玻璃纤维的特性和用途

第6版()
专栏：

　　玻璃纤维的特性和用途
　　林镜良
玻璃纤维工业是二十世纪以后才发展的一门新的工业。早在十七世纪的时候，威尼斯工匠已把玻璃拉制成粗丝。经过漫长的年代，贝利用火焰加热玻璃棒端在转鼓上拉丝，并制出玻璃灯伞、领带和衣饰。这是历史上最早的玻璃制品。
直到二十世纪以后，有机合成和织物整理技术有了新的发展，这时采用压缩空气膨化合成纤维的方法，在玻璃纱上进行试验，取得了良好的效果。经过处理后的玻璃纱线，膨松柔软，无光泽；织成织物后，类似羊毛制品。这种织物，经树脂整理后，可以制成坚固、耐磨、能洗、防缩和防火的新型制品。随后，由于池窑拉丝以及用离心喷吹法制造玻璃棉等一系列的新技术的出现，这样使玻璃纤维的产量大大提高，产品的成本降低。同时由于玻璃纤维在工业上和生活方面用途广泛，因而促进了玻璃纤维工业生产的迅速发展。
玻璃纤维的特性
在介绍玻璃纤维的用途之前，首先简单地说明一下玻璃纤维的特性（包括它的优点和缺点），有助于我们了解它的适用范围。
玻璃纤维的特性是：（一）抗拉强度高。直径为五至七微米的玻璃纤维的抗拉强度可达二百至三百公斤，比羊毛高二十倍，比棉花高五至六倍，比尼龙高三至四倍，甚至比钢铁还高一些。由于它的比重比钢轻三倍左右，这种很高的比强度，使玻璃钢能够成为很有用的结构材料。
（二）电气性能好。一般作为电绝缘材料均采用含碱小于百分之一的硼铝硅酸盐成分，因为它有很高的绝缘电阻。这种玻璃纤维制品的绝缘能力等于同等厚度空气层的绝缘能力。浸绝缘漆后，它的电绝缘就决定于所用的绝缘漆而与纤维无关。正是由于玻璃纤维的电气性能好，因而它耐热不燃。玻璃纤维在摄氏二十五至二百五十度温度下受热，机械强度受影响很少，同时也不燃烧。加上它的吸湿性低，在百分之八十的相对湿度下只有百分之一，比棉花低九倍，所以使它能够成为一种很优越的电气绝缘材料。（三）有良好的化学稳定性。含碱的玻璃纤维耐酸，无碱含硼玻璃则耐水和弱碱。除了氢氟酸、强碱和热磷酸外，只要选择合适的玻璃成分，它对各种化学侵蚀都具有良好的抗蚀性。因此玻璃纤维制品适于作过滤布、玻璃钢、防腐材料等。（四）弹性好。没有屈伏点，即使反复多次受力，也不会产生永久变形，接近完全的弹性体。因此玻璃纤维垫常被用作吸震材料，并适宜于作成容量很小的热绝缘和吸音毡板等材料。
玻璃纤维虽有很大特性，但也存在一些弱点。这就是它的伸长度小。玻璃纤维的伸长度约为百分之二至三，仅为一般天然纤维和合成纤维伸长度的六分之一到八分之一左右。这使玻璃纤维在纺织加工过程中的张力难以控制，但玻璃钢制品却有很高的耐冲击强度。其次是它的脆性大。玻璃纤维实际上就是拉得很细的玻璃棒，这也仍然摆脱不了玻璃的脆性。在各种纤维之中，玻璃纤维是最脆的，而且单根纤维直径愈粗，脆性愈大。这就使各种玻璃纤维制品不耐折迭、磨擦和揉搓，成为应用性能中最大的弱点。它的这种弱点，经过表面被覆处理之后，可以得到一定程度的改善。同时，玻璃纤维虽然表面光滑，但它同塑料和橡胶类物质的粘和力相比却很差。用它织成的织物受力后易走形。若作为过滤材料时，其过滤阻力特小，在同等密度下，仅为棉花的几十分之一，过滤效率很高。
综上所述，可以看出玻璃纤维具有很多的优越特性，但也有不少弱点。因此在扩大它的应用时，应该正确掌握它的特性；尽管它的使用范围愈来愈大，也绝不能把它看成是一种万能的材料。应该一方面结合它的特性，选择合适的用途，另方面，要加强科学研究，尽量克服上述弱点，以便进一步扩大它的应用范围。
玻璃纤维及其制品的应用
一、玻璃纤维过滤材料。玻璃纤维过滤阻力小，效率高，能耐较高温度和酸液的侵蚀，是非常理想的气体和液体过滤材料。若使用得法，它比一般纤维的寿命高出几倍到十倍。在国外，大量是用在空调设备的空气过滤，例如安设在住宅、医院、剧场、制药厂和电影制片厂。在半导体工厂，需用高纯度的氧气、氮气和氢气，原子能实验室或生物制药厂的空气要经过滤脱菌，均需采用高性能的超细棉过滤器。在工业上，目前世界上的碳黑工业使用的十万个过滤袋，水泥工业使用的二万五千个过滤袋中，有百分之八十是采用玻璃纤维制品。也有的国家在高炉、反射炉上安装了玻璃过滤袋。发电厂过滤烟气也在推广。有的国家生产的过滤布，首先把它织成圆筒，烧去浸润剂，然后用芳香基有机硅或氟树脂进行被覆，以提高它的耐磨性能。处理后的玻璃布适用于重力、旋转和板框式过滤。其他采用玻璃纤维过滤的还有石油、润滑油、硫酸合成和铸铝等工业。
