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高堿玻璃纖維性能缺陷難克服

來源: 2007/7/12 0:00:00

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    我國玻璃纖維工業(yè)發(fā)展初期的品種之一是用鉑坩堝拉制的高堿玻璃纖維(含R20≥15%)即用平板玻璃的玻璃成分,制成玻璃球,再拉制成纖維,織造成紗和布等產(chǎn)品。經(jīng)過幾年的運行,在60年代初出現(xiàn)了嚴(yán)重的問題,高堿玻璃纖維產(chǎn)品變脆,尤其在南方,經(jīng)黃梅雨高濕度季節(jié)后,該現(xiàn)象尤其嚴(yán)重,用手指就可在布上戳出個洞,用戶紛紛退貨,年輕的玻璃纖維工業(yè)嚴(yán)重受挫,幾近夭折。
    在玻纖工業(yè)發(fā)展關(guān)鍵時刻,行業(yè)的科技人員進(jìn)行了艱苦的科研工作,找出了原因,并采用耐水性良好的中堿5號替代耐水性差的高堿玻璃纖維,至今已成為我國玻纖工業(yè)兩大系列產(chǎn)品之一。改變公開以來,我國玻纖工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展,池窯拉絲等全部先進(jìn)的生產(chǎn)工藝已在我國生根、開花、結(jié)果。玻纖產(chǎn)品無論從產(chǎn)量、品種和質(zhì)量上逐步縮小了與全部先進(jìn)國家的差距。
    在這大好發(fā)展的形勢下,出現(xiàn)了一些不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象,由于各種原因,一些小企業(yè)還在生產(chǎn)高堿玻璃纖維產(chǎn)品,銷售給用戶作增強制品。由于高堿玻璃纖維材料自身存在的強度低、耐水和耐堿性差的缺點,這種缺點是無法克服的,用它作增強制品,較終只會損害用戶的利益,甚至危及生命。我們希望全社會都來關(guān)注高堿玻璃纖維制品的淘汰,使失敗的歷史不再重演。
    平板、瓶罐、器皿、保溫瓶、軟質(zhì)燈泡等玻璃制品中的絕大部分均含有14%以上的R20量,用它們的廢品作原料生產(chǎn)的玻璃纖維統(tǒng)稱為高堿玻璃纖維。
    玻璃纖維的性能取決于玻璃成分,高堿玻璃纖維含14%以上的R20量。眾所周知,堿金屬氧化物(R20)是助熔劑,在玻璃中是網(wǎng)絡(luò)外離子,與硅組成非橋氧結(jié)構(gòu),它的含量越多,則非橋氧越多,而橋氧結(jié)構(gòu)越少,玻璃結(jié)構(gòu)松弛。玻璃的強度、化學(xué)穩(wěn)定性等一系列使用性能變差。未進(jìn)入玻璃結(jié)構(gòu)骨架的堿金屬離子在水、堿等介質(zhì)作用下會不斷被浸出,且玻璃纖維的直徑僅為6微米~23微米,與塊玻璃(玻璃制品)相比,單位質(zhì)量比表面積大出幾百倍甚至上千倍,因此其化學(xué)穩(wěn)定性大大降低。
    高堿玻璃纖維不適合作增強材料的主要原因是化學(xué)穩(wěn)定性差,尤其是耐水、耐堿性差。附表列出了三種玻璃纖維表面積同為5000平方米的試樣,在250毫升蒸餾水中1000℃煮沸3小時后的耐水性和耐堿性。
    表中所列高堿玻璃纖維的體積電阻率大大地低于無堿玻璃纖維,決不能用作電絕緣玻璃鋼和其它電絕緣制品;在水煮實驗中,其析堿量高堿玻璃纖維是無堿的4.8倍,中堿的202倍,為水解三級;耐堿性在0.5氫氧化鈉中失重,高堿纖維是無堿纖維的4.2倍,是中堿纖維的2倍,充分說明高堿纖維耐堿性能很差,根本不能作為水泥制品的增強材料。
    由于目前尚未找到能有效防止水侵蝕纖維的表面處理劑,因此不是纖維制品還是纖維增強后的復(fù)合材料,在貯存、使用過程中,空氣中存在的水汽通過吸附、毛細(xì)管力作用,纖維表面或纖維與樹脂界面上均會吸附水,它與纖維作用,堿金屬離子侵蝕出來,生成強堿性的氫氧化鈉(鉀),它們又無法帶走而留在纖維表面,進(jìn)一步演變成強堿溶液對纖維的作用。而高堿玻璃纖維又不耐堿(在0.5氫氧化鈉溶液中,5000平方厘米表面積的纖維,100℃,3小時高堿纖維的失重是無堿的4.2倍,中堿5號的2倍)。堿侵蝕的結(jié)果,破壞了纖維中的硅氧骨架,造成纖維變脆,強度大幅度降低。筆者曾用纖維結(jié)圈法測定了三種纖維的脆性,即測定纖維斷裂前結(jié)圈的直徑D,用D/d比值來表示脆性(d為纖維直徑),纖維越脆,其比值越大。測定的結(jié)果是庫存中已手感發(fā)脆的高堿玻璃纖維,其比值竟高達(dá)181,是同樣庫存的無堿玻璃纖維的7.5倍,中堿5號纖維的7倍。顯而易見,一種沒有強度且變脆的纖維,是起不到增強作用的。由此可見,耐水性和耐堿性差、強度低的高堿玻璃纖維作為玻璃鋼、石膏、水泥、無機玻璃鋼等的增強材料是不可行的.

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