拉絲工藝線為單層布置，池窯拉絲工藝位置線為雙層布置。中堿球法坩堝拉絲一般采用200—800孔的小漏板。增強型無堿池窯拉絲工藝目前都采用1600—6000孔的大漏板。

　　3 應用領域

　　玻璃纖維工業(yè)經過六十多年的發(fā)展，目前有四大類玻纖產品，即增強熱固性塑料(FRP)用玻纖材料、增強熱塑性塑料(FRTP)用玻纖材料、屋面防水用玻纖材料以及紡織型玻纖材料。

　　FRP、FRTP用玻纖材料屬于玻璃鋼復合材料工業(yè)用基材。玻璃鋼復合材料工業(yè)是玻璃纖維的最大市場，其玻纖用量約占玻纖制品總量的70%-80%。世界玻璃鋼復合材料的主要應用領域所占分額分分別為：交通工具29%、建筑工程19%、工業(yè)、農業(yè)16%、電氣/電子13%、其它23%。

　　屋面防水用玻纖材料，目前全世界用于屋面防水用材料的玻璃纖維約為40萬噸，主要是各種玻纖氈產品。

　　紡織型玻纖材料主要應用在電子、電氣工業(yè)、過濾織物、增強塑料織物、耐高溫織物、裝飾織物等方面。
 

　　上述四大類玻纖產品都有無堿和中堿產品，總的來說，無堿玻纖比中堿玻纖在品質上略高一檔，目前各個應用領域的高檔產品都是無堿玻纖，中堿產品在對纖維性能要求相對不高的領域應用較多，如普通纏繞、拉擠和手糊等傳統(tǒng)玻璃鋼產業(yè)。