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坚硬石头如何变成玻璃纤维?

来源:中国复合材料学会  发布时间:2018年01月21日

  玻璃纤维的由来

  玻璃纤维最初是由国外引进

  20世纪20年代末,美国大萧条,政府出台了一条奇葩法令:禁酒令,一禁就是十四年,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许多优点——质量轻、强度高、绝缘性好、保温、隔热。于是,坦克、飞机、武器、防弹衣等等都用上了玻璃纤维。

  如何定义?

  玻璃纤维是以高岭土、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。其单丝直径在几微米到二十几微米之间,相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ,每束纤维原丝由数百根甚至上千根单丝组成。

  我国玻璃纤维工业的兴起

  我国玻璃纤维工业兴起于1958年。经过60年的发展,改革开放前主要服务于国防军工,之后转向民用,并获得迅速发展。

  

  玻璃纤维的生产工艺

  早期坩埚拉丝法

  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,先把玻璃原料高温熔制成玻璃球,然后将玻璃球二次熔化,高速拉丝制成玻璃纤维原丝。

  这种工艺的弊端有能耗高、成型工艺不稳定、劳动生产率低等,目前除少量特殊成份玻纤还沿用这种方法外,基本已经被淘汰。

  池窑拉丝法

  如今大型玻纤生产厂家均采用这种方法(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)。

  一张图get池窑拉丝工艺

  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,使玻纤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”。

  玻璃纤维的用途

  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。

  它“上天入地,无所不能”,为我们的航空航天事业和交通运输行业添砖加瓦;它“上得了厅堂,下得了厨房”,在“高大上”的节能环保领域有它,在“接地气”的体育休闲领域也有它;它“能粗能细,灵活切换”,不但符合建筑建材的坚硬标准,还能满足电子电器的精密要求。

  神奇如你——玻璃纤维!

  飞机雷达罩、发动机零件、机翼部件及其内饰地板、门、座椅、辅助油箱等。

  汽车车身、汽车座椅及高铁车身/结构、船体结构等。

  风电叶片和机组罩、空调排风扇、土木格栅等。

  高尔夫球杆、乒乓球拍、羽毛球拍、船桨桨板、滑雪板等。

  复合材料墙体、保温纱窗、FRP钢筋、卫浴、门板、顶棚、采光板等。

  桥梁梁体、码头、高速公路路面、管道等。

  化工容器、储罐、防腐格栅、防腐管道等。

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