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玻璃纖維在安全與防護(hù)用紡織品中的應(yīng)用

文檔作者：蔣麗云嚴(yán)雪峰文檔來源：南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月01日
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蔣麗云，等：玻璃纖維在安全與防護(hù)用紡織品中的應(yīng)用
中圖分類號：TQ171．77 7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
Fiberg a
s
綜述
玻璃纖維在安全與防護(hù)用紡織品中的應(yīng)用
蔣麗云，嚴(yán)雪峰
(南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院。南通226019)
摘要：介紹了玻璃纖維作為一種高性能無機(jī)纖維，因其高模高強(qiáng)、較高的斷裂伸長率和鉤結(jié)強(qiáng)度等物理機(jī)械性能；優(yōu)異的橫
向壓縮、抗彎剛度等耐沖擊性能；較強(qiáng)的耐熱性、耐腐蝕性和不燃性，在機(jī)械傷害防護(hù)紡織品、熱防護(hù)紡織品、電磁防護(hù)以及核
能與生化防護(hù)紡織品等領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。同時，提出了玻璃纖維在安防用紡織品中的應(yīng)用缺陷，希望相關(guān)開發(fā)
單位提高紡紗和織造等技術(shù)，挖掘玻纖在安防用紡織品中更大的發(fā)展空間。
關(guān)鍵詞：玻璃纖維；機(jī)械傷害防護(hù)；熱防護(hù)；電磁防護(hù)；生化防護(hù)
Application of Glass Fiber in Safety and Protection Textiles
Jiang Liyun，Yan Xuefeng
(College of Textile and Garment，Nantong University，Nantong 226019)
Abstract：Being a kind of high performance inorganic fiber，glass fiber has many excellent properties，such as high
strength and modulus，high breaking elongation and hook junction strength，excellent transverse compression，bending
rigidity and impact resistance，good corrosion resistance，high heat resistance and non—combustibility，and thus
has been more and more widely used in mechanical damage protection textiles，thermal protection textiles，electromagnetic
protection and nuclear and biochemical protection textiles．
Key words： glass fiber；mechanical damage protection；thermal protection； electromagnetic protection；
biochemical protection
0 前言
玻璃纖維是一種高性能無機(jī)纖維，它是由二氧化
硅與三氧化二鋁等氧化物組成的無機(jī)鹽類玻璃高溫熔
收稿13期：2017—10—05
修回13期：2017—10—29
作者簡介：蔣麗云(1963一)，女，高級實(shí)驗(yàn)師。主要從事紡織工程
與紡織材料性能的研究
融后經(jīng)漏板拉絲制成，其直徑從幾微米到二十幾微米，
由幾百根甚至數(shù)千根纖維近似平行狀態(tài)集合成束。
玻璃纖維種類繁多，目前國際上已商品化的纖
維用玻璃主要有：E玻璃(無堿玻璃)、C玻璃(中堿
玻璃)、高強(qiáng)玻璃纖維、AR玻璃纖維、E．CR玻璃等
等? 。玻璃纖維因其卓越的機(jī)械性能、良好的電絕
緣性、耐腐蝕性、優(yōu)異的耐熱性和不燃性，作為復(fù)合
《玻璃纖維)2017年第6期37
堡鯊 e 蔣麗云，等：玻璃纖維在安全與防護(hù)用紡織品中的應(yīng)用
材料中的增強(qiáng)材料(增強(qiáng)塑料、增強(qiáng)瀝青、增強(qiáng)水泥
等)、電絕緣材料、絕熱保溫材料等應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)
的各個領(lǐng)域，成為建筑、交通、電子、電氣、化工、冶
金、環(huán)境保護(hù)、國防等行業(yè)必不可少的原材料?；?
