1、目 錄玻璃纖維工業(yè)概況特種玻璃纖維發(fā)展概況 特纖性能 特纖應用3.立體織物發(fā)展概況 立體織物編織方法 立體織物性能及其應用玻璃纖維工業(yè)概況 坩堝法和池窯法發(fā)展歷程：坩堝法和池窯法發(fā)展歷程： 1958年，從前蘇聯(lián)引進坩堝法拉絲技術 1990年，第一條池窯生產(chǎn)線在廣東珠海功控玻纖公司建成（4000噸/年） 1997年，首條萬噸級的池窯生產(chǎn)線在山東泰安建成 1998年，具有自主知識產(chǎn)權的7500噸/年池窯生產(chǎn)線在杭玻集團建成 1999年開始，在國家產(chǎn)業(yè)政策的引導下，池窯法生產(chǎn)技術迅速推廣，逐步形成以池窯技術為主導的企業(yè)群 2003年，池窯法玻璃纖維產(chǎn)量首次超過坩堝法，占總產(chǎn)量的比例達到57% 200

2、5年，共有近40座池窯生產(chǎn)線 玻璃纖維工業(yè)概況玻璃纖維工業(yè)概況(1)總產(chǎn)量迅速增長總產(chǎn)量迅速增長在池窯拉絲進入推廣期的1997年以后7年時間里,我國玻纖總量的增長，相當于美國19681988年20年的增長。我國一躍成為世界第二大玻纖生產(chǎn)國和出口大國。(2)品種、質量有較大提高品種、質量有較大提高品種方面。從E級（7）至U級（24），22.5Tex到4800Tex纖維均能生產(chǎn)。，我們已成為世界傳統(tǒng)增強基材(無捻粗紗、方格布、短切纖維氈等)生產(chǎn)大國之一。對于縫編氈、復合氈、連續(xù)氈、針剌氈、表面氈、多軸向織物等一些新的增強基材，我國都已工業(yè)化生產(chǎn)。池窯基地企業(yè)的產(chǎn)品品種均超過200種。質量方面。玻纖

3、增強基材質量的提高，從行業(yè)抽查中直接得到確認。在標準提高的情況下，行業(yè)抽查推標符合率，從31.8%(97年)提升到70%(近兩年)以上，其中池窯企業(yè)更高。無捻粗紗的質量在也在穩(wěn)中提高，如含水率這個重要指標，從抽查來看有較大改善，97年的抽查平均值為0.33%，企業(yè)間差別較大；2003年抽查的含水率平均值為0.088%，且企業(yè)間差別小，其中池窯企業(yè)情況更好，其平均含水率為0.026%。玻璃纖維工業(yè)概況玻璃纖維工業(yè)概況 池窯生產(chǎn)線工藝示意圖池窯生產(chǎn)線工藝示意圖玻璃纖維工業(yè)概況玻璃纖維工業(yè)概況 中國玻璃纖維工業(yè)發(fā)展迅猛中國玻璃纖維工業(yè)發(fā)展迅猛, ,年增長近年增長近30%,30%,預預計十一計十一.

4、.五末將達到五末將達到150150萬噸萬噸, ,成為世界第一生成為世界第一生產(chǎn)大國產(chǎn)大國玻璃纖維工業(yè)概況玻璃纖維工業(yè)概況 1.1 分類 按性能成分分類序號分 類特 征1無堿玻璃纖維（E玻璃纖維）堿金屬氧化物含量0.82中堿玻璃纖維（C玻璃纖維）堿金屬氧化物含量6123高堿玻璃纖維（A玻璃纖維）堿金屬氧化物含量124高強玻璃纖維（S玻璃纖維）拉伸強度比E玻璃纖維提高30405低介電玻璃纖維（D玻璃纖維） 介電常數(shù)3.546高模量玻璃纖維（M玻璃纖維） 比模量和比強度分別比無堿玻璃纖維提高15和107耐輻照玻璃纖維在高能輻射（射線和中子的混合輻射）下十分穩(wěn)定8石英玻璃纖維SiO2含量在99.9%以

