什么是玻璃纤维？类型、特性、应用和优势

什么是玻璃纤维？

玻璃纤维是一种由非常细的玻璃纤维制成的复合材料。你还会发现它被称为玻璃增强塑料和玻璃纤维塑料。

这有点误导，因为玻璃纤维不是纯塑料，而是用前面提到的细小玻璃纤维增​​强的塑料。

这些玻璃纤维编织在一起后非常坚固，可以用作绝缘材料或涂层，也可以单独用作材料。近距离观察玻璃纤维制成的物品时，通常可以看到细小的纤维。

它通常是透明的或略微不透明的，带有白色色调。也就是说，制造商可以对其进行染色和涂层处理。您可能遇到过棕褐色的皮带、材料和胶带或玻璃纤维产品，它们的颜色是黑色、灰色、白色或其他各种色调。

玻璃纤维的历史比你想象的要悠久得多。它并不是最近才发明的，也不是在工业革命时期发明的，而是更早以前发明的。

包括腓尼基人和埃及人在内的古代文明实际上是最先发明各种玻璃纤维的文明。

这比今天使用的要粗糙和简陋得多，但它是一种类似的材料，主要用于装饰。

19 世纪末，玻璃纤维得到了升级。约翰·普莱尔 (John Player) 进入了这个领域，并想出了一种利用蒸汽喷射将玻璃变成可编织纤维的工艺。

玻璃纤维织物也取得了其他进展。但直到 20 世纪 30 年代，研究员 Dale Kleist 才研制出我们现在最熟悉的材料。

克莱斯特在将玻璃块焊接在一起时意外产生了玻璃纤维，康宁玻璃公司注意到了这一点。

从那时起，玻璃纤维不断得到改进，最终成为产品制造的极受欢迎的选择。

玻璃纤维是如何制成的？

玻璃纤维实际上是由类似于窗户或厨房玻璃杯的玻璃制成的。制造玻璃纤维时，玻璃要加热至熔化，然后强行通过超细孔。

这样就产生了非常细的玻璃丝，实际上，它们非常细，以至于最好以微米为单位来测量。

这些柔性长丝线有多种用途：它们可以编织成更大的材料块，也可以保留为稍微不太结构化的形式，形成人们更熟悉的蓬松纹理，用于隔热或隔音。

最终的应用取决于挤压线的长度（更长或更短）和玻璃纤维的质量。

对于某些应用来说，玻璃纤维中含有较少的杂质非常重要，但这涉及制造过程中的额外步骤。

施工方法

纤维缠绕

纤维缠绕是一种主要用于制造开放式（圆柱体）或封闭式结构（压力容器或储罐）的制造技术。该工艺涉及将纤维在张力下缠绕在阳心轴上。

心轴旋转，而滑架上的风眼水平移动，以所需的图案铺设纤维。最常见的细丝是碳纤维或玻璃纤维，缠绕时涂有合成树脂。

一旦心轴完全覆盖到所需厚度，树脂就会固化；通常将心轴放在烤箱中以实现这一点，但有时在心轴仍在机器中转动的情况下使用辐射加热器。

一旦树脂固化，心轴就会被移除，留下空心的最终产品。

对于某些产品（例如气瓶）而言，“心轴”是成品的永久组成部分，形成衬里以防止气体泄漏或作为屏障以保护复合材料免受要储存的流体的影响。

纤维缠绕非常适合自动化，并且有许多应用，例如无需任何人工干预即可缠绕和固化的管道和小型压力容器。

缠绕的控制变量包括纤维类型、树脂含量、缠绕角度、丝束或带宽以及纤维束的厚度。纤维缠绕的角度会影响最终产品的性能。

高角度的“环”将提供周向或“爆破”强度，而较低角度的图案（极性或螺旋）将提供更大的纵向拉伸强度。

目前使用该技术生产的产品范围包括管道、高尔夫球杆、反渗透膜外壳、桨、自行车前叉、自行车轮圈、电线杆和输电杆、压力容器、导弹外壳、飞机机身、灯柱和游艇桅杆。

玻璃纤维手工糊制操作

将脱模剂（通常为蜡或液体形式）涂抹到所选的模具上，以便将成品干净地从模具中取出。

树脂通常是双组分热固性聚酯、乙烯基或环氧树脂，与其硬化剂混合后涂抹在表面上。将玻璃纤维垫片铺在模具中，然后使用刷子或滚筒添加更多树脂混合物。

材料必须与模具相符，玻璃纤维和模具之间不能有空气。需要使用额外的树脂，并且可能还需要额外的玻璃纤维片。

使用手压、真空或滚筒来确保树脂浸透并完全润湿所有层，并且去除所有气穴。

