书城科普读物探究式科普丛书-无处不在的纤维
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第10章 人类智慧的结晶——化学纤维(7)

对方格布的质量要求如下:织物均匀,布边平直,布面平整呈席状,无污渍、起毛、折痕、皱纹等;经、纬密集,面积重量、布幅及卷长均符合标准;卷绕在牢固的纸芯上,卷绕整齐;迅速、良好的树脂透性;织物制成的层合材料的干、湿态机械强度均应达到要求。

③玻璃纤维毡片

Ⅰ.短切原丝毡

将玻璃原丝(有时也用无捻粗纱)切割成50毫米长,将其随机但均匀地铺陈在网带上,随后施以乳液黏结剂或撒布上粉末结剂,经加热固化后黏结成短切原丝毡。短切原丝毡主要用于手糊、连续制板和对模模压及SMC工艺中。

对短切原丝毡的质量要求如下:

沿宽度方向面积质量均匀;短切原丝在毡面中分布均匀,无大孔眼形成,黏结剂分布均匀;具有适中的干毡强度;优良的树脂浸润及浸透性。

Ⅱ.连续原丝毡

将拉丝过程中形成的玻璃原丝,或从原丝筒中退解出来的连续原丝,呈8字形铺敷在连续移动网带上,经粉末黏结剂黏合而成。

连续玻璃纤维原丝毡中纤维是连续的,故其对复合材料的增强效果较短切毡好。主要用在拉挤法、RTM法、压力袋法及玻璃毡增强热塑料等工艺中。

Ⅲ.表面毡

玻璃钢制品通常需要形成富有树脂层,这一般是通过中碱玻璃表面毡来实现的。这类毡由于采用中碱玻璃制成,故赋予玻璃钢耐化学性,特别是耐酸性的特征。同时因为毡薄,玻璃纤维直径较细,还可吸收较多树脂形成富树脂层,遮住了玻璃纤维增强材料(如方格布)的纹路,有表面修饰作用和保护作用。

Ⅳ.针刺毡

针刺毡可分为短切纤维针刺毡和连续原丝针刺毡。短切纤维针刺毡是将玻璃纤维粗纱短切成50毫米,随机铺放在预先放置的传送带上的底材上,然后用带倒钩的针进行针刺,针将短切纤维刺进底材中,而钩针又将一些纤维向上带起形成三维结构。所用底材可以是玻璃纤维或其他纤维的稀织物,具有绒毛感,其主要用途包括用作隔热隔声材料、衬热材料、过滤材料,也可用在玻璃钢生产中。

另一类连续原丝针刺毡,是将连续玻璃原丝,用抛丝装置随机抛在连续网带上,经针板针刺,形成纤维相互勾连的三维结构的毡。这种毡主要用于玻璃纤维增强热塑料可冲压片材的生产。

Ⅴ.缝合毡

短切玻璃纤维从50毫米到60毫米长,均可用缝编机将其缝合成短切纤维毡或长纤维毡。前者可在若干用途方面代替传统的黏结剂黏结的短切毡,后者则在一定程度上代替连续原丝毡。它们的共同优点是不含黏结剂,避免了生产过程的污染,同时浸透性能好,价格较低,用途极为广泛。

④短切原丝和磨碎纤维

Ⅰ.短切原丝

短切原丝分为干法短切原丝和湿法短切原丝。前者用在增强塑料生产中,而后者则用于造纸。用于玻璃钢的短切原丝,又分为增强热固性树脂用短切原丝和增强热塑性树脂用短切原丝两大类。增强热塑性塑料用短切原丝要求用无碱玻璃纤维,它强度高,电绝缘性好。短切原丝集束性好、流动性好、白度较高。增强热固性塑料短切原丝集束性好,易被树脂很快浸透,具有很好的机械强度及电气性能。

Ⅱ.磨碎纤维

磨碎纤维由锤磨机或球磨机将短切纤维磨碎而成。

磨碎纤维主要在增强反应注射工艺中,用作增强材料,在制造浇铸制品、模具等制品时用作树脂的填料,用以改善表面的裂纹现象,降低模塑收缩率。

玻璃纤维织物

以下介绍的是以玻璃纤维纱线织造的各种玻璃纤维织物。

①玻璃布

我国生产的玻璃布,分为无碱和中碱两类,国外大多数是无碱玻璃布。玻璃布主要用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、船艇、模具等。中碱玻璃布主要用于生产涂塑包装布,以及用于耐腐蚀场合。织物的特性由纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹所决定。纱线结构和织纹决定经纬密度。玻璃布有5种基本的织纹:平纹、斜纹、缎纹、罗纹和席纹。