5、上9高硅氧玻璃纖維SiO2含量在96%以上我國主要玻璃纖維成分我國主要玻璃纖維成分組份或性能E玻璃C玻璃S玻璃A玻璃M玻璃SiO254.167.35257714854Al2O314.97202531622CaO16.69.5/8/MgO4.64.2101431823Na2O、K2O0.512/15/B2O38.5/5/Fe2O30.50.51.2/CeO2/12/13Li2O/0.81.2/ZrO2/04TiO2微量/04析晶上限溫度/11351140132010201300單絲強度/Mpa305826264018彈性模量/Gpa71.583.393.1密度/(g/cm3)2.572.532.

6、542.512.77鋁硼硅酸鹽鈉鈣硅酸鹽鈉鈣硅酸鹽硅鋁鎂三元系統(tǒng)硅鋁鎂三元系統(tǒng)玻璃纖維工業(yè)概況玻璃纖維工業(yè)概況 1.1 分類 按加工分類化學名稱化學名稱結構式結構式牌號牌號適用樹脂適用樹脂乙烯基三乙氧基硅烷A-151PS,PE,PP乙烯基三甲氧乙氧基硅烷A-172KBC-1003PE，PP，PS，PVC，EPDM-氨基丙基三乙氧基硅烷A-1100 KH-550KBE-903EP，PF，UP，MF，PVC，PC，PE，PP，PA，S/AN，PMMA-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷 A-174KH-570 UP，EP，PS，PE，ABS，PP，PMMA，S/AN-（2，3-環(huán)氧丙氧基）丙基三甲氧基硅

7、烷A-187KH-560KBM-403Y-4087Z-6040S510EP，PF，UP，MF，PVC，PC，ABS，S/AN，PS，PA，PE，PPCH2CHSi(OC2H5)3CH2CHSi(OCH2CH2OCH3)3H2N(CH2)3Si(OC2H5)3CH2CHOCH2O(CH3)3Si(OCH3)3CH2CCH3COO(CH2)3Si(OCH3)3常用偶聯(lián)劑常用偶聯(lián)劑一、玻璃纖維一、玻璃纖維 1.2 1.2 性能性能力學性能高力學性能高拉伸強度1.474.8GPa，比塊狀玻璃高數(shù)十倍斷裂伸長率35%耐溫性好耐溫性好400500條件下，強度基本不降低高硅氧纖維長期使用溫度900以上石英纖

8、維可達1200以上 應用應用 結構材料 功能材料 結構功能一體化材料 電子材料二、特種玻璃纖維二、特種玻璃纖維 高強度玻璃纖維 (S ,T, R ) 低介電常數(shù)玻璃纖維 (D , NE ) 高硅氧玻璃纖維 非圓形截面玻璃纖維 空心玻璃纖維 耐福照玻璃纖維 高模量玻璃纖維二、特種玻璃纖維二、特種玻璃纖維 2.1 2.1 高強度玻璃纖維高強度玻璃纖維組分為組分為SiOSiO2 2-Al-Al2 2O O3 3-MgO-MgO或或SiOSiO2 2-Al-Al2 2O O3 3-CaO-MgO-CaO-MgO系統(tǒng)，具有高強度、高模量、耐高溫、系統(tǒng)，具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異的綜合性能，

9、與耐腐蝕等優(yōu)異的綜合性能，與E E玻璃纖維相比拉伸強度提高玻璃纖維相比拉伸強度提高303040%40%，拉伸模量提，拉伸模量提高高101020%20%。在高性能復合材料以及耐熱材料等領域中廣泛應用，是應用最廣的特種功能玻璃在高性能復合材料以及耐熱材料等領域中廣泛應用，是應用最廣的特種功能玻璃纖維之一。我國高強玻璃纖維廣泛應用于航天、航空、兵器、艦船、化工等領域。纖維之一。我國高強玻璃纖維廣泛應用于航天、航空、兵器、艦船、化工等領域。世界上僅有五個國家擁有高強度玻璃纖維生產(chǎn)技術世界上僅有五個國家擁有高強度玻璃纖維生產(chǎn)技術 美國（美國（S-2S-2） 法國（法國（R R） 日本（日本（T T） 白

