高强度玻璃纤维研究与应用方向解读

高强度玻璃纤维是应用最广泛的特种功能玻璃纤维之一，具有高强度、耐高温、耐冲击、高透波、耐腐蚀等优异性能，广泛应用于高性能复合材料、耐热材料等领域。与普通无碱玻璃(E玻璃)相比，高强玻璃纤维技术难度大，总产量低，但需求增速是普通玻璃纤维的4倍以上，其优异的性价比是目前其他纤维材料无法替代的。它已广泛应用于航空、航天、船舶、兵器、建筑、体育、化工、电子等领域。

高强玻璃纤维组分

目前，高强玻璃纤维包括 S-2高强纤维(AGY)、法国 R 纤维(Saint-gobain)、日本 t 纤维(Nito 纺织品)和中国 HS 高强纤维(中国材料科技有限公司)4大类。高强度玻璃部件如表1所示。工业生产的高强度玻璃纤维成分有 SiO2-Al2O3-MgO 系统和 SIO2-AL2O3-CAO-MGO 系统，这类玻璃存在着结晶温度高、结晶速度快、玻璃熔体粘度高、玻璃中气泡难以消除等问题，影响了玻璃纤维的强度和成型过程的连续性。为了熔融性能良好的玻璃，通常在玻璃组分中引入助熔剂，以进一步提高高强度玻璃纤维的生产工艺稳定性。玻璃在1600 °C 下熔化5 ~ 15H，分别加入0.1% ~ 1.1% CaO 和 B2O3至 SiO2-Al2O3-MgO。在玻璃中观察到气泡数量(表2) ，当曹和 B2O3加入到玻璃中，与 S-2玻璃相比，气泡数量减少了2-5倍，纤维的新生态强度提高了5% -10% ，纤维形成过程稳定。

高强玻璃纤维的应用

20世纪50年代，美国空军材料实验室（AFML）与欧文斯科宁玻璃纤维（OCF）公司签订研发比金属铝更轻更强的材料，50年代末OCF研发成功S玻璃纤维并成功应用到“民兵Ⅱ”州际弹道导弹第3级发动机壳体上，大大减轻了导弹重量。由于高强玻璃纤维具有高强、耐热、抗冲击、高透波等优异的综合性能，使得它在高性能复合材料等领域广泛应用。欧文斯科宁公司（原OCF）用S-2 ZenTronTM无捻粗纱制造的SilentexTM汽车消音器系统已在丰田汽车中使用，福特工程师采用S-2玻璃纤维生产汽车催化反应器的密封垫。

波音公司使用S-2纤维制造货运传送带，波音AWAC等飞机天线罩使用高强度玻璃纤维复合材料，飞机机身、机翼外壳、飞机地板等复合材料用S-2玻璃纤维增强，这种纤维也用于许多直升机桨叶和传动部件。空客A380是目前航空飞机中复合材料用量最大的飞机，S-2玻璃纤维增强遮光板应用于A380飞机的机身壳体等部位。很多防弹装甲车和套装也采用高强度玻璃纤维作为防弹材料，其性价比优于芳纶，这也是近年来不断拓展的S-2纤维的主要应用领域。

我国对于高强玻璃以及纤维在航天、航空、兵器、舰船、化工等领域进行广泛研究应用，如导弹系统发动机壳体，宇航飞机内衬、复合结构材料枪托、发射炮筒、高压容器、抽油杆、防弹装甲等。随着技术高强玻璃具有纤维在压力管理容器、光缆、耐温材料、摩擦主要材料等工业发展领域的推广企业应用，对其需求量也在不断提高扩大。