詳解玻璃纖維產(chǎn)品特性與工藝發(fā)展_產(chǎn)業(yè)規(guī)模及核心競爭力

　　玻璃纖維（英文的原名為：glassfiber或fiberglass）是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料。它的優(yōu)點(diǎn)是--絕緣、耐熱、抗腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度高，是常用的復(fù)合材料原料。同時，我國也是世界玻纖生產(chǎn)第一大國。

　　玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，是以二氧化硅為主要原料的天然礦物，添加特定的金屬氧化物礦物原料，混合均勻后，在高溫下熔融，熔融玻璃液流經(jīng)漏嘴流出，在高速拉引力的作用被牽伸并急速冷卻固化成為極細(xì)的連續(xù)的纖維。其單絲直徑在幾微米到二十幾微米之間，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的1/20-1/5，每束纖維原絲由數(shù)百根甚至上千根單絲組成。

　　玻璃纖維基本性質(zhì)

　　玻璃纖維基本性質(zhì)：外觀為表面光滑的圓柱狀，截面呈完整的圓形，圓形截面承受載荷能力強(qiáng)；氣體和液體通過阻力小，但表面光滑使纖維的抱合力小，不利于與樹脂的結(jié)合；密度一般在2.50-2.70g/cm3，主要取決于玻璃成分；抗拉強(qiáng)度比其他天然纖維、合成纖維要高；脆性材料，其斷裂伸長率很?。荒退院湍退嵝暂^好，而耐堿性較差。

　　玻璃纖維發(fā)展歷程

　　20世紀(jì)20年代末，美國大蕭條，政府出臺了一條奇葩法令：禁酒令，一禁就是十四年，酒瓶生產(chǎn)商紛紛陷入困境。歐文斯伊利諾斯公司是當(dāng)時美國最大的玻璃瓶制造商，也只能眼睜睜看著一個個玻璃熔爐被熄火。這時一位貴人——GamesSlayter，他偶然經(jīng)過一臺玻璃熔爐，發(fā)現(xiàn)一些溢出的液態(tài)玻璃被吹成纖維狀。Games好像牛頓被蘋果砸中腦袋，玻璃纖維從此登上了歷史舞臺。

　　美國玻璃巨子康寧玻璃公司（CorningGlass）也看好玻璃纖維前途。1938年10月Owens-Illinois及CorningGlass聯(lián)手成立合資企業(yè)：歐文斯科寧玻璃纖維公司（我們的歐家華麗登場），這標(biāo)志著玻璃纖維工業(yè)誕生。一年后，第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，常規(guī)材料匱乏，為滿足軍用戰(zhàn)備的需求，玻璃纖維成為替代品。

　　人們漸漸地發(fā)現(xiàn)這種年輕的材料有許多優(yōu)點(diǎn)——質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、絕緣性好、保溫、隔熱。于是，坦克、飛機(jī)、武器、防彈衣等等都用上了玻璃纖維。

　　我國玻璃纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

　　我國玻璃纖維工業(yè)興起于1958年。經(jīng)過60年的發(fā)展，改革開放前主要服務(wù)于國防軍工，之后轉(zhuǎn)向民用，并獲得迅速發(fā)展。

　　到2008年，我國的玻璃纖維池窯拉絲產(chǎn)量就達(dá)到160萬噸，位列世界第一。中國建材集團(tuán)是目前全球規(guī)模最大的玻璃纖維生產(chǎn)商，僅我們一家企業(yè)產(chǎn)能規(guī)模達(dá)195萬噸，穩(wěn)居世界第一。

　　我國玻璃纖維工藝發(fā)展

　　1、早期坩堝拉絲法

　　早期玻璃纖維的生產(chǎn)工藝主要是坩堝拉絲法，其中陶土坩堝法已被淘汰，代鉑坩堝法則需兩次成型，先把玻璃原料高溫熔制成玻璃球，然后將玻璃球二次熔化，高速拉絲制成玻璃纖維原絲。

　　這種工藝的弊端有能耗高、成型工藝不穩(wěn)定、勞動生產(chǎn)率低等，目前除少量特殊成份玻纖還沿用這種方法外，基本已經(jīng)被淘汰。

　　2、池窯拉絲法

　　如今大型玻纖生產(chǎn)廠家均采用這種方法（將各種原料在窯爐中熔化后，直接經(jīng)通路至專用漏板，拉制出玻璃纖維原絲）。

　　這種一次成型方法具有能耗低、工藝穩(wěn)定、產(chǎn)量質(zhì)量提高等優(yōu)點(diǎn)，使玻纖工業(yè)迅速實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，被業(yè)界譽(yù)為“玻纖工業(yè)的一次技術(shù)革命”。