②玻璃带

玻璃带分为有织边带和无织边带(毛边带)主要织法是平纹织。

玻璃带常用于制造高强度、介电性能好的电气设备零部件。

③单向织物

单向织物是一种粗经纱和细纬纱织成的四经破缎纹或长轴缎纹织物。其特点是在经纱主向上具有高强度。

④立体织物

立体织物是相对平面织物而言,其结构特征从一维二维发展到了三维,从而使以此为增强体的复合材料具有良好的整体性和仿形性,大大提高了复合材料的层间剪切强度和抗损伤容限。主要有5类:机织三维织物、针织三维织物、正交及非正交非织造三维织物、三维编织织物和其他形式的三维织物。立体织物的形状有块状、柱状、管状、空心截锥体及变厚度异形截面等。

⑤异形织物

异形织物的形状和它所要增强的制品的形状非常相似,必须在专用的织机上织造。对称形状的异形织物有:圆盖、锥体、帽、哑铃形织物等,还可以制成箱、船壳等不对称形状。

⑥槽芯织物

槽芯织物是由两层平行的织物,用纵向的竖条连接起来所组成的织物,其横截面形状可以是三角形或矩形。

⑦玻璃纤维缝编织物

玻璃纤维缝编织物亦称为针织毡或编织毡,最典型的缝编织物是一层经纱与一层纬纱重叠在一起,通过缝编将经纱与纬纱编织在一起成为织物。缝编织物的优点如下:

它可以增加玻璃钢层合制品的极限抗张强度、张力下的抗脱层强度以及抗弯强度;减轻玻璃钢制品的重量;表面平整使玻璃钢表面光滑;简化手糊操作,提高劳动生产率。这种增强材料可以在拉挤法玻璃钢及RTM中代替连续原丝毡,还可以在离心法玻璃钢管生产中取代方格布。因此,它既不同于通常意义的毡,也不同于普通的织物。

玻璃纤维行业的现状与前景

玻璃纤维是金属材料理想的替代品,随着市场经济的迅速发展,玻璃纤维成为建筑、交通、电子、电气、化工、冶金、环境保护、国防等各行业必不可少的原材料。由于使用范围越来越广,玻璃纤维日益受到人们的重视。全球玻璃纤维生产消费的大国主要是美国、欧洲等国、日本等发达国家,其人均玻璃纤维消费量较高。

欧洲仍然是玻璃纤维消费的最大地区,用量占全球总用量的35%。

中国玻璃纤维行业近几年的快速发展,动力来自国内和国外两个市场。国际市场的扩大,既有总需求增长的因素,也有来自国际企业前期因利润率较低退出行业后,给国内企业在国际市场留下的发展空间;而国内市场的增长,则是来自下游消费行业的快速发展。

中国玻璃纤维经过了50多年的发展,已经颇具规模。

2006年,全国累计生产玻璃纤维纱116.07万吨,同比增长22.18%。玻璃纤维工业产品销售率为99.5%,比2005年同期增长2.8个百分点,库存量减少。2006年企业主营业务成本高达237.44亿元,同比增长30.84%。企业克服原材料价格上涨的影响,实现利润水平又创新高。同年,中国玻璃纤维行业出口创汇11.8亿美元,实现贸易顺差4.51亿美元,累计出口玻璃纤维及制品79.01万吨,同比增长38.9%。

2007年1月份到11月份,中国玻璃纤维及制品制造行业累计实现工业总产值约3.8×1010千元,比上年同期增长了38.07%;累计实现产品销售收入3.7×1010千元,比上年同期增长了38.22%;累计实现利润总额3.5×109千元,比上年同期增长了51.08%。

2008年受国际金融危机的影响,中国玻璃纤维出口形势非常严峻,在国际经济形势不景气、当前呈现供大于求的时期,有条件有必要加快开发应用玻璃纤维行业的下游产品,扩大内需,保持国内经济持续发展。

长远来看,中东、亚太基础设施的加强和改造,对玻璃纤维的需求增加了很大的数量,随着全球在玻璃纤维改性塑料、运动器材、航空航天等方面对玻璃纤维的需求不断增长,玻璃纤维行业前景非常乐观。另外玻璃纤维的应用领域又扩展到风电市场,这可能是玻璃纤维未来发展的又一个亮点。能源危机促使各国寻求新能源,风能成为近年来关注的一个焦点,中国在风电领域也开始加大投资力度。新能源的开发和利用,对中国的玻璃纤维企业来说也是一个很大的市场。