这项工作必须在树脂开始固化之前快速完成，除非使用高温树脂，因为高温树脂只有在烤箱中加热后才会固化。

在某些情况下，用塑料片覆盖工件，并对工件抽真空以去除气泡并将玻璃纤维压成模具的形状。

玻璃纤维喷涂敷设操作

玻璃纤维喷射铺层工艺与手工铺层工艺类似，但在将纤维和树脂应用到模具上方面有所不同。喷射是一种开放式成型复合材料制造工艺，其中将树脂和增强材料喷射到模具上。

树脂和玻璃可以单独使用，也可以同时使用切碎枪“切碎”成混合流。工人将喷射物滚出，使层压板紧密贴合。

然后可以添加木材、泡沫或其他芯材，并用二次喷射层将芯材嵌入层压板之间。然后固化、冷却部件，并将其从可重复使用的模具中取出。

拉挤操作

拉挤成型是一种用于制造坚固、轻质复合材料的制造方法。在拉挤成型过程中，材料通过手拉手法或连续辊法拉过成型机（与挤压成型相反，挤压成型是将材料推过模具）。

在玻璃纤维拉挤工艺中，纤维（玻璃材料）从线轴拉出并通过涂有树脂的装置进行涂覆。

然后通常进行热处理并切割成所需长度。通过这种方式生产的玻璃纤维可以制成各种形状和横截面，例如 W 或 S 横截面。

不同类型的玻璃纤维

玻璃纤维的选择不仅限于一两种。玻璃纤维的种类很多，因此我们在下面列出了 12 种玻璃纤维的基本信息，以帮助您选择最适合您的玻璃纤维。

#1. E玻璃纤维

毫无疑问，电子玻璃或电气玻璃是绝缘电气元件的绝佳材料。您会发现它用于航空航天和工业产品，因为它重量轻且耐热。

生产这种玻璃纤维所需的混合物包括二氧化硅、苏打、钾、石灰、氧化硼、氧化镁和氧化铝。

#2. D-玻璃纤维

当您使用电器、光缆和炊具时，您需要依赖 D 玻璃纤维。由于介电常数低，它可以绝缘这些类型的物品。这种玻璃纤维的主要成分是三氧化硼。

#3. R-玻璃纤维（也称为T-玻璃或S-玻璃纤维）

玻璃纤维已经提供了相当令人印象深刻的特性，但如果您需要性能更佳的产品，R 玻璃纤维就是最好的选择。

您还可能会发现 T 玻璃或 S 玻璃，由于其酸性和抗拉强度，它通常用于航空航天和国防工业制造的产品中。

#4. A-玻璃纤维

这种玻璃纤维是您在日常生活中可能遇到的一种。A 型玻璃也被称为钠​​钙玻璃或碱性玻璃，它经常被制成瓶子、罐子和窗玻璃。

与其他选择相比，它相对便宜，化学稳定性好，而且可以回收利用。它的混合物中含有石灰、氧化铝、白云石、苏打、二氧化硅和硫酸钠。

#5. Advantex 玻璃纤维

Advantex 玻璃已注册商标，如果您担心酸和温度变化引起的腐蚀，那么这种材料就是您的首选。这就是它受到采矿和石油行业制造商青睐的原因。

它也存在于条件最恶劣、最肮脏的地方，包括发电厂和污水处理系统。你可以在它的成分中发现大量的氧化钙。

#6. ECR玻璃纤维

如果您需要与 E 玻璃纤维类似但具有额外耐热和耐酸性的材料，ECR 玻璃纤维是您的下一步选择。

如果您想要制造能够轻松承受水、热和冲击的耐用面板，那么它是一种环保玻璃纤维，非常适合。

#7. C-玻璃纤维

C 玻璃也称为化学玻璃，正如您所想，如果您需要抗冲击和耐化学腐蚀的材料，它就是完美的玻璃纤维。

如果您在暴露于水和化学物质的环境（如管道和水箱）中使用它，其成分中的硼硅酸钙不会让您失望。

#8. Z-玻璃纤维

如果您需要一种能够为混凝土和其他材料提供重型加固的玻璃纤维，您可以考虑 Z-glass 产品，例如网状物。这些产品可以轻松应对酸、盐、磨损和紫外线。

#9. S2 玻璃纤维

这种玻璃纤维的独特之处在于它可以为您提供增强纺织品。它是一种高性能材料，具有无与伦比的耐高温、抗压和抗冲击性能。您甚至可以用它制作航天布料。

#10. AR-玻璃纤维

你也可以称 AR 玻璃为耐碱玻璃。它与混凝土混合，以防止或至少减缓开裂。

如果您需要一种不会因水或 pH 值变化而变形的材料，这种柔性玻璃纤维非常坚固，不会变形。为了达到这一水平，其成分混合物中加入了氧化锆。

