玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料,是以玻璃球或废旧玻璃为原料,经高温熔制、拉丝、络纱等工艺制造而成的,其单丝的直径为几微米到二十几微米,相当于一根头发丝的1/20~1/5,每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维的绝缘性好、耐热性强、机械强度高,但耐磨性较差,通常被用作复合材料中的增强材料、电绝缘材料和绝热保温材料。
玻璃纤维的主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等,根据玻璃中碱含量的多少,可分为无碱玻璃纤维(含氧化钠0%~2%,属铝硼硅酸盐玻璃)、中碱玻璃纤维(含氧化钠8%~12%,属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃)和高碱玻璃纤维(含氧化钠13%以上,属钠钙硅酸盐玻璃)。
根据不同的形态和长度,玻璃纤维可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉;根据不同的成分,玻璃纤维可分为无碱、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和抗碱玻璃纤维等。生产玻璃纤维的主要原料是石英砂、氧化铝和叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石以及磨碎玻璃纤维等。生产方法大致有两类:一是将熔融玻璃直接制成纤维,二是将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球,再以多种方式加热重熔后制成直径为3μm~80μm的细纤维。具体来说,用铂合金板以机械拉丝方法制成的纤维,称为连续玻璃纤维,通称长纤维;用辊筒或气流制成的非连续纤维,称为定长玻璃纤维,通称短纤维;借离心力或高速气流制成的细、短、絮状纤维,称为玻璃棉。玻璃纤维经加工,可制成多种形态的制品,如短切原丝、带、毡、板、管等。
生产玻璃纤维的玻璃不同于生产其他玻璃制品的玻璃,国际上已经商品化的纤维用玻璃成分如下:
E-玻璃:亦称无碱玻璃,是一种硼硅酸盐玻璃,是目前应用最广的一种玻璃纤维用玻璃成分,具有良好的电气绝缘性及机械性能,常用于生产电绝缘用玻璃纤维和玻璃钢用玻璃纤维。但这种玻璃易被无机酸侵蚀,不适用于酸性环境。
C- 玻璃:亦称中碱玻璃,耐化学性能较好,特别是耐酸性优于无碱玻璃,但电气性能差,机械强度低于无碱玻璃纤维10%~20%,通常国外的中碱玻璃纤维含一定量的三氧化二硼,而我国的中碱玻璃纤维完全不含硼。另外,玻璃纤维棒也用于增强沥青屋面材料,我国的中碱玻璃纤维占玻璃纤维产量的60%。
AR-玻璃纤维:亦称耐碱玻璃纤维,主要是为了增强水泥性能而研制的。
A-玻璃:亦称高碱玻璃,是一种典型的钠硅酸盐玻璃,因耐水性差,很少用于生产玻璃纤维。
E-CR玻璃:是一种改进型无硼无碱玻璃,用于生产耐酸性和耐水性较好的玻璃纤维,其耐水性比无碱玻纤强7倍~8倍,耐酸性比中碱玻璃纤维好,是专为地下管道等开发的新品种。
D-玻璃:亦称低介电玻璃,用于生产介电强度大的低介电玻璃纤维。
高强玻璃纤维:高强度、高模量,单纤维抗拉强度为2800MPa,是无碱玻纤抗拉强度的1.25倍左右;弹性模量为86,000MPa,比E-玻璃纤维的强度高。
无碱玻璃纤维:完全不含硼,可有效减少环境污染,但其电绝缘性能及机械性能都与传统的E-玻璃相似。
此外,还有一种双玻璃成分的玻璃纤维和无氟玻璃纤维等,前者已被用于生产玻璃棉,后者是一种环保改进型无碱玻璃纤维。