玻璃纖維的優(yōu)越性能，其在安全與防護(hù)紡織品中的
應(yīng)用得到進(jìn)一步的拓展。
1 玻璃纖維在機(jī)械傷害防護(hù)紡織品中的
應(yīng)用
由于勞動密集型企業(yè)特別是重工業(yè)從業(yè)人員容
易受到機(jī)械傷害，故功能性防護(hù)紡織品如防切割手
套等的開發(fā)越來越受到人們的重視。
1．1 玻璃纖維機(jī)械性能
紡織材料在使用過程中，受拉伸、壓縮、彎曲、摩
擦等作用并會產(chǎn)生一定的變形，玻璃纖維所呈現(xiàn)的
機(jī)械性能見表1、表2。
表1、表2中可知，玻璃纖維有很高的斷裂強(qiáng)度，
最終可制成高牢度的紗線和織物，但纖維剛性增加，
手感硬。和碳纖維相比，玻璃纖維的斷裂伸長率較
大，即彈性限度內(nèi)伸長量大且拉伸強(qiáng)度高，表示纖維
有較高的耐沖擊變形能力和斷裂伸長率，對緩沖所
受的力具有較大的優(yōu)勢，是吸收沖擊能量的理想材
料。玻璃纖維和其他纖維相比，具有較大的鉤結(jié)強(qiáng)
度，優(yōu)異的相對抗彎性能，反映了其耐受彎曲和扭轉(zhuǎn)
的能力，使之加工成的織物具有較高的耐折性和耐
磨性。特別是玻璃纖維在各種壓力下其直徑變化率
極低，除壓后的剩余變形量為零，說明其在受到垂直
于纖維軸向作用力的時候，纖維不容易擠壓變形而
形成弱節(jié)，表現(xiàn)出較高的抗沖擊和耐切割性能。
表1 玻璃纖維、碳纖維機(jī)械性能
纖維
相對抗彎性能 各種加壓(cN)下直徑變化／％ ． ．
— —
1．2 玻璃纖維在防切割手套制品中的
應(yīng)用
紡制純高模高強(qiáng)聚乙烯紗線，其細(xì)度為59 tex，
織成手套后進(jìn)行耐切割測試，耐切割力小于500 sf；在
純高模高強(qiáng)聚乙烯中分別加入100 D和200 D的玻
璃纖維，制成59 rex粗細(xì)的紗線后，織成手套進(jìn)行耐
切割測試，其耐切割力分別達(dá)到了1 600～1 800 gf和
2 300～2 500 gf，分別達(dá)到ANSI標(biāo)準(zhǔn)的四級和五級。
2 玻璃纖維在熱防護(hù)紡織品中的應(yīng)用
在各類防護(hù)紡織品中，應(yīng)用較廣的是熱防護(hù)織
《玻璃纖維》2017g 第6期38
物。人們在生產(chǎn)、生活、救護(hù)、戰(zhàn)爭等活動中往往會
受到對流熱、傳導(dǎo)熱、輻射熱、熔融金屬濺射及熱氣
體等各種熱源的傷害，通過防護(hù)服裝阻斷熱能到達(dá)
人體皮膚表面，是使人體免受傷害的最直接和最有
效的防護(hù)手段 。目前熱防護(hù)紡織品的應(yīng)用主要在
石油、化工等易燃易爆環(huán)境；消防防護(hù)服裝；防電弧
服裝等領(lǐng)域。
防護(hù)紡織品具備的特點(diǎn)為：隔熱性，阻止熱轉(zhuǎn)
移；阻燃性；遇熱后織物完整性以及阻止油和其他液
體的滲入等，玻璃纖維的特性決定了其在熱防護(hù)紡
織品中的發(fā)展前景。
蔣麗云，等：玻璃纖維在安全與防護(hù)用紡織品中的應(yīng)用
2．1 玻璃纖維熱學(xué)性能
玻璃纖維的熔點(diǎn)為680 oC，沸點(diǎn)達(dá)到1 000 oC，
化學(xué)穩(wěn)定性高，且具有很強(qiáng)的耐熱性，見表3 。
表3 粘膠、滌綸、玻璃纖維的耐熱性
由表3可見，玻璃纖維耐熱性好，且長時間受到
較高溫度作用其強(qiáng)力仍未降低，織物的熱防護(hù)就是
能將熱量(對流熱、輻射熱和傳導(dǎo)熱等熱源)阻隔在
織物的一面阻止熱轉(zhuǎn)移，而織物本身不熔融收縮和
破裂。
2．2 玻璃纖維阻燃性能
熱防護(hù)紡織品的阻燃性有兩種，一是在非阻燃
纖維中加入化學(xué)阻燃添加劑，隨時間推移和洗滌次
數(shù)增加，其阻燃效果下降；另一種就是使用阻燃纖維
制成，以達(dá)到永久阻燃的目的。表4是幾種纖維的