11.人工合成的导体——导电纤维

导电纤维通常是指在标准状态下(20℃、65%相对湿度),电阻率在107欧姆1厘米以下的纤维。导电纤维属于化纤中的功能纤维。

导电纤维的类别

①金属化合物型导电纤维

电阻率为102~104欧姆1厘米,主要采用复合纺丝法将高浓度的导电微粒局部混入纤维中制取。黑系导电微粒用碳黑,白系用金属氧化物,如含少量氧化锡的氧化锑,表面上涂覆二氧化钛,纤维相对较轻,有可挠性,可洗和便于加工。

②金属系导电纤维

这类纤维是利用金属的导电性能而制得的。主要方法有直接拉丝法,即将金属线反复通过模具进行拉伸,制成直径为4~16微米的纤维。

③碳黑系导电纤维

利用碳黑的导电性能来制造导电纤维,这是一种比较古老而普遍的方法。该方法可分为以下三类:

Ⅰ.掺杂法,将碳黑与成纤物质混合后纺丝,碳黑在纤维中成连续结构,赋予纤维导电性能。这种方法一般采用皮芯复合纺丝法,既不影响纤维原有的物理性能,又使纤维具有了导电性。

Ⅱ.涂层法,涂层法是在普通纤维表面涂上碳黑。涂层方法可以采用粘合剂将碳黑黏合在纤维表面,或者直接将纤维表面快速软化并与碳黑黏合。这种方法的缺点是碳黑容易脱落,手感亦不好,碳黑在纤维表面不易均匀分布。

Ⅲ.纤维碳化处理,有些纤维,如聚丙烯腈纤维、纤维素纤维、沥青素纤维等,经碳化处理后,纤维的主链主要为碳原子,从而使纤维具有导电能力。

④导电高分子型纤维

利用导电高聚物制备导电纤维,主要方法有两种:导电高分子材料的直接纺丝法;后处理法。

高分子材料通常被认为是绝缘体,而20世纪70年代聚乙炔导电材料的研制成功却打破了这种传统观念。之后,又相继诞生了聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子导电物质,人们对高分子材料导电性能的研究也越来越深入。

12.环保纤维——聚乳酸纤维

生产原料乳酸是从玉米淀粉制得,故也称为玉米纤维。美国着名的谷物公司Cargill公司以聚乳酸纤维为基础,成功研制出玉米聚乳酸树脂,后全力发展了聚乳酸原料,生产出大量的聚乳酸原料。

日本钟纺、尤尼契卡和可乐丽公司生产的聚乳酸纤维商品分别为Lactron、Terramac和聚乳酸starch。美国杜邦公司和孟山都等公司也开始开发聚乳酸纤维。目前,商业化生产的聚乳酸纤维是以玉米淀粉发酵制成乳酸,经脱水聚合反应制得聚乳酸酯溶液进行纺丝加工而成。聚乳酸纤维之所以受到众多纤维公司和消费者关注,并显示强大的生命力,主要是聚乳酸纤维有许多突出的优点:

①原料来自于天然植物,容易生物降解,降解产物是乳酸、二氧化碳和水,是新一代环保型可降解聚酯纤维,可减少大量工业及生活的污染。

②有较好的亲水性、毛细管效应和水的扩散性。

③模量和弯曲刚度是涤纶的一半,故手感柔软。

④有良好的回弹性、抗皱性和保形性,经久耐用。

⑤限氧指数较高,点燃后自熄性好,燃烧发烟量低,有较好阻燃性。

⑥有防紫外线能力,紫外线吸收率低,对α、β、γ等射线有抵抗能力。

⑦折射率低、染色制品显色性好且不易褪色。

⑧易染性,染色温度低于涤纶。

当然聚乳酸也存在一些缺点,耐磨性差,熔点低(约175℃)。

由于聚乳酸纤维有以上优点,可以用聚酸乳代替普通塑料制作农业薄膜、生活垃圾袋、食品的容器,货物的包装等,以减少白色垃圾的污染,让生活环境更美好。

13.新型的耐火纤维——硅酸铝纤维

硅酸铝纤维的概述

硅酸铝纤维,又叫陶瓷纤维,是一种新型轻质耐火材料。该材料具有容重轻、耐高温、热稳定性好、热传导率低、热容小、抗机械振动好、受热膨胀小、隔热性能好等优点。经特殊加工,可制成硅酸铝纤维板、硅酸铝纤维毡、硅酸铝纤维绳、硅酸铝纤维毯等产品。新型密封材料具有耐高温导热系数低、容重轻、使用寿命长、抗拉强度大、弹性好、无毒等特点,是取代石棉的新型材料,广泛用于冶金、电力、机械、化工的热能设备上的保温材料。

硅酸铝纤维应用范围

硅酸铝纤维主要应用于工艺窑炉壁衬、高温陶瓷窑炉的挡板、窑衬、窑车、炉门挡板,高温热设备的隔热。