　　我國玻璃纖維產(chǎn)業(yè)核心競爭力

　　1、玻璃配方技術(shù)

　　玻璃配方技術(shù)是生產(chǎn)玻璃纖維的核心技術(shù)之一，中國建材集團(tuán)所屬中國巨石研發(fā)的E6玻璃配方，所屬泰山玻纖研發(fā)的TCR配方，均無氟無硼，強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞，適用于耐高壓、耐高溫等特殊領(lǐng)域，已在行業(yè)內(nèi)全面推廣，是目前的主流玻璃配方。

　　中國巨石E6之后，E6S、E7、E8等相繼登場，2016年中國巨石研發(fā)出E8玻璃配方，模量超過95GPa，并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的池窯化生產(chǎn)，同時兼有以往產(chǎn)品的優(yōu)勢，具有更高的性價比和市場競爭力。

　　泰山玻纖2014年與美國AGY公司合作推出了S-1HM玻纖，主要應(yīng)用于風(fēng)電葉片。S-1HM配方是美國AGY的，加上泰山玻纖前期自主研發(fā)的高模HMG配方、風(fēng)電用TCR配方，泰山玻纖形成了TCR、HMG、S-1HM的風(fēng)電產(chǎn)品組合，更好地滿足客戶不同模量的需求。

　　2、超大型池窯拉絲工藝

　　又稱一次成型工藝，各種玻璃配合料在約1600℃的池窯熔化部熔成玻璃液，在澄清部排除氣泡，成為均勻的玻璃液，再在成型通路中輔助加熱，精準(zhǔn)控制溫度，經(jīng)漏板高速拉制，形成玻璃纖維原絲。一座窯爐有數(shù)條成型通路、上百臺拉絲漏板。

　　池窯法拉絲工藝能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，并易于實(shí)施最先進(jìn)的全自動控制技術(shù)，使生產(chǎn)效率大幅度提高，已經(jīng)成為當(dāng)前國際上主流的拉絲工藝。

　　3、立體式純氧燃燒技術(shù)

　　玻璃液在玻璃熔化池窯熔制過程中，主要依靠噴槍對其高溫熔制，而胸墻插入式噴槍的火焰與玻璃液面平行，不能直接加熱到玻璃液面，導(dǎo)致能量提供不均勻，造成無謂消耗，浪費(fèi)能源。立體式燃燒技術(shù)，使窯爐能量供給均勻。純氧燃燒避免了氮、琉等氧化物的產(chǎn)生，對空氣不會造成污染。

　　4、AGV自動化物流技術(shù)

　　該技術(shù)替代了傳統(tǒng)的鏈條輸送技術(shù)，通過運(yùn)用先進(jìn)的激光定位AGV導(dǎo)航車輸送紗架車，實(shí)現(xiàn)了從拉絲到烘干再到后續(xù)包裝的流程自動化。AGV小車具有自動判斷、自動選擇、自動定位、自動交通管制、自動充電、自動接收任務(wù)等功能，準(zhǔn)確、及時、節(jié)約大量勞動力，現(xiàn)場整潔、井井有條。

　　5、智能化立體倉儲技術(shù)

　　該技術(shù)具備托盤流向智能控制，實(shí)現(xiàn)信息自動識別，對物流智能跟蹤、監(jiān)控、調(diào)度及管理，實(shí)現(xiàn)倉儲環(huán)節(jié)的物流自動化和庫存智能優(yōu)化管理，出入庫的效率達(dá)到18秒/托，比傳統(tǒng)的倉儲方式節(jié)省面積75%，大量縮減人工和場地。

　　6、固廢循環(huán)利用技術(shù)

　　中國巨石自主開發(fā)了廢絲回用技術(shù)，將原本難以處理的廢絲粉磨后，作為原料重新回爐到池窯中，實(shí)現(xiàn)玻纖廢絲的100%回收利用，真正變廢為寶，解決了世界級難題。

　　此外，對廢氣的處理是采用“SNCR+雙減法+電除霧”法，可綜合治理廢氣中的SO2、NOX、粉塵、氟化物等污染物，排放濃度遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。對廢水則采用中水回用，處理后再用于生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)污水零排放。

