详解玻璃纤维产品特性与工艺发展_产业规模及核心竞争力

　　玻璃纤维（英文的原名为：glassfiber或fiberglass）是一种性能优异的无机非金属材料。它的优点是--绝缘、耐热、抗腐蚀，机械强度高，是常用的复合材料原料。同时，我国也是世界玻纤生产第一大国。

　　玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，是以二氧化硅为主要原料的天然矿物，添加特定的金属氧化物矿物原料，混合均匀后，在高温下熔融，熔融玻璃液流经漏嘴流出，在高速拉引力的作用被牵伸并急速冷却固化成为极细的连续的纤维。其单丝直径在几微米到二十几微米之间，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝由数百根甚至上千根单丝组成。

　　玻璃纤维基本性质

　　玻璃纤维基本性质：外观为表面光滑的圆柱状，截面呈完整的圆形，圆形截面承受载荷能力强；气体和液体通过阻力小，但表面光滑使纤维的抱合力小，不利于与树脂的结合；密度一般在2.50-2.70g/cm3，主要取决于玻璃成分；抗拉强度比其他天然纤维、合成纤维要高；脆性材料，其断裂伸长率很小；耐水性和耐酸性较好，而耐碱性较差。

　　玻璃纤维发展历程

　　20世纪20年代末，美国大萧条，政府出台了一条奇葩法令：禁酒令，一禁就是十四年，酒瓶生产商纷纷陷入困境。欧文斯伊利诺斯公司是当时美国最大的玻璃瓶制造商，也只能眼睁睁看着一个个玻璃熔炉被熄火。这时一位贵人——GamesSlayter，他偶然经过一台玻璃熔炉，发现一些溢出的液态玻璃被吹成纤维状。Games好像牛顿被苹果砸中脑袋，玻璃纤维从此登上了历史舞台。

　　美国玻璃巨子康宁玻璃公司（CorningGlass）也看好玻璃纤维前途。1938年10月Owens-Illinois及CorningGlass联手成立合资企业：欧文斯科宁玻璃纤维公司（我们的欧家华丽登场），这标志着玻璃纤维工业诞生。一年后，第二次世界大战爆发，常规材料匮乏，为满足军用战备的需求，玻璃纤维成为替代品。

　　人们渐渐地发现这种年轻的材料有许多优点——质量轻、强度高、绝缘性好、保温、隔热。于是，坦克、飞机、武器、防弹衣等等都用上了玻璃纤维。

　　我国玻璃纤维产业发展历程

　　我国玻璃纤维工业兴起于1958年。经过60年的发展，改革开放前主要服务于国防军工，之后转向民用，并获得迅速发展。

　　到2008年，我国的玻璃纤维池窑拉丝产量就达到160万吨，位列世界第一。中国建材集团是目前全球规模最大的玻璃纤维生产商，仅我们一家企业产能规模达195万吨，稳居世界第一。

　　我国玻璃纤维工艺发展

　　1、早期坩埚拉丝法

　　早期玻璃纤维的生产工艺主要是坩埚拉丝法，其中陶土坩埚法已被淘汰，代铂坩埚法则需两次成型，先把玻璃原料高温熔制成玻璃球，然后将玻璃球二次熔化，高速拉丝制成玻璃纤维原丝。

　　这种工艺的弊端有能耗高、成型工艺不稳定、劳动生产率低等，目前除少量特殊成份玻纤还沿用这种方法外，基本已经被淘汰。

　　2、池窑拉丝法

　　如今大型玻纤生产厂家均采用这种方法（将各种原料在窑炉中熔化后，直接经通路至专用漏板，拉制出玻璃纤维原丝）。

　　这种一次成型方法具有能耗低、工艺稳定、产量质量提高等优点，使玻纤工业迅速实现了规模化生产，被业界誉为“玻纤工业的一次技术革命”。

　　我国玻璃纤维产业核心竞争力

　　1、玻璃配方技术

　　玻璃配方技术是生产玻璃纤维的核心技术之一，中国建材集团所属中国巨石研发的E6玻璃配方，所属泰山玻纤研发的TCR配方，均无氟无硼，强度高、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳，适用于耐高压、耐高温等特殊领域，已在行业内全面推广，是目前的主流玻璃配方。

　　中国巨石E6之后，E6S、E7、E8等相继登场，2016年中国巨石研发出E8玻璃配方，模量超过95GPa，并且实现稳定高效的池窑化生产，同时兼有以往产品的优势，具有更高的性价比和市场竞争力。