10、俄羅斯（白俄羅斯（） 中國（中國（HS2HS2與與HS4HS4）二、特種玻璃纖維二、特種玻璃纖維 2.1 2.1 高強度玻璃纖維高強度玻璃纖維各國高強玻璃纖維性能對比各國高強玻璃纖維性能對比 性性 能能美國美國S-2法國法國R日本日本T俄羅斯俄羅斯中國中國HS2中國中國HS4新生態(tài)單絲強新生態(tài)單絲強度度MPa45004890440046504500500040204600拉伸彈性模量拉伸彈性模量GPa84.786.983.884.395.082.986.45斷裂伸長斷裂伸長 5.44.85.54.54.95.3密度密度 g/cm32.492.562.492.562.542.53浸膠束紗強度浸膠

11、束紗強度MPa370043003400340033002600300029433575高強度玻璃纖維應用高強度玻璃纖維應用混凝土構件表面處理層不平處修整斷面修復裂縫注漿修補復合材料片材復合材料片材表面修飾粘接劑19931993年起步年起步形成布、板、筋系列產(chǎn)品形成布、板、筋系列產(chǎn)品和同濟大學等合作，開展了系統(tǒng)研究和同濟大學等合作，開展了系統(tǒng)研究在數(shù)十個工程中應用在數(shù)十個工程中應用高強度玻璃纖維應用高強度玻璃纖維應用GLAREUltra-wide body Airbus A380二、特種玻璃纖維二、特種玻璃纖維 2.2 2.2 低介電玻璃纖維低介電玻璃纖維具有密度低、介電常數(shù)及介電損耗低、介電性

12、能受環(huán)境溫度和頻率等外界影響因素小等特點。是一種理想的高性能飛機雷達罩增強基材，具有輕質、寬頻帶、高透波等特性。隨著電子通訊和信息產(chǎn)業(yè)向高頻、大容量、小型化方向發(fā)展，對印刷線路板基材的玻璃纖維介電性能提出了更高的要求，世界各國都著手研究用于印刷線路板基材用的低介電玻璃纖維。上世紀90年代后期，日本日東紡研制成功工藝和化學穩(wěn)定性比D低介電玻璃纖維（法國圣哥班公司）更好的NE低介電玻璃纖維，用作覆銅板基材。我國先后研制成功D2、D3、Dk介電常數(shù)可調(diào)的低介電玻璃纖維，用于復合材料或印刷線路板（復合材料的介電常數(shù)可降低0.3左右）。二、特種玻璃纖維二、特種玻璃纖維 2.2 2.2 低介電玻璃纖維低介

13、電玻璃纖維我國D2、D3、DK玻璃纖維性能性能D2D3DK密度g/cm32.142.32.3新生態(tài)單絲強度MPa206026002600彈性模量GPa48.05555介電常數(shù)4.04.55.0介電損耗0.0030.00350.0035無埝粗紗強力 N/Tex0.450.50二、特種玻璃纖維二、特種玻璃纖維 2.3 2.3 高硅氧玻璃纖維高硅氧玻璃纖維SiOSiO2 2含量在含量在96%96%以上，是一種耐高溫的無機纖維，長期使用溫度可達以上，是一種耐高溫的無機纖維，長期使用溫度可達900900以上。以上。廣泛應用于航天飛行器防熱、耐高溫絕緣、防火防護、高溫氣體或液體過濾等。廣泛應用于航天飛行器