　　我國玻璃纖維企業(yè)成長

　　1、國內(nèi)首條大型池窯拉絲生產(chǎn)線

　　1994年11月28日，巨石8000噸中堿池窯勝利點(diǎn)火，在國內(nèi)普遍采用代鉑爐生產(chǎn)工藝的背景下，大膽嘗試、勇于創(chuàng)新，率先使用池窯拉絲技術(shù)，為后來的規(guī)?；a(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，積累了經(jīng)驗(yàn)。

　　2、中國首條萬噸級玻纖生產(chǎn)線

　　1997年3月28日，泰山玻纖在艱難中起步，歷經(jīng)艱辛點(diǎn)燃了中國玻纖行業(yè)“首條萬噸無堿池窯拉絲生產(chǎn)線”的熊熊火焰，投資5.49億元人民幣，年生產(chǎn)能力為無堿玻璃纖維制品10400噸。

　　3、海外首條大型玻纖生產(chǎn)線

　　2014年5月18日，中國巨石積極響應(yīng)國家“一帶一路”建設(shè)，在埃及投資建設(shè)年產(chǎn)8萬噸池窯拉絲生產(chǎn)線，這是中國在埃及投資金額最大、技術(shù)裝備最先進(jìn)、建設(shè)速度最快的工業(yè)項(xiàng)目，是我國在海外建設(shè)的首條大型玻纖生產(chǎn)線，填補(bǔ)了北非地區(qū)玻璃纖維生產(chǎn)的空白。巨石埃及二期項(xiàng)目在2016年5月投產(chǎn)，三期項(xiàng)目預(yù)計(jì)今年第三季度完成。屆時，一個20萬噸的玻纖生產(chǎn)基地將坐落于尼羅河畔。與此同時，巨石美國項(xiàng)目正在建設(shè)中。

　　2017年1月，巨石自主研發(fā)的“高性能玻璃纖維低成本大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)與成套裝備開發(fā)”項(xiàng)目榮獲國家科技進(jìn)步二等獎。在工信部公布的全國首批制造業(yè)單項(xiàng)冠軍示范企業(yè)（培育）名單中，巨石入選示范企業(yè)名單；泰山玻纖新區(qū)生產(chǎn)線2015年被國家工信部列為玻纖行業(yè)首批智能制造示范項(xiàng)目，2016年入選國家智能制造應(yīng)用新模式示范名單。

　　塑料改性之玻璃纖維增強(qiáng)

　　1、玻璃增強(qiáng)纖維塑料是什么？

　　玻璃纖維增強(qiáng)塑料，是一種品種繁多，性能各別，用途廣泛的復(fù)合材料。它是由合成樹脂和玻璃纖維經(jīng)復(fù)合工藝，制作而成的一種功能型的新型材料。

　　2、玻璃纖維增強(qiáng)塑料的特點(diǎn)：

　　1）、耐腐蝕性好：FRP是良好的耐腐蝕材料，對于大氣；水和一般濃度的酸堿；鹽及多種油類和溶劑都有較好的抵抗力，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化工防腐的各個方面。正在取代碳鋼;不銹鋼;木材；有色金屬等材料。

　　2）、質(zhì)輕高強(qiáng)：FRP的相對密度在1.5~2.0之間，只有碳鋼的1/4~1/5但是拉伸強(qiáng)度卻接近甚至超過碳素鋼，而強(qiáng)度可以與高級合金鋼相比，被廣泛的應(yīng)用于航空航天；高壓容器以及其他需要減輕自重的制品中。

　　3）、電性能好：FRP是優(yōu)良的絕緣材料，用于制造絕緣體，高頻下仍能保持良好的。

　　4）、熱性能好：FRP導(dǎo)電率低，室溫下為1.25~1.67KJ只有金屬的1/100~1/1000是優(yōu)良的絕熱材料。在瞬間超高熱情況下，是理想的熱保護(hù)和耐燒蝕材料。

　　5）、工藝性能優(yōu)良：可以根據(jù)產(chǎn)品的形狀來選擇成型工藝且工藝簡單可以一次成型。

　　6）、可設(shè)計(jì)性好：可根據(jù)需求充分選擇材料來滿足產(chǎn)品的性能和結(jié)構(gòu)等要求。

　　7）、彈性模量低：FRP的彈性模量比木材的大2倍但比鋼才小10倍，因此在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中常感到剛性不足，容易變形。解決的方法，可以做成薄殼結(jié)構(gòu)；夾層結(jié)構(gòu)也可以通過高模量纖維或加強(qiáng)筋形式來彌補(bǔ)。