　　泰山玻纤2014年与美国AGY公司合作推出了S-1HM玻纤，主要应用于风电叶片。S-1HM配方是美国AGY的，加上泰山玻纤前期自主研发的高模HMG配方、风电用TCR配方，泰山玻纤形成了TCR、HMG、S-1HM的风电产品组合，更好地满足客户不同模量的需求。

　　2、超大型池窑拉丝工艺

　　又称一次成型工艺，各种玻璃配合料在约1600℃的池窑熔化部熔成玻璃液，在澄清部排除气泡，成为均匀的玻璃液，再在成型通路中辅助加热，精准控制温度，经漏板高速拉制，形成玻璃纤维原丝。一座窑炉有数条成型通路、上百台拉丝漏板。

　　池窑法拉丝工艺能实现大规模工业生产，并易于实施最先进的全自动控制技术，使生产效率大幅度提高，已经成为当前国际上主流的拉丝工艺。

　　3、立体式纯氧燃烧技术

　　玻璃液在玻璃熔化池窑熔制过程中，主要依靠喷枪对其高温熔制，而胸墙插入式喷枪的火焰与玻璃液面平行，不能直接加热到玻璃液面，导致能量提供不均匀，造成无谓消耗，浪费能源。立体式燃烧技术，使窑炉能量供给均匀。纯氧燃烧避免了氮、琉等氧化物的产生，对空气不会造成污染。

　　4、AGV自动化物流技术

　　该技术替代了传统的链条输送技术，通过运用先进的激光定位AGV导航车输送纱架车，实现了从拉丝到烘干再到后续包装的流程自动化。AGV小车具有自动判断、自动选择、自动定位、自动交通管制、自动充电、自动接收任务等功能，准确、及时、节约大量劳动力，现场整洁、井井有条。

　　5、智能化立体仓储技术

　　该技术具备托盘流向智能控制，实现信息自动识别，对物流智能跟踪、监控、调度及管理，实现仓储环节的物流自动化和库存智能优化管理，出入库的效率达到18秒/托，比传统的仓储方式节省面积75%，大量缩减人工和场地。

　　6、固废循环利用技术

　　中国巨石自主开发了废丝回用技术，将原本难以处理的废丝粉磨后，作为原料重新回炉到池窑中，实现玻纤废丝的100%回收利用，真正变废为宝，解决了世界级难题。

　　此外，对废气的处理是采用“SNCR+双减法+电除雾”法，可综合治理废气中的SO2、NOX、粉尘、氟化物等污染物，排放浓度远低于国家标准。对废水则采用中水回用，处理后再用于生产，实现污水零排放。

　　我国玻璃纤维企业成长

　　1、国内首条大型池窑拉丝生产线

　　1994年11月28日，巨石8000吨中碱池窑胜利点火，在国内普遍采用代铂炉生产工艺的背景下，大胆尝试、勇于创新，率先使用池窑拉丝技术，为后来的规模化生产奠定了基础，积累了经验。

　　2、中国首条万吨级玻纤生产线

　　1997年3月28日，泰山玻纤在艰难中起步，历经艰辛点燃了中国玻纤行业“首条万吨无碱池窑拉丝生产线”的熊熊火焰，投资5.49亿元人民币，年生产能力为无碱玻璃纤维制品10400吨。

　　3、海外首条大型玻纤生产线

　　2014年5月18日，中国巨石积极响应国家“一带一路”建设，在埃及投资建设年产8万吨池窑拉丝生产线，这是中国在埃及投资金额最大、技术装备最先进、建设速度最快的工业项目，是我国在海外建设的首条大型玻纤生产线，填补了北非地区玻璃纤维生产的空白。巨石埃及二期项目在2016年5月投产，三期项目预计今年第三季度完成。届时，一个20万吨的玻纤生产基地将坐落于尼罗河畔。与此同时，巨石美国项目正在建设中。

　　2017年1月，巨石自主研发的“高性能玻璃纤维低成本大规模生产技术与成套装备开发”项目荣获国家科技进步二等奖。在工信部公布的全国首批制造业单项冠军示范企业（培育）名单中，巨石入选示范企业名单；泰山玻纤新区生产线2015年被国家工信部列为玻纤行业首批智能制造示范项目，2016年入选国家智能制造应用新模式示范名单。

　　塑料改性之玻璃纤维增强

　　1、玻璃增强纤维塑料是什么？

　　玻璃纤维增强塑料，是一种品种繁多，性能各别，用途广泛的复合材料。它是由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺，制作而成的一种功能型的新型材料。

　　2、玻璃纤维增强塑料的特点：

　　1）、耐腐蚀性好：FRP是良好的耐腐蚀材料，对于大气；水和一般浓度的酸碱；盐及多种油类和溶剂都有较好的抵抗力，已经被广泛应用于化工防腐的各个方面。正在取代碳钢;不锈钢;木材；有色金属等材料。