極限氧指數(shù) 。
表4 粘膠、滌綸、玻璃纖維的燃燒性能
纖維及分類 燃燒特征 極限氧指數(shù)／％
氧指數(shù)越高，纖維越難燃燒，氧指數(shù)在30％ 以
上的纖維為不燃纖維。玻璃纖維為先天性阻燃纖
維，其阻燃性耐久，熱穩(wěn)定性高。針對目前市場上種
類較多的防護(hù)服面料，如阻燃棉強(qiáng)度低、耐溫低；間
位芳綸、腈氯綸等遇火收縮嚴(yán)重 ]，玻璃纖維具有較
強(qiáng)的競爭力。
3 玻璃纖維在電磁防護(hù)紡織品中的應(yīng)用
隨著科技迅猛發(fā)展，電氣設(shè)備應(yīng)用的日益廣泛，
電磁輻射這種高科技污染源正不同程度地傷害著人
體的神經(jīng)、心血管、內(nèi)分泌和生殖系統(tǒng)，研制電磁輻
Fiberg
射防護(hù)織物，可使人體盡量減少電磁輻射的危害。
電磁輻射防護(hù)織物，第一是要利用材料的導(dǎo)電性，增
加對電磁波的反射率，第二是利用材料的磁性，提高
織物對電磁波的吸收率。
目前電磁輻射防護(hù)織物主要有金屬絲和服用紗
線混編織物；金屬纖維和服用纖維混紡織物；化學(xué)鍍
層織物；金屬噴鍍織物及多離子、多元素和納米材料
等新型電磁輻射防護(hù)織物等 。
導(dǎo)電玻璃纖維是玻璃技術(shù)與纖維表面處理相結(jié)
合的產(chǎn)物，是利用玻璃鍍金屬技術(shù)與玻璃纖維表面
處理技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)出，它由纖維表面鍍上鎳合
金，并在其上面包覆導(dǎo)電性好的金屬，在最外層用耐
腐蝕性好的金屬做成保護(hù)膜的方法制成的 。此產(chǎn)
品的比電阻為10～ ～l0 n ·om，有著優(yōu)越的導(dǎo)電
性。導(dǎo)電玻璃纖維的強(qiáng)度高、導(dǎo)電性能好，可將其做
成各種屏蔽材料，有很好的應(yīng)用前景 。
在軍工領(lǐng)域，因玻璃纖維雷達(dá)透波性能卓越，其
透波率可達(dá)100％ ，利用這種透波材料與吸波材料
組合開發(fā)具有電磁波隱身能力的防護(hù)紡織品。
4 玻璃纖維在核能、生化防護(hù)紡織品中的
應(yīng)用
在生化防護(hù)紡織品中，利用玻璃纖維對熱中子
有良好吸收能力的特性，在乙烯基硅氧烷樹脂中添
加不同量的鎢、鐵、鋇、硼和稀土元素等粉末，制成玻
璃纖維防中子材料。中子具有很強(qiáng)的穿透力，對人
體產(chǎn)生的危害比相同劑量的X射線更為嚴(yán)重。通常
的中子輻射防護(hù)服只能對中、低能中子防護(hù)有效，而
玻璃纖維防中子輻射防護(hù)服，能更好地將慢速(熱)
中子吸收，有效地降低對人體的危害。
玻璃纖維及其制品還在核能技術(shù)開發(fā)中大顯身
手。不含氧化硼的耐輻射玻璃纖維，已經(jīng)用作核反
應(yīng)堆內(nèi)探測器電纜的絕緣材料及其它高溫導(dǎo)線的絕
緣材料 。
《玻璃纖維》2017年第6期39
塞 一R 蔣麗云，等：玻璃纖維在安全與防護(hù)用紡織品中的應(yīng)用
5 玻璃纖維在高溫防護(hù)、低溫保護(hù)材料中
的應(yīng)用
配置在船舶特種艙室的特種設(shè)備出艙在海面上
進(jìn)行作業(yè)時，會產(chǎn)生大量高溫廢氣及攜帶水蒸氣，對
艙室中的設(shè)備及管路會產(chǎn)生一定的破壞。對特種艙
室里的設(shè)備、管路等鋪設(shè)高硅氧玻璃纖維布，可達(dá)到
高溫防護(hù)的目的。高硅氧玻璃纖維布是一種耐高溫
無機(jī)纖維，該材料以特殊的玻璃成分，按普通玻璃纖
維的生產(chǎn)工藝制成紗、布等各種制品，經(jīng)過酸瀝濾和
熱燒結(jié)工藝，可得耐高溫的高硅氧制品，目前已廣泛
運(yùn)用于航天器防熱燒蝕材料、耐高溫絕熱體、液體過
濾、金屬熔化過濾、凈化等 。
針對目前儲存液態(tài)氮?dú)狻鍤?、氧氣和二氧化?
