Характеристики и статус применения высокопрочного стекловолокна

За почти 80 лет своего развития стекловолокно стало одним из широко используемых и распространенных неорганических волокнистых материалов, занимая прочное положение в армировании, изоляции, антикоррозионной защите, теплоизоляции и других областях. В последние годы, с быстрым развитием стекольной промышленности и расширением областей применения, появились различные высокоэффективные стекловолокна, среди которых популярны исследования и разработки высокопрочных и высокомодульных стекловолокон, коррозионно-стойких стекловолокон и стекловолокон с низкой диэлектрической проницаемостью. Благодаря своим превосходным характеристикам они стали незаменимыми новыми материалами в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, новые источники энергии, легковесные транспортные средства, высокочастотная и высококачественная связь, микроскопические высокоскоростные электронные устройства, химическое машиностроение и охрана окружающей среды.
Стекловолокно, появившееся в 1930-х годах, является превосходным неорганическим неметаллическим новым материалом, обладающим такими преимуществами, как хорошие изоляционные свойства, высокая механическая прочность, высокая термостойкость и хорошая коррозионная стойкость. Оно широко используется в автомобилестроении, электронике, ветроэнергетике, судостроении, авиации, строительстве, нефтегазовой и химической промышленности и других областях. За почти 80 лет развития стекловолокно стало
Одним из неорганических волокнистых материалов с большим объемом использования и широким применением, оно занимает прочное положение в армировании, изоляции, антикоррозионной защите, теплоизоляции и других областях. С быстрым развитием стекольной промышленности области его применения становятся все более широкими, а требования к характеристикам стекловолокна также растут. Для удовлетворения рыночного спроса постоянно появляются различные высокоэффективные стекловолокна. Однако в настоящее время нет единого понятия высокоэффективных стекловолокон. Обычно к высокоэффективным стекловолокнам относят тип стекловолокна, имеющий значительно лучшие характеристики, чем обычные стекловолокна, такие как высокопрочное стекловолокно, высокомодульное стекловолокно, высокопрочное высокомодульное стекловолокно, стекловолокно с низкой диэлектрической проницаемостью и коррозионно-стойкое стекловолокно. Среди них высокопрочные и высокомодульные стекловолокна, коррозионно-стойкие стекловолокна и стекловолокна с низкой диэлектрической проницаемостью в настоящее время являются наиболее популярными высокоэффективными стекловолокнами, разрабатываемыми и исследуемыми,

Помимо герметизации сухого воздуха между двумя слоями стекла, высокоэффективное теплоизоляционное стекло также должно быть покрыто специальной металлической пленкой с хорошими тепловыми характеристиками на стороне воздушного слоя в середине внешнего стекла, которая может блокировать энергию солнечных ультрафиолетовых лучей, попадающих в помещение. Его характеристики включают в себя хороший энергосберегающий эффект, теплоизоляцию и теплоизоляцию, улучшение внутренней среды. Внешний вид имеет восемь цветов и обладает превосходной декоративной художественной ценностью.
Высокоэффективное стекло, обычно используемое в архитектуре
В оптическом отношении: стекло Low-E, теплоотражающее стекло, призматическое стекло
В отношении прочности: закаленное стекло, многослойное стекло и многослойное стекло
В отношении теплопроводности: теплоизоляционное стекло, вакуумное стекло, инертный газ стекло
В отношении внешнего вида: цветное многослойное стекло, цветное глазурованное стекло, травленое стекло, резное стекло
В отношении удобства использования: полимерное органическое стекло, огнестойкое стекло, ультрабелое стекло

Один из материалов, он занимает прочное положение в армировании, изоляции, антикоррозионной защите, теплоизоляции и других областях. В последние годы, с быстрым развитием стекольной промышленности и расширением областей применения, появились различные высокоэффективные стекловолокна, среди которых популярны исследования и разработки высокопрочных и высокомодульных стекловолокон, коррозионно-стойких стекловолокон и стекловолокон с низкой диэлектрической проницаемостью.

Благодаря своим превосходным характеристикам они стали незаменимыми новыми материалами в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, новые источники энергии, легковесные транспортные средства, высокочастотная и высококачественная связь, микроскопические высокоскоростные электронные устройства, химическое машиностроение и охрана окружающей среды.