　　2）、质轻高强：FRP的相对密度在1.5~2.0之间，只有碳钢的1/4~1/5但是拉伸强度却接近甚至超过碳素钢，而强度可以与高级合金钢相比，被广泛的应用于航空航天；高压容器以及其他需要减轻自重的制品中。

　　3）、电性能好：FRP是优良的绝缘材料，用于制造绝缘体，高频下仍能保持良好的。

　　4）、热性能好：FRP导电率低，室温下为1.25~1.67KJ只有金属的1/100~1/1000是优良的绝热材料。在瞬间超高热情况下，是理想的热保护和耐烧蚀材料。

　　5）、工艺性能优良：可以根据产品的形状来选择成型工艺且工艺简单可以一次成型。

　　6）、可设计性好：可根据需求充分选择材料来满足产品的性能和结构等要求。

　　7）、弹性模量低：FRP的弹性模量比木材的大2倍但比钢才小10倍，因此在产品结构中常感到刚性不足，容易变形。解决的方法，可以做成薄壳结构；夹层结构也可以通过高模量纤维或加强筋形式来弥补。

　　8）、长期耐温性差：一般FRP不能在高温下长期使用，通用聚酯树脂的FRP在50度以上强度就会明显下降。

　　9）、老化现象：在紫外线；风沙雨雪；化学介质；机械应力等作用下容易导致性能下降。

　　10）、层间剪切强度低：层间剪切强度是靠树脂来承担的，所以较低。可以通过选择工艺，使用偶联剂等方法来提高层间粘结力，在产品设计时尽量避免使层间受剪。

　　3、玻璃纤维增强塑料优点：

　　1)、玻璃纤维增强塑料的耐热温度比不加玻纤高很多，尤其是尼龙类塑料

　　2)、玻璃纤维增强塑料的收缩率低，刚性高。

　　3)、玻璃纤维增强塑料不会应力开裂，同时，玻璃增强纤维塑料的抗冲性能提高很多

　　4)、玻璃纤维增强塑料的强度高，如：拉伸强度，压缩强度，弯曲强度，都很高。

　　5)、玻璃纤维增强塑料由于其它助剂的加入，使得玻璃纤维增强塑料的燃烧性能下降很多，大部分材料不能点燃，是一种阻燃材料。

　　4、玻璃纤维增强塑料缺点：

　　1)、玻璃纤维增强塑料由于玻纤的加入，使得塑料变成不透明的了，不加玻纤前是透明。

　　2)、塑玻璃纤维增强塑料比不加入的玻纤的塑料韧性降低，脆性增加；

　　3)、塑玻璃纤维增强塑料由于玻纤的加入，所有材料的熔融粘度增大，流动性变差，注塑压力比不加玻纤的要增加很多，为了正常注塑，所有增强塑料的注塑温度要比不加玻纤以前提高10℃-30℃。

　　4)、由于玻纤和助剂的加入，玻璃纤维增强塑料的吸湿性能大加强，原来纯塑料不吸水的也会变得吸水，因此，注塑时都要进烘干。

　　5)、玻璃纤维增强塑料在注塑过程中，玻纤能进入塑料制品的表面，使得制品表面变得很粗糙，斑斑点点。为了取得较高的表面质量，最好注塑时使用模温机加热模具，使得塑料高分子进入制品表面，但不能达到纯塑料的外观质量。

　　6)、玻纤增强以后，玻纤是硬度很高的材料，助剂高温挥发后是腐蚀性很大的气体，对注塑机的螺杆和注塑模具的磨损和腐蚀很大，因此，生产使用这类材料的模具和注塑机时，要注意设备的表面防腐处理和表面硬度处理。

　　玻璃纤维用途

　　玻璃纤维是替代钢材、木材、石材等传统材料的新一代复合材料，是国家战略性新兴产业，对国家经济发展与转型升级有着重要意义。

　　它“上天入地，无所不能”，为我们的航空航天事业和交通运输行业添砖加瓦；它“上得了厅堂，下得了厨房”，在“高大上”的节能环保领域有它，在“接地气”的体育休闲领域也有它；它“能粗能细，灵活切换”，不但符合建筑建材的坚硬标准，还能满足电子电器的精密要求。

　　总之，玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，具有轻质、高强、耐高温、耐化学腐蚀、抗疲劳、电绝缘性能好等优点，已经在建筑与基础设施、汽车与交通、化工、环保、电子电气、船舶与海洋等国民经济各个领域大展拳脚，实惠于民。

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