14、防熱、耐高溫絕緣、防火防護、高溫氣體或液體過濾等。美國美國HitcoHitco公司上世紀公司上世紀4040年代率先商業(yè)化生產(chǎn)，注冊商標年代率先商業(yè)化生產(chǎn)，注冊商標“RefrasilRefrasil”。美國美國HarvegHarveg公司、俄羅斯玻璃鋼科研聯(lián)合體和白俄羅斯波洛茨克玻纖生產(chǎn)聯(lián)合體公司、俄羅斯玻璃鋼科研聯(lián)合體和白俄羅斯波洛茨克玻纖生產(chǎn)聯(lián)合體等均有高硅氧玻璃纖維及制品的研究與生產(chǎn)。等均有高硅氧玻璃纖維及制品的研究與生產(chǎn)。世界高硅氧玻璃纖維生產(chǎn)量集中在前蘇聯(lián)。世界高硅氧玻璃纖維生產(chǎn)量集中在前蘇聯(lián)。我國自上世紀我國自上世紀6060年代初開始研究，歷經(jīng)年代初開始研究，歷經(jīng)8080、9090年

15、代的工藝及裝備等持續(xù)改進，現(xiàn)年代的工藝及裝備等持續(xù)改進，現(xiàn)生產(chǎn)能力居世界前五位。生產(chǎn)能力居世界前五位。主要制品：高硅氧織物、高硅氧套管、高硅氧短纖維、連續(xù)高硅氧纖維和高硅氧主要制品：高硅氧織物、高硅氧套管、高硅氧短纖維、連續(xù)高硅氧纖維和高硅氧棉等。棉等。二、特種玻璃纖維二、特種玻璃纖維 2.4 2.4 其他特種玻璃纖維其他特種玻璃纖維高模量玻璃纖維比模量和比強度比E玻璃纖維提高15和10具有良好的電絕緣性能我國M1玻璃纖維彈性模量為91GPa， M2玻璃纖維為93GPa用于國防軍工、體育器材、電子電器等領域耐輻照玻璃纖維高能輻射條件下十分穩(wěn)定（中子通量11020中子/cm2、劑量3101051

16、010/m、溫度高于280下，絕緣電阻達7.1109）是原子能反應堆用優(yōu)良的電絕緣材料和保溫隔熱材料常溫和高溫電絕緣性能優(yōu)良 高強空心玻璃纖維輕質、高比強度、高比模量、高透波性優(yōu)質結構材料460040203140370032162060150020002500300035004000450050005500E玻璃SH2玻璃SH4玻璃M玻璃S2空心D2玻璃抗拉強度M P a7382.986.491.651.7405060708090100E玻 璃SH2玻 璃SH4玻 璃M玻 璃D玻 璃彈性模量G P a各種纖維強度比較各種纖維模量比較三、立體織物三、立體織物 3.1 3.1 國外發(fā)展概況國外發(fā)展

17、概況上世紀60年代，美國率先研制復合材料增強用高性能立體織物戰(zhàn)略導彈彈頭防熱材料使用Z向金屬絲增強的細編穿刺織物，提高再入時燒蝕、侵蝕的偶合匹配性能（三叉戟（MK-5）導彈端頭采用鎢絲增強 ） 。多向編織的高密度碳/碳用作導彈發(fā)動機噴管的防熱、結構一體化材料，使之大幅減重，結構簡化，可靠性提高。（侏儒導彈采用三向編織全碳/碳噴管；“戰(zhàn)斧”巡航導彈、反潛導彈等選用四向碳/碳材料。）3TEX公司利用三維機織技術開發(fā)多種“下一代”的防護裝甲產(chǎn)品（頭盔、防彈背心等）。法國阿里安娜火箭噴管、喉襯和M4型潛地導彈發(fā)動機等使用四向碳/碳復合材料。日本在連續(xù)纖維增強陶瓷基復合材料、碳/碳復合材料方面居于世界先