Введение: Стекловолокно, появившееся в 1930-х годах, является превосходным неорганическим неметаллическим материалом, обладающим такими преимуществами, как хорошие изоляционные свойства, высокая механическая прочность, высокая термостойкость и хорошая коррозионная стойкость. Оно широко используется в автомобилестроении, электронике, ветроэнергетике, судостроении, авиации, строительстве, нефтегазовой и химической промышленности и других областях. За почти 80 лет развития стекловолокно стало одним из наиболее широко используемых и распространенных неорганических волокнистых материалов в мире, занимая прочное положение в армировании, изоляции, антикоррозионной защите, теплоизоляции и других областях. С быстрым развитием стекольной промышленности области применения становятся все более широкими, а требования к характеристикам стекловолокна также растут. Для удовлетворения рыночного спроса постоянно появляются различные высокоэффективные стекловолокна. Однако в настоящее время нет единого понятия высокоэффективных стекловолокон. Обычно к высокоэффективным стекловолокнам относят тип стекловолокна, имеющий значительно лучшие характеристики, чем обычные стекловолокна, такие как высокопрочное стекловолокно, высокомодульное стекловолокно, высокопрочное высокомодульное стекловолокно, стекловолокно с низкой диэлектрической проницаемостью и коррозионно-стойкое стекловолокно. Среди них высокопрочные и высокомодульные стекловолокна, коррозионно-стойкие стекловолокна и стекловолокна с низкой диэлектрической проницаемостью в настоящее время являются наиболее популярными высокоэффективными стекловолокнами, разрабатываемыми и исследуемыми.

Одна корзина высокопрочных и высокомодульных стекловолокон относится к типу армированного стекловолокна и является передовым продуктом в области стекловолокна. По сравнению с обычными бессодовыми стекловолокнами, высокомодульные и высокопрочные стекловолокна обладают превосходными свойствами, такими как высокая прочность на разрыв, высокий модуль упругости, хорошая ударная вязкость, хорошая химическая стабильность, хорошая усталостная прочность и термостойкость. Они могут широко использоваться в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, авиация, вооружение, судостроение, химическая промышленность, охрана окружающей среды и т. д., где предъявляются более строгие требования к характеристикам композиционных материалов, таких как оболочки ракетных двигателей, облицовка аэрокосмических летательных аппаратов, запас, стволы пушек, бронежилеты, высоконапорные емкости, большие лопасти вентиляторов и т. д. С развитием технологий спрос на высокопрочные и высокомодульные стекловолокна в таких промышленных областях, как автомобилестроение, железнодорожный транспорт, оптоволокно, термостойкие материалы и фрикционные материалы, также постоянно растет.

С течением времени потребность в высокопрочных и высокомодульных стекловолокнах на гражданском рынке композиционных материалов становится все более актуальной.

В 2006 году компания OCV выпустила продукт под названием HiPer tex высокоэффективное бессодовое стекловолокно, модуль упругости которого составляет около 85 ГПа. По сравнению с традиционным стекловолокном E-типа, оно имеет на 30% большую прочность, на 17% больший модуль, на 30% меньший коэффициент линейного теплового расширения, почти в 10 раз большую усталостную прочность и значительно улучшенную ударную вязкость, термостойкость и коррозионную стойкость.

Стекловолокно HiPer tex представляет собой тип стекла, в основном состоящий из оксидов кремния, алюминия, кальция и магния. Его химический состав включает приблизительно 61% SiO2, 19% A1203, 9% CaO и 10% MgO. Температура формования составляет 1335°C, температура ликвидуса — 1239°C, а точка размягчения — около 923°C. Кроме того, для гражданского рынка компания AGY также выпустила в 2008 году высокопрочное и высокомодульное стекловолокно под названием S-1 Glass 711. Его механические свойства немного ниже, чем у стекла S-2, но оно может производиться в больших масштабах с низкими затратами, заполняя разрыв в соотношении цены и качества между стекловолокном E-типа и стекловолокном S2.

В 2009 году компания Chongqing International Composite Materials Co., Ltd. выпустила высокопрочное и высокомодульное стекловолокно под названием TM glass. Оно относится к серии стекол Si02Al203 Ca0 Mg0, без B203, с температурой формования около 1270-1300°C и температурой ликвидуса около 1190-1240°C. Оно может производиться в больших масштабах в современных стекловаренных печах.

Прочность пропитанной пряжи из стекловолокна TM составляет около 2700 МПа, что примерно на 22% выше, чем у обычного стекловолокна E-типа, а модуль — на 15% выше. Оно также имеет значительные преимущества в термостойкости, усталостной прочности и коррозионной стойкости.

В 2010 году Китайская химическая строительная группа Jushi и компания Mount Taishan Glass Fiber Co., Ltd. также выпустили высокопрочные и высокомодульные стекловолокна под названиями ViPro и GMG соответственно. Их показатели производительности близки к стекловолокну HiPer tex.