的壓力容器在向外輸氣時氣壓不穩(wěn)定的問題，研制
了一種新型低溫液體儲罐，在儲罐的主體結(jié)構(gòu)中使
用超細(xì)玻璃纖維和鋁箔輻射防護(hù)層絕緣，解決了壓
力容器在向外輸氣時氣壓不穩(wěn)定的缺陷。使用結(jié)果
表明其安全性、耐用性好，外輸氣壓穩(wěn)定 。
6 玻璃纖維在軍事、國防領(lǐng)域中的應(yīng)用
6．1 玻璃纖維在裝甲復(fù)合材料中的應(yīng)用
傳統(tǒng)的金屬裝甲材料因使用過重過厚的鋼板裝
甲而帶來操作不易、減少有效載荷并會增加發(fā)動機(jī)
故障率的缺陷，故輕質(zhì)的纖維復(fù)合材料現(xiàn)已普遍作
為裝甲材料的首選材料。纖維復(fù)合材料具有質(zhì)輕及
高模高強(qiáng)的特性，在相同的防護(hù)等級下，其裝甲質(zhì)量
只有鋼材的1／3以下，而防彈能力是3倍以上。高
強(qiáng)玻璃纖維具有抗拉強(qiáng)度高、彈性模量高、斷后延伸
率大、抗沖擊性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好和抗疲勞性能好
的特性，特別是它的斷后延伸率大于5％ ，是所有防
彈纖維中最大，使之能成為吸收能量的理想
材料 。
6．2 玻璃纖維在軍事防護(hù)工程中的應(yīng)用
陸軍防護(hù)工事通常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中
鋼筋起增強(qiáng)作用但隨時間的推移，鋼筋易受自然氣
《玻璃纖維》2017年第6期40
候條件的侵蝕而逐漸銹蝕破壞，導(dǎo)致混凝土表層脫
離、剝落。用玻璃纖維代替鋼筋增強(qiáng)，可充分發(fā)揮短
切玻璃纖維與玻纖網(wǎng)雙重增強(qiáng)作用，大大提高混凝
土的密實(shí)性和整體受力能力，使防護(hù)工事具有較高
的抗爆和抗沖擊性能，并且因玻璃纖維具有極好的
抗腐蝕性，可較大提高防護(hù)工事的抗老化性能¨ 。
6．3 玻璃纖維在運(yùn)載火箭材料中的應(yīng)用
運(yùn)載火箭采用液氫和液氧作為推進(jìn)劑，推進(jìn)劑
的存儲箱如缺乏有效的絕熱措施，其內(nèi)部的液氫會
急劇蒸發(fā)使箱體壓力迅速上升，可能導(dǎo)致箱體爆炸。
為保證運(yùn)載火箭安全發(fā)射，對箱體進(jìn)行外絕熱技術(shù)
處理極其重要 。使用輕薄型玻璃纖維織物作為
推進(jìn)劑箱體的防護(hù)層，可有效地降低火箭的載重負(fù)
荷，提高火箭的上升速度，降低火箭的制造和使用
成本
7 結(jié)語
玻璃纖維因其優(yōu)良的機(jī)械性能、超強(qiáng)的耐熱性、
不燃性、良好的電氣絕緣性和耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于
國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，并且在機(jī)械傷害防護(hù)、熱防護(hù)、
電磁防護(hù)以及核能與生化防護(hù)等紡織品中也具有廣
闊的應(yīng)用前景。但玻璃纖維在紡紗加工過程中，對于
短纖維而言梳理易斷、牽伸困難、扭應(yīng)力大、抱合力差
不易成紗；長絲纖維在織造時紋路歪斜、拉伸彈性差、
彎圈困難、斷頭率高；制成織物后穿著刺癢感重、僵
硬、不耐磨且洗滌困難，這些都成為玻璃纖維紡織品