#11. M-玻璃纤维

玻璃纤维听起来似乎不太像真的那么灵活，但 M 玻璃纤维会很乐意证明你错了。

它的配方中含有充足的弹性和铍，这意味着它是制作餐具、玻璃器皿、包装、住房和建筑材料的绝佳选择。

#12. AE 玻璃纤维

就在你以为玻璃纤维已经没有更多用途时，AE 玻璃纤维出现了。它听起来可能很小众，但它是一种用于监测和过滤空气的流行材料。

其纤维可减少并捕获不需要的颗粒，而不会完全降低其流速。无论您在实验室还是环境部门工作，您都可能知道这种类型。

玻璃纤维的特性

• 机械强度：玻璃纤维的比电阻大于钢。因此，它用于制造高性能
• 电气特性：即使厚度很薄，玻璃纤维也是良好的电绝缘体。
• 不可燃性：由于玻璃纤维是一种矿物材料，因此它天然不可燃。它不会传播或助长火焰。它在受热时不会释放烟雾或有毒物质。
• 尺寸稳定性：玻璃纤维对温度和湿度变化不敏感。其线性膨胀系数较低。
• 与有机基质的兼容性：玻璃纤维可以有不同的尺寸，并能够与许多合成树脂和某些矿物基质（如水泥）结合。
• 不腐烂：玻璃纤维不会腐烂，不会受到啮齿动物和昆虫的影响。
• 热导率：玻璃纤维的热导率低，使其在建筑行业非常有用。
• 介电磁导率：玻璃纤维的这种特性使其适用于电磁窗。

有用的特性

玻璃纤维具有多种有用的特性。例如，像 Garolite G-10 FR-4 这样的玻璃纤维复合材料，以其阻燃性而闻名。以下是玻璃纤维材料的一些最常见特性。

• 耐用的
• 僵硬的
• 轻的
• 防火
• 优良的绝缘体
• 耐化学性强
• 高度耐腐蚀
• 尺寸稳定
• 耐温耐湿
• 抗翘曲
• 防潮

玻璃纤维的应用

具有高温绝缘性能的材料为工业垫片提供了有效的热屏障。

由于玻璃纤维耐用、安全且具有很高的隔热性能，因此玻璃纤维成为工业垫片中广泛选择的材质之一。

它们不仅提供更好的绝缘，而且还有助于保护机器，节约能源并确保专业人员的安全。

这也许就是为什么玻璃纤维被广泛应用于以下行业的原因：

• 饮料行业：玻璃纤维格栅用于装瓶生产线和酿酒厂等许多领域。
• 洗车：最近，玻璃纤维格栅被广泛用于防锈，并为以前看起来禁止进入的区域提供对比色。它使洗车隧道内部变得明亮，使汽车看起来比以前更干净。
• 化学工业：在该行业中，玻璃纤维格栅用于嵌入式砂砾表面的防滑安全特性和不同树脂化合物的耐化学特性。所使用的化学品与树脂相匹配。
• 冷却塔：由于冷却塔总是潮湿的，因此必须防止生锈、腐蚀和其他安全问题。由于玻璃纤维具有优异的性能，因此在这些塔中用作屏障，以使人和动物远离危险区域。
• 码头和游艇码头：码头会被咸海水腐蚀、生锈和损坏。因此，这里使用玻璃纤维进行保护。
• 食品加工：在鸡肉和牛肉加工厂中，玻璃纤维格栅用于防滑和阻挡具有腐蚀性的血液。大多数食品加工领域也使用玻璃纤维，因为其他格栅材料不适合。
• 喷泉和水族馆：各种大小的喷泉和水族馆都使用玻璃纤维支撑岩石，以帮助岩石下的循环和过滤。在大型公共喷泉中，玻璃纤维格栅用于保护喷头和灯光免受损坏。这也可以防止人们溺水在喷泉中。
• 制造：玻璃纤维格栅的嵌入式砂砾表面可确保在潮湿区域或存在液压油或油的地方具有防滑性。
• 金属和采矿：玻璃纤维格栅用于易受化学腐蚀的电子精炼区域。此处不能使用其他格栅材料。
• 发电：发电行业的许多领域（如油库、洗涤器等）都使用玻璃纤维。这是因为玻璃纤维具有非导电特性。
• 电镀厂：由于表面具有防滑性能，该应用使用玻璃纤维格栅。
• 纸浆和造纸工业：玻璃纤维具有耐化学腐蚀的特性，在纸浆和漂白厂中非常有用。最近，玻璃纤维因其耐腐蚀和防滑特性而在许多领域得到应用。
• 汽车工业：玻璃纤维在汽车工业中应用十分广泛，几乎每辆汽车都有玻璃纤维部件和车身套件。
• 航空航天与国防：玻璃纤维用于制造军用和民用航空航天工业的零件，包括测试设备、管道、外壳等。