Стекловолокно с низкой диэлектрической проницаемостью относится к типу электронного стекловолокна. В последние годы, благодаря технологическому прогрессу в ИТ-индустрии и быстрому развитию легких, компактных и высокоскоростных электронных продуктов, таких как компьютеры и мобильные телефоны, предполагается, что спрос на стекловолокно и продукцию в мировой электронике будет продолжать быстро расти, с годовым темпом роста, достигающим скачкообразного развития электронно-информационной индустрии. К стекловолоконным изделиям, медным облицованным панелям (CCL) и печатным платам (PCB) предъявляются более высокие требования. С одной стороны, улучшены характеристики продукта, требующие высокочастотной, высокоточной и конфиденциальной передачи сигнала; с другой стороны, увеличивается функциональность продукта, что требует, чтобы медные облицованные панели служили не только подложками, но и линиями передачи сигнала, контролировали точность характеристического импеданса и выступали в качестве скрытых пассивных компонентов в многослойных платах. Постоянно высокая частота довела низкую диэлектрическую проницаемость печатных плат (диэлектрическая проницаемость Dk является ключевым показателем, влияющим на скорость распространения сигнала, при меньшем Dk скорость распространения сигнала выше, а при большем Dk - ниже) до предела. Пространство для уменьшения Dk путем улучшения процессов обработки смолы и формования уже очень ограничено, и существует острая необходимость в снижении диэлектрической проницаемости стекла для удовлетворения новых требований.

Технология производства электронных тканей с низкой диэлектрической проницаемостью является высокотехнологичной, которая включает в себя междисциплинарное взаимодействие, взаимопроникновение и взаимоподдержку. На сегодняшний день основными производителями стекловолокна с низкой диэлектрической проницаемостью за рубежом являются Vetrotex во Франции, Erskinegelous в США, Nippon Nippon Textile Co., Ltd., AGY в США и несколько других.

Ранние стекловолокна с низкой диэлектрической проницаемостью, также известные как D-стекло, в основном состояли примерно из 73% SiO2, 22% B203 и 3% R20. Стекловолокно D-типа обладало превосходными диэлектрическими свойствами с диэлектрической проницаемостью около 4 на частоте 10 ГГц. Коэффициент диэлектрических потерь составляет около 0,006, тогда как в тех же условиях диэлектрическая проницаемость E-стекла составляет около 6-8. Коэффициент диэлектрических потерь составляет около 0,007. Однако температура формования D-стекла составляет 1400°C и выше, что затрудняет его плавление и формование. Слишком высокая сложность производства и очень высокая стоимость. Кроме того, сверление, термостойкость и водостойкость продуктов CCL низкие, что затрудняет широкое распространение и применение в печатных платах. В 2009 году компания AGY в США также выпустила низкопотерьную стеклянную нить L-Glass для печатных плат. Сообщается, что низкая диэлектрическая проницаемость и низкий коэффициент потерь этого стекловолокна L-типа могут применяться в печатных платах, которые требуют более высокой скорости сигнала и целостности сигнала, чем армированные эпоксидными материалами стекловолокна E-типа. L-стекло содержит 52-60% CaO, а температура формования не превышает 1400°C. На частоте 10 ГГц диэлектрическая проницаемость стекловолокна L-типа составляет 4-8. Коэффициент потерь составляет 0,005. Кроме того, коэффициент теплового расширения стекловолокна L-типа составляет 3,9 ppm/°C (коэффициент теплового расширения стекловолокна E-типа составляет 5,4 ppm/°C), что ближе к коэффициенту расширения кремниевого материала, что делает стекловолокно L-типа идеальным материалом для подложек корпусов 1C.

Хотя спрос на стекловолокно с низкой диэлектрической проницаемостью на рынке постоянно растет из-за быстрого развития электронно-информационной индустрии, технология стекловолокна с низкой диэлектрической проницаемостью еще не очень зрелая. Различные существующие продукты из стекловолокна с низкой диэлектрической проницаемостью имеют трудно примиримое противоречие между производительностью и стоимостью (сложностью производства) и не могут удовлетворить потребности крупномасштабного применения на рынке. В будущем еще предстоит большая работа по снижению диэлектрической проницаемости стекла (на высоких частотах) и снижению сложности формования стекловолокна.

3. Стекловолокно, устойчивое к коррозии. В широком смысле стекловолокно включает в себя C-стекло, AR-стекло, ECR-стекло и т.д.