發(fā)展中的瓶頸。應(yīng)充分發(fā)揮玻璃纖維的優(yōu)良特性，不
斷提高玻璃纖維的紡紗和織造技術(shù)，使這種性能優(yōu)越
的紡織材料有更好更大的發(fā)展空間 。
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(下轉(zhuǎn)第43頁)
熱塑性復(fù)材板提供經(jīng)適房解決方案
地建造，包括在北美洲。?‘有IBC認(rèn)證正好加強(qiáng)了
我們的數(shù)據(jù)和建造方法的可靠性?！?
該公司正在與德國亞琛輕量化技術(shù)中心合作，
以求進(jìn)一步發(fā)展Pixel房屋，包括爭取零凈能耗
(ZNE)認(rèn)證。ZNE建筑是超高效的建筑，它們的能
耗僅為它們從清潔的可再生資源生產(chǎn)的能源。ZNE
建筑是一個快速增長的趨勢，美國綠色建筑委員會
報(bào)告2017年通過ZNE認(rèn)證的建筑物增加了74％ ，
預(yù)期將持續(xù)增長?！拔覀冋陂_發(fā)使用LitePan的太
陽能屋面板，以進(jìn)一步降低安裝和維護(hù)成本。? ‘我
們還利用小型風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電，并產(chǎn)生氣流，迫使氣
流通過太陽能電池板和屋頂之間的空間?！?
該公司聲稱，由于減少了勞動力和時間，Pixel
房屋的成本相當(dāng)于或低于常規(guī)的建筑。例如，一個
設(shè)備齊全的65 m 房子起價30 000美元，可以在七
天內(nèi)建成?！拔覀兊挠布筒牧铣杀靖?，但我們的
技術(shù)需要更少的時間和勞動力，我們的運(yùn)輸成本也
更低。”
Pixel房屋的可運(yùn)輸性使其極適用于救災(zāi)與應(yīng)
(上接第40頁)
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F／beP
s
急房。為斯堪的納維亞難民住房提交的投標(biāo)方案
中，每套548 m 的Pixel房屋包括4個單元(每單元
有1臥室和1浴室)，它們由中央走廊連接，共由96
塊板材構(gòu)成。這些板材可由4個12 m的貨運(yùn)集裝
箱運(yùn)輸。
最后，公司總裁對DIY(自己動手)建房的做法
感到興奮?！拔磥?2個月內(nèi)，我們將推出新一代的
Pixel房屋，幫助普通人無需建筑專家的支持來建造
自己的住房?！薄艾F(xiàn)在正由我們的全球團(tuán)隊(duì)開發(fā)，下
一代的Pixel房屋將在網(wǎng)上設(shè)計(jì)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
來幫助人們在施工前想象他們的房子?！本拖駷閷I(yè)
的建筑商所準(zhǔn)備的那樣，自己動手者將看到精密切
割的熱塑性復(fù)材板直接送到他們的建筑工地。
他說：“我們正積極致力于開發(fā)改變游戲規(guī)則的
解決方案，以滿足全世界各種各樣的住房需求?！?
“我們的目標(biāo)是用最好的復(fù)合材料帶來最節(jié)能和環(huán)
保的住宅解決方案，用一種著眼經(jīng)濟(jì)性的靈巧方式
帶來最佳的性能?！?(葉軼譯)
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