玻璃纤维足够坚固吗？

就强度重量比而言，玻璃纤维的表现远胜于钢材。玻璃纤维的强度与钢材相同，但柔韧性更强，这意味着它更耐用、更耐冲击。它在纵向上也比钢材更坚固，整体尺寸稳定性更好。

复合材料中玻璃纤维的数量、类型、方向和位置决定了玻璃纤维型材的强度。

与金属或木制品相比，玻璃纤维增​​强塑料的强度重量比可高达 5 倍。

当达到弯曲点时，高抗拉强度至关重要。在恶劣环境下使用时，玻璃纤维可保持其完整性并具有耐腐蚀性。

据市场分析师称，2017年玻璃纤维的产量价值近140亿美元。

他们预测，到 2025 年，这一数字将上升到 210 亿美元以上，这凸显了玻璃增强材料在消费品中的作用。

优点和缺点

如果你想衡量玻璃纤维的优点，首先要注意的是，它的主要优点之一是强度。实际上，玻璃纤维的抗拉强度比钢高，但重量仍然很轻。

如果您需要耐候、防水和耐腐蚀性化学品的材料，它是一种很好的材料。它不导电也不导磁，因此在绝缘和与其他材料一起使用时，它更胜一筹。

您还会发现玻璃纤维不会生锈、收缩、燃烧或膨胀，因此耐用且使用寿命长。

但任何材料都有其局限性，包括玻璃纤维。你可能会发现使用它的一个缺点是它很昂贵，尤其是与非复合材料相比。

玻璃纤维也很难去除，且不能生物降解，如果您投资于可持续实践，这并不是理想的选择。

如果您的员工使用玻璃纤维，如果没有佩戴正确的安全设备，接触和吸入玻璃纤维可能会很危险。如果阳光太强，您还可能会发现玻璃纤维会褪色。

碳纤维和玻璃增强塑料与玻璃纤维

需要注意的是，虽然与两者相似，但玻璃纤维不是碳纤维，也不是玻璃增强塑料。碳纤维是由碳丝制成的。

尽管碳纤维非常坚固耐用，但它无法像玻璃纤维那样被挤压成长条，因为它容易断裂。这也是玻璃纤维虽然强度不如碳纤维，但制造成本却比碳纤维低的几个原因之一。

顾名思义，玻璃增强塑料就是在塑料中嵌入玻璃纤维以增加强度。它与玻璃纤维的相似之处显而易见，但玻璃纤维的一个显著特征是玻璃丝是其主要成分。

玻璃增强塑料主要由塑料组成，因此虽然它的强度和耐用性比单纯的塑料有所提高，但它的耐用性不如玻璃纤维。

回收玻璃纤维

尽管在玻璃纤维制品的回收利用方面并没有取得太大的进展，但回收技术和再生玻璃纤维产品的用途方面的一些新创新开始出现。

最有前景的项目之一是回收过时的风力涡轮机叶片。

通用电气内部新闻网站 GE Reports 记者艾米·科弗 (Amy Kover) 表示，虽然用技术更先进的叶片替换现有叶片可使风电场的性能提高 25%，但这一过程不可避免地会产生浪费。

“粉碎一片叶片会产生约 15,000 磅的玻璃纤维废料，而且这一过程会产生有害粉尘。考虑到叶片的长度，将它们全部送往垃圾填埋场是不可能的，”她指出。

2017 年，通用电气与位于西雅图地区的全球玻璃纤维解决方案公司（该公司自 2008 年以来一直在回收玻璃纤维，并已获得将旧叶片回收成井盖、建筑面板和托盘等产品的专利）合作开展了一项回收计划。

在不到一年的时间里，GFSI 为 GE 回收了 564 个叶片，并估计在未来几年内，GE 将能够重新制造或再利用多达 5000 万磅的玻璃纤维废料。

此外，目前大量的玻璃纤维本身是由回收玻璃制成的。

根据国家废物和回收协会的通讯“Waste360”，回收商正在将碎玻璃变成一种可用的资源，称为碎玻璃（已被粉碎和清洁的玻璃），然后将其出售给玻璃纤维绝缘材料制造商。

他们报告称：“欧文斯科宁每年在住宅、商业和工业玻璃纤维应用中使用超过 10 亿磅的碎玻璃。”

与此同时，欧文斯科宁表示，目前其生产的玻璃纤维绝缘材料中有多达 70% 是使用回收玻璃制造的。