18、進水平，其中碳/碳復合材料的應用目標是作為高溫熱結構材料，包括燃氣透平、火箭發(fā)動機和航天發(fā)動機等高強零部件。三、立體織物三、立體織物 3.1 3.1 國外發(fā)展概況國外發(fā)展概況俄羅斯在戰(zhàn)略導彈成功應用立體織物的基礎上，研制了快速成型、低成本的機織三維立體織物，已在中、遠程戰(zhàn)術導彈上大量應用。德國ALTIN和KSL公司利用與工業(yè)機器人配套使用的縫紉機頭進行大面積纖維增強復合材料部件縫合，小到復合材料套管，大到外形復雜的飛機機身蒙皮；美國ACT計劃中利用這種典型縫紉設備縫制大型機翼獲得成功。注重基礎理論研究美國ACT計劃成果中有“紡織復合材料的標準試驗方法”和“紡織復合材料力學性能數(shù)據(jù)庫”，并總結3

19、00篇文獻報道德國奔馳公司和亞琛大學聯(lián)合致力開發(fā)新一代三維織機英、法亦有發(fā)展紡織復合材料計劃日本進行了2D和3D機織編織復合材料系統(tǒng)研究俄羅斯對基礎和應用兩方面都比較重視三、立體織物三、立體織物 3.2 3.2 國內(nèi)立體織物研究進展國內(nèi)立體織物研究進展上世紀70年代初，我國開始研制特種纖維三向織物，滿足了國防工程的研制需求。80年代，承擔了防熱材料和透波材料等關鍵部件用立體織物配套研制任務。防熱材料碳纖維細編穿刺織物的研制成功，是世界上第二個掌握該項技術的國家。基于編織技術學科的發(fā)展，開展了雙組份穿刺織物、三維編織物、2.5D織物及編織技術的前瞻性研究。南京玻纖院擁有纖維正交三向、細編穿刺、三

20、維編織、三維機織、2.5維機織，2.5維編織等多種結構的特種織物編織工藝技術，獨創(chuàng)了雙組份穿刺技術，錐體封頂編織技術，完整單元體結構的三維編織技術等，形成了三向織物為基礎，細編穿刺織物為平臺，多種織物結構及編織工藝并行的優(yōu)勢配套專業(yè)，為特種織物的快速發(fā)展奠定了重要的物質技術基礎。三、立體織物三、立體織物 3.3 3.3 立體織物結構特征及應用立體織物結構特征及應用立體織物是區(qū)別于平面纖維集合體的三維纖維集合體，不同織物結構的預制件性能不同，影響著復合材料的性能及應用，不同結構織物的纖維方向和纖維體積含量影響預制件的成型性、滲透性及成本?？椢镌诤穸确较蛴腥蛞陨系募喚€，按成型方法分為： 機織物

21、 正交織物 針織物 編織物 縫合織物 三、立體織物三、立體織物 3.3 3.3 立體織物結構特征及應用立體織物結構特征及應用各種結構織物外形及應用各種結構織物外形及應用 織物結構織物結構外外 形形應應 用用機織結構機織結構塊塊 狀狀圓柱、圓錐圓柱、圓錐異異 型型承力結構材料承力結構材料多功能透波材料多功能透波材料支架結構材料支架結構材料正交結構正交結構塊塊 狀狀圓圓 錐錐透波、承力材料透波、承力材料抗燒蝕材料抗燒蝕材料針織結構針織結構塊塊 狀狀異異 型型承力結構件承力結構件承力結構材料承力結構材料編織結構編織結構回轉體回轉體異異 型型防熱抗燒蝕材料防熱抗燒蝕材料承力結構材料承力結構材料縫合結構