　　8）、長期耐溫性差：一般FRP不能在高溫下長期使用，通用聚酯樹脂的FRP在50度以上強(qiáng)度就會明顯下降。

　　9）、老化現(xiàn)象：在紫外線；風(fēng)沙雨雪；化學(xué)介質(zhì)；機(jī)械應(yīng)力等作用下容易導(dǎo)致性能下降。

　　10）、層間剪切強(qiáng)度低：層間剪切強(qiáng)度是靠樹脂來承擔(dān)的，所以較低。可以通過選擇工藝，使用偶聯(lián)劑等方法來提高層間粘結(jié)力，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時盡量避免使層間受剪。

　　3、玻璃纖維增強(qiáng)塑料優(yōu)點(diǎn)：

　　1)、玻璃纖維增強(qiáng)塑料的耐熱溫度比不加玻纖高很多，尤其是尼龍類塑料

　　2)、玻璃纖維增強(qiáng)塑料的收縮率低，剛性高。

　　3)、玻璃纖維增強(qiáng)塑料不會應(yīng)力開裂，同時，玻璃增強(qiáng)纖維塑料的抗沖性能提高很多

　　4)、玻璃纖維增強(qiáng)塑料的強(qiáng)度高，如：拉伸強(qiáng)度，壓縮強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度，都很高。

　　5)、玻璃纖維增強(qiáng)塑料由于其它助劑的加入，使得玻璃纖維增強(qiáng)塑料的燃燒性能下降很多，大部分材料不能點(diǎn)燃，是一種阻燃材料。

　　4、玻璃纖維增強(qiáng)塑料缺點(diǎn)：

　　1)、玻璃纖維增強(qiáng)塑料由于玻纖的加入，使得塑料變成不透明的了，不加玻纖前是透明。

　　2)、塑玻璃纖維增強(qiáng)塑料比不加入的玻纖的塑料韌性降低，脆性增加；

　　3)、塑玻璃纖維增強(qiáng)塑料由于玻纖的加入，所有材料的熔融粘度增大，流動性變差，注塑壓力比不加玻纖的要增加很多，為了正常注塑，所有增強(qiáng)塑料的注塑溫度要比不加玻纖以前提高10℃-30℃。

　　4)、由于玻纖和助劑的加入，玻璃纖維增強(qiáng)塑料的吸濕性能大加強(qiáng)，原來純塑料不吸水的也會變得吸水，因此，注塑時都要進(jìn)烘干。

　　5)、玻璃纖維增強(qiáng)塑料在注塑過程中，玻纖能進(jìn)入塑料制品的表面，使得制品表面變得很粗糙，斑斑點(diǎn)點(diǎn)。為了取得較高的表面質(zhì)量，最好注塑時使用模溫機(jī)加熱模具，使得塑料高分子進(jìn)入制品表面，但不能達(dá)到純塑料的外觀質(zhì)量。

　　6)、玻纖增強(qiáng)以后，玻纖是硬度很高的材料，助劑高溫?fù)]發(fā)后是腐蝕性很大的氣體，對注塑機(jī)的螺桿和注塑模具的磨損和腐蝕很大，因此，生產(chǎn)使用這類材料的模具和注塑機(jī)時，要注意設(shè)備的表面防腐處理和表面硬度處理。

　　玻璃纖維用途

　　玻璃纖維是替代鋼材、木材、石材等傳統(tǒng)材料的新一代復(fù)合材料，是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，對國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展與轉(zhuǎn)型升級有著重要意義。

　　它“上天入地，無所不能”，為我們的航空航天事業(yè)和交通運(yùn)輸行業(yè)添磚加瓦；它“上得了廳堂，下得了廚房”，在“高大上”的節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域有它，在“接地氣”的體育休閑領(lǐng)域也有它；它“能粗能細(xì)，靈活切換”，不但符合建筑建材的堅(jiān)硬標(biāo)準(zhǔn)，還能滿足電子電器的精密要求。

　　總之，玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、抗疲勞、電絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在建筑與基礎(chǔ)設(shè)施、汽車與交通、化工、環(huán)保、電子電氣、船舶與海洋等國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域大展拳腳，實(shí)惠于民。

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