增強用玻璃纖維類型的演變
多年前,用作復合材料增強材料的玻璃纖維主要有兩種:E玻璃和S玻璃。E玻璃是先用來生產連續玻璃纖維的玻璃纖維之一,至今仍占玻璃纖維產量的絕大部分。但為了滿足市場對更好性能和更低成本的需求,玻璃纖維制造商不斷精煉玻璃纖維類型。
一個例子是E玻璃制造中除硼的趨勢。雖然硼有利于纖維成形,但它價錢高,并且會產生不受歡迎的排放物。美國歐文斯科寧公司的無硼玻璃Advantex實際上是其第二代E-CR玻璃。E-CR玻璃是在1980年代為響應市場對更耐腐蝕并具良好電性能產品之需求的產物。然而,因為原獲權的E-CR玻璃難于制造,從而對終用戶的價格更高,歐文斯科寧就研發了成本效益更好的Advantex玻璃。
工藝方面的改進使其可以采用更高的溫度,獲得更好的性能,同時減少總能耗。歐文斯科寧把它的增強材料制造廠都轉向了Advantex,包括2007年收購的19家圣戈班維措特克斯工廠。歐文斯科寧對E-CR玻璃的權已到期,于是加拿大Fiberex、重慶國際復合材料公司等企業都推出了自己的版本。
玻璃也有演變。受美國軍方對用于導彈殼體的高強度、輕重量玻璃纖維的需求,歐文斯科寧率先研發了S玻璃,隨后推出其改進型,商標名為S-2玻璃,其拉伸強度和拉伸模量分別高于E玻璃40%和26%。這些性能由玻璃組分產生,但制造過程也有所幫助,譬如使用了合適的浸潤劑。1998年,歐文斯科寧把玻纖紡織紗和S-2玻璃纖維產品兩項業務剝離出來,與法國織造集團博舍公司成立了一個合資企業。當玻纖細紗市場轉到亞洲的時候,此企業在2002年遇到了美國破產法第十一章的官司。后來此企業于2004年重組為AGY公司,從此其目標指向低產量、高價值的縫隙市場(瞄準機會的市場)。
由于AGY熔窯的平均年產量為3000噸和100噸(大玻纖廠商熔窯的平均年產量為33000噸),它可以供應S-3玻璃纖維,這種玻璃是為滿足非常特殊需求而研制的高性能玻璃。AGY的相關人士解釋說:“這是‘設計者玻璃’,我們可以只生產100噸,專為滿足一個客戶的精密要求而定制。”AGY為植入人體30天以上的醫學植入物而研發的HPB生物相容性玻璃纖維,就是S-3玻璃技術的一例。HPB已被用于畸齒矯正術和牙科植入物。AGY還在研發其他的植入應用,例如矯形術。
其他的高性能產品還包括日本日東紡制造的T玻璃和中材科技有限公司制造的HS2和HS4產品。
的Drew Walker指出,高性能玻璃纖維歷來更難制造,要求更高的熔制溫度,采用產量較低的更小熔窯(稱為paramelter),這些都導致成本增加。
和歐文斯科寧都看到了對成本更低性能更高玻璃纖維的需求。AGY的回應是其S-1玻璃,此玻璃的性能和成本都介于E玻璃和S-2玻璃之間。AGY聲稱S-1玻璃極適于復合材料風輪葉片,當風輪葉片加長時,S-1玻璃的更高性能可以減少玻璃纖維的用量。歐文斯科寧的響應則是2006年推出的高性能玻璃(HPG),以較低的成本達到了較大規模的生產。
據歐文斯科寧的Wisdom Dzotsi介紹,那時之前,行業認為不可能大產量地把高性能玻璃形成纖維,把其保持在所需的高溫。但他表示:“我們的工藝使用的熔窯不像制造E玻璃的熔窯那么大,但比paramelter窯大50倍。”
所獲得的R玻璃產品系列包括17μm的WindStrand玻璃纖維,其拉伸模量不及S玻璃,但比E玻璃高,對很長的風輪葉片來說,其成本可以承受。還有12.5μm的ShieldStrand玻璃纖維,其特點是可使復合材料裝甲在受到沖擊時,纖維/ 基體界面分離,使復合材料漸進性分層,同時保持復合材料的凈態力學性能。
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