二、玻璃棉制成的保温材料。玻璃棉可以加工制成棉毡、棉板、棉壳、棉绳，作为建筑、交通、冷藏、化工设备的和管道的保温隔热之用。
在建筑上使用玻璃棉制品，可以把玻璃棉制成墙板、天花板、石膏衬底板和用于铝质墙板填充，其用量很大。特别是当多数住宅采用电热后，要求有保温效果更好的材料，因而使玻璃棉用量增加，促进了生产的发展。每吋玻璃棉的保温能力相当于三十二吋的砖墙。如在建筑上采用玻璃棉保温所增加的投资，可以从当年节约的燃料费用中回收。有的国家在铁路上行驶的冷藏车、客车、槽车都用玻璃棉保温，汽车工业最近也采用了模塑的玻璃棉保温部件。用玻璃棉制成的保温材料，在轮船上用量最大。一般在舱房中采用棉板，其它部位则采用棉毡，并有相当数量的管壳。在飞机上采用直径为一微米的超细棉，包括喷气发动机的高温棉毡、模塑的保温部件、废热管道绝缘和在机舱内采用带有玻璃棉面层的隔热隔音板。
化工、石油和电力部门所以能够使用大量的玻璃棉管壳，也由于它的容重轻，热阻系数大，易于制成各种形状的制品，便于施工。
三、防腐和防水材料。采用定长玻璃纤维制成毛纱、毛布、毛带和毡片，用于管道和电缆的包扎防腐，建筑方面防水，作为沥青物质的增强材料，可以经久不坏。在一些石油和天然气发达的国家，埋在地下的钢管的数量很大。涂有沥青的钢管，埋在地下，如不采用适当的增强材料保护，沥青保护层容易开裂剥落，露出金属表面，在土壤中受到电解腐蚀，三至四年便会产生锈孔，漏油漏气，影响正常生产。同时在经济上损失很大。目前世界上有些国家采用了玻璃纤维作沥青防腐层的增强材料，使钢管寿命可以延长到十五年以上。
电缆过去多采用黄麻作外护层，由于它耐蚀防蛀性能不好，特别是在水中使用效果更差，最近有些国家也采用定长纤维毛纱代替，以延长电缆的使用寿命。另外在建筑方面，国外也越来越多的采用定长玻璃纤维制品作油毛毡的衬材，能够使屋顶和地下室的防水层耐久。
四、在工业上的应用。由于玻璃纤维具有优良的耐热性，吸湿率低等特性，因而可以使电器设备耐热等级提高，使电器设备的外形尺寸缩小，体重减轻，能够节约各种金属材料，并延长电器设备的使用寿命。除了它在技术上有很大作用外，也还有很大的经济意义。它的使用范围很广，包括发电机、电动机、电子计算机等方面。使用的品种有纱、带、绳、套管和织物等；在使用前，多用各种方法进行卷绕、编织、被覆、层合、模塑、预混以及和的确凉云母等共同加工作成各种制品。其他如玻璃钢棒、灭弧筒以及电视机壳、留声机、无线电壳和电瓶壳等。在蓄电瓶中采用中级纤维作隔离片，可以增加其寿命一倍。用小于1μ的超细棉制成的电气绝缘纸，用在新式的电容器中，如用作汽车中的点火电缆，把玻璃纤维作为供给电流的媒介。现在，世界上有些国家已在电气工业方面广泛地使用了玻璃纤维制品。
在交通运输工业方面，今后的汽车工业有更多采用玻璃钢部件的趋势。如公共汽车、旅行拖车、槽车和一些赛车等，都早已采用了玻璃钢车身。其他还有一些轿车、吉普车也都部分地采用了玻璃钢部件。
在建筑工业方面，主要是用于制作聚脂半透明瓦和蜂窝夹心板。另外还有深盆浴室装置、玻璃钢装配式游泳池、冷却塔部分部件和混凝土模板。
特别在国防工业方面，玻璃纤维用途更为广泛。诸如火箭投射器、反坦克武器、喷气式轰炸机、雷达反射器、军事舰艇、鱼雷放射器和降落伞等，都离不开玻璃纤维。如用玻璃钢作壳体的潜水艇，扫雷艇上用的玻璃钢螺旋桨。而且在每一个发射的导弹上，也都使用了它的制品。
五、在日常生活用品和衣着方面，玻璃纤维已代替部分木材、钢铁和天然纤维。用玻璃纤维制作的生活用品，值得一提的是玻璃钢椅子。在有的国家中，已把这种椅子普遍用于体育场、学校、公共汽车、酒馆等公共场所。这种玻璃钢椅子，不怕风吹日晒雨淋，经久耐用。其他还有体育运动用的撑竿跳竿、射弓和网球拍。
在衣着方面，有的国家在一九六三年制成一种贝他纱的新产品。这种纱是用三米定长纤维制成的。它的特点是：非常柔软耐磨，能耐针织作业，可以织成有伸缩性的针织物。经过乙烯类树脂被覆后，制品能耐大气侵蚀，不霉烂，不怕揉搓折迭。现在，有的国家正在用贝他纱制作各种衣着，如外衣、礼服、雨衣、内衣、床单。此外，还可以作成桌布和窗帘。
总之，玻璃纤维在建筑、化工、石油、电力、交通运输工业和冷藏业方面，已得到广泛应用，并取得了良好的效果。目前世界上有些国家，为了提高玻璃纤维的数量和质量，降低成本，扩大用途，创造新产品，采用新工艺、新设备，都设有专门的科学研究机构，从事这方面的工作。从以上情况来看，玻璃纤维工业是大有发展前途的。