Среди них C-стекло относится к стеклу со средним содержанием щелочи и содержит около 8-15% щелочного металла, характеризуется лучшей химической стойкостью, особенно кислотостойкостью, чем безалкальное стекло (E-стекло), но с плохими электрическими характеристиками и механической прочностью на 10-20% ниже, чем у безалкального стекловолокна. Как правило, используется в недорогих строительных материалах и постепенно заменяется безалкальным стеклом.

AR-стекло, также известное как щелочестойкое стекловолокно, выдерживает длительную эрозию щелочными веществами и в основном разработано для повышения прочности цемента. Относится к системе Si02-Zr02-R20, с типичным составом 60,7% SiO2, 21,5% Zr02 и 17,8% R20. В настоящее время AR-стекловолокно в основном используется в цементной промышленности, а производство очень мало.

Компания CORNING первой разработала его. ECR-стекло не содержит B203 и F2, но содержит 2-4% TiO2, 1,5-4% MgO и 1-5,5% ZnO. По сравнению с обычными стекловолокнами E-типа, отличительной особенностью ECR-стекла является его превосходная водо- и кислотостойкость, которая как минимум в 10 раз выше; щелочестойкость также в 23 раза лучше, чем у E-стекла. В то же время значительно улучшена термостойкость ECR-стекла, температура размягчения составляет около 880-890°C, что примерно на 50°C выше, чем у E-стекла.

Кроме того, электроизоляционные и механические свойства ECR-стекла лучше, чем у обычных стекловолокон E-типа. Однако одновременно возрастает сложность формования ECR-стекловолокна, среднее повышение температуры формования и температуры ликвидуса составляет около 50°C. Кроме того, из-за высокого содержания O2 в ECR-стекле цвет стекловолокна темнее, что в некоторой степени ограничивает область применения ECR-стекловолокна.

С постоянным расширением области применения стекловолокна клиенты предъявляют все более высокие требования к комплексным характеристикам стекловолокна. Для удовлетворения рыночного спроса американская компания OWENSCORNNING первой выпустила стекловолокно Advantex в 1997 году. Стекловолокно Advantex также является безалкальным стеклом, которое улучшено на основе ECR-стекла. Оно также не содержит B203, при этом ZnO удален из формулы ECR-стекла, а содержание TiO2 снижено до менее 0,9%, при этом соответствующим образом увеличено содержание SiOPA1203. Благодаря этим корректировкам и оптимизациям стекловолокно Advantex сохраняет преимущества ECR-стекла, которое имеет низкое загрязнение окружающей среды и высокую коррозионную стойкость. В то же время его механические и высокотемпературные свойства дополнительно улучшены, а стоимость сырья ниже, что приводит к более светлым цветам стекла. Поэтому в целом стекловолокно Advantex имеет лучшую экономическую эффективность и может широко заменить традиционное стекловолокно E-типа и подавляющее большинство стекловолокна ECR-типа в рыночных приложениях, особенно в таких областях, как автомобильные глушители, лопасти ветряных турбин, баллоны со сжатым природным газом, высоконапорные стекловолоконные трубопроводы, городские канализационные трубопроводы, автомобильные компоненты и т.д. Его преимущества более очевидны.

После вступления в XXI век китайская промышленность стекловолокна быстро развивалась, и крупные производители также выпустили аналогичное высокопрочное, коррозионно-стойкое и экологически чистое стекловолокно, такое как стекловолокно ECT, выпущенное компанией Chongqing International Composite, и стекловолокно E6 от Jushi Group, все из которых имеют отличные характеристики и хорошую экономическую эффективность, аналогичную Advantex.

В настоящее время несколько крупных предприятий по производству стекловолокна готовятся к расширению производственных мощностей этого нового типа стекловолокна. Считается, что по мере созревания рынка они постепенно заменят традиционное E-стекло.

После 2000 года стекольная промышленность вступила в золотой период развития, характеризующийся быстрым ростом производства и рыночного спроса, а также постоянным расширением областей применения. Между тем, в связи с диверсификацией рынка постоянно появляются различные новые высокоэффективные стекловолокна. Они пользуются большим спросом и популярностью благодаря своим превосходным характеристикам. С постоянным совершенствованием и развитием технологий высокоэффективное стекловолокно обязательно станет основным продуктом на рынке. После почти десятилетия развития стекольная промышленность Китая стала крупнейшей в мире производственной базой стекловолокна, с производственным оборудованием, технологическими процессами, промышленными рабочими, контролем затрат и другими аспектами, не уступающими зарубежному уровню. Поэтому мы должны активно использовать историческую возможность модернизации и обновления нынешней стекольной промышленности, усилить исследования и разработки в области высокоэффективных стекловолокон, стремиться к большей инициативе и сделать Китай технологическим центром в области стекловолокна.