22、縫合結構塊塊 狀狀柱柱 狀狀盒狀、異型盒狀、異型透波承力材料透波承力材料防熱抗燒蝕材料防熱抗燒蝕材料透波、承力結構材料透波、承力結構材料三、立體織物三、立體織物 3.3 3.3 立體織物結構特征及應用立體織物結構特征及應用 機織物 機織結構圓形織物機織結構圓形織物機織結構異形織物機織結構異形織物 三、立體織物三、立體織物 3.3 3.3 立體織物結構特征及應用立體織物結構特征及應用 正交織物正交板塊織物 正交圓錐體織物 三、立體織物三、立體織物 3.3 3.3 立體織物結構特征及應用立體織物結構特征及應用 編織物三維編結構 三、立體織物三、立體織物 3.3 3.3 立體織物結構特征及應用立體織

23、物結構特征及應用 三維編回轉體織物 三維編異型織物 三、立體織物三、立體織物 3.4 3.4 新技術與新產(chǎn)品新技術與新產(chǎn)品 3.4.1 3.4.1 單針縫合技術單針縫合技術縫合復合材料，比傳統(tǒng)的疊層復合材料具有更好的損傷容限，受到國內(nèi)外航空航天界的高度重視。 簇生縫合是由一根縫紉針將紗線植入工件而不存在角連鎖的狀態(tài)，用作對多層織物進行Z向增強 。單針縫合設備 單針縫合織物 簇生縫合織物（非貫穿）三、立體織物三、立體織物 3.3 3.3 立體織物結構特征及應用立體織物結構特征及應用縫合機翼部件 縫合結構 三、立體織物三、立體織物 3.4 3.4 新技術與新產(chǎn)品新技術與新產(chǎn)品 3.4.2 3.4.

24、2 雙針縫合技術雙針縫合技術雙針縫合是基于鏈式縫紉原理的單邊縫紉，是由兩個縫紉器具在工件的一個面上操作完成。縫合纖維不僅能夠將不同立體織物進行組合縫制裝配，還可以在部件內(nèi)部起到Z向增強的作用。雙針縫合原理圖 雙針縫合成圈模式圖 三、立體織物三、立體織物 3.4 3.4 新技術與新產(chǎn)品新技術與新產(chǎn)品 3.4.3 3.4.3 多針縫合技術多針縫合技術多針縫合即多軸向縫編，由平直且平行的紗線組，以不同的角度疊層后被線圈束縛在一起的形成經(jīng)編結構織物。結構穩(wěn)定性好，紗線強度得到充分利用，各向同性性能好?？p編工藝設備是全自動控制的多軸向縫編設備，多個方向纖維同時連續(xù)鋪放，編織效率高。用于航空主結構件的復合

25、材料，在高性能船舶、體育用品、大型管道和汽車等行業(yè)都得到大量應用?？p編織物結構示意圖三、立體織物三、立體織物 3.4 3.4 新技術與新產(chǎn)品新技術與新產(chǎn)品 3.4.4 3.4.4 整體穿刺工藝技術整體穿刺工藝技術采用碳纖維疊層機織布與Z向鋼針陣列整體穿刺，再由碳纖維逐一替代Z向鋼針而形成的碳纖維穿刺織物。它具有多層織物縫合的結構。特點是厚度方向尺寸大，纖維體積含量高達，整體性能好?？椢镤撫樋p線鋼針刺布疊層 纖維置換鋼針 三、立體織物三、立體織物 3.4 3.4 新技術與新產(chǎn)品新技術與新產(chǎn)品 3.4.5 3.4.5 封頂編織技術封頂編織技術封頂編織技術是為提高截端體織物的前緣性能，利用機織結構織物成型工藝，將織物小端的經(jīng)向纖維連續(xù)編織，形成一端封閉的拋物面形狀織物。突破了立體織物不能采用連續(xù)纖維編織光滑球形面的技術難題。用作導彈的天線罩、航天飛機鼻錐帽、機翼前緣等部件。封頂織物編織技術 球形面織物 三、立體織物三、立體織物 3.4 3.4 新技術與新產(chǎn)品新技術與新產(chǎn)品 3.4.