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玻璃纖維在安全與防護用紡織品中的應用

文檔作者：蔣麗云嚴雪峰文檔來源：南通大學紡織服裝學院		點擊數：	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用紡織品中的應用
中圖分類號：TQ171．77 7 文獻標志碼：A
Fiberg a
s
綜述
玻璃纖維在安全與防護用紡織品中的應用
蔣麗云，嚴雪峰
(南通大學紡織服裝學院。南通226019)
摘要：介紹了玻璃纖維作為一種高性能無機纖維，因其高模高強、較高的斷裂伸長率和鉤結強度等物理機械性能；優(yōu)異的橫
向壓縮、抗彎剛度等耐沖擊性能；較強的耐熱性、耐腐蝕性和不燃性，在機械傷害防護紡織品、熱防護紡織品、電磁防護以及核
能與生化防護紡織品等領域中得到越來越廣泛的應用。同時，提出了玻璃纖維在安防用紡織品中的應用缺陷，希望相關開發(fā)
單位提高紡紗和織造等技術，挖掘玻纖在安防用紡織品中更大的發(fā)展空間。
關鍵詞：玻璃纖維；機械傷害防護；熱防護；電磁防護；生化防護
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纖維，它是由二氧化
硅與三氧化二鋁等氧化物組成的無機鹽類玻璃高溫熔
收稿13期：2017—10—05
修回13期：2017—10—29
作者簡介：蔣麗云(1963一)，女，高級實驗師。主要從事紡織工程
與紡織材料性能的研究
融后經漏板拉絲制成，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用紡織品中的應用
材料中的增強材料(增強塑料、增強瀝青、增強水泥
等)、電絕緣材料、絕熱保溫材料等應用于國民經濟
的各個領域，成為建筑、交通、電子、電氣、化工、冶
金、環(huán)境保護、國防等行業(yè)必不可少的原材料。基于
玻璃纖維的優(yōu)越性能，其在安全與防護紡織品中的
應用得到進一步的拓展。
1 玻璃纖維在機械傷害防護紡織品中的
應用
由于勞動密集型企業(yè)特別是重工業(yè)從業(yè)人員容
易受到機械傷害，故功能性防護紡織品如防切割手
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
擦等作用并會產生一定的變形，玻璃纖維所呈現的
機械性能見表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，即彈性限度內伸長量大且拉伸強度高，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，具有較大的鉤結強
度，優(yōu)異的相對抗彎性能，反映了其耐受彎曲和扭轉
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)，表現出較高的抗沖擊和耐切割性能。
表1 玻璃纖維、碳纖維機械性能
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
應用
紡制純高模高強聚乙烯紗線，其細度為59 tex，
織成手套后進行耐切割測試，耐切割力小于500 sf；在
純高模高強聚乙烯中分別加入100 D和200 D的玻
璃纖維，制成59 rex粗細的紗線后，織成手套進行耐
切割測試，其耐切割力分別達到了1 600～1 800 gf和
2 300～2 500 gf，分別達到ANSI標準的四級和五級。
2 玻璃纖維在熱防護紡織品中的應用
在各類防護紡織品中，應用較廣的是熱防護織
《玻璃纖維》2017g 第6期38
物。人們在生產、生活、救護、戰(zhàn)爭等活動中往往會
受到對流熱、傳導熱、輻射熱、熔融金屬濺射及熱氣
體等各種熱源的傷害，通過防護服裝阻斷熱能到達
人體皮膚表面，是使人體免受傷害的最直接和最有
效的防護手段 。目前熱防護紡織品的應用主要在
石油、化工等易燃易爆環(huán)境；消防防護服裝；防電弧
服裝等領域。
防護紡織品具備的特點為：隔熱性，阻止熱轉
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紡
織品中的發(fā)展前景。
蔣麗云，等：玻璃纖維在安全與防護用紡織品中的應用
2．1 玻璃纖維熱學性能
玻璃纖維的熔點為680 oC，沸點達到1 000 oC，
化學穩(wěn)定性高，且具有很強的耐熱性，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
較高溫度作用其強力仍未降低，織物的熱防護就是
能將熱量(對流熱、輻射熱和傳導熱等熱源)阻隔在
織物的一面阻止熱轉移，而織物本身不熔融收縮和
破裂。
2．2 玻璃纖維阻燃性能
熱防護紡織品的阻燃性有兩種，一是在非阻燃
纖維中加入化學阻燃添加劑，隨時間推移和洗滌次
數增加，其阻燃效果下降；另一種就是使用阻燃纖維
制成，以達到永久阻燃的目的。表4是幾種纖維的
極限氧指數 。
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／％
氧指數越高，纖維越難燃燒，氧指數在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
類較多的防護服面料，如阻燃棉強度低、耐溫低；間
位芳綸、腈氯綸等遇火收縮嚴重 ]，玻璃纖維具有較
強的競爭力。
3 玻璃纖維在電磁防護紡織品中的應用
隨著科技迅猛發(fā)展，電氣設備應用的日益廣泛，
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、心血管、內分泌和生殖系統(tǒng)，研制電磁輻
Fiberg
射防護織物，可使人體盡量減少電磁輻射的危害。
電磁輻射防護織物，第一是要利用材料的導電性，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織物等 。
導電玻璃纖維是玻璃技術與纖維表面處理相結
合的產物，是利用玻璃鍍金屬技術與玻璃纖維表面
處理技術相結合而開發(fā)出，它由纖維表面鍍上鎳合
金，并在其上面包覆導電性好的金屬，在最外層用耐
腐蝕性好的金屬做成保護膜的方法制成的 。此產
品的比電阻為10～ ～l0 n ·om，有著優(yōu)越的導電
性。導電玻璃纖維的強度高、導電性能好，可將其做
成各種屏蔽材料，有很好的應用前景 。
在軍工領域，因玻璃纖維雷達透波性能卓越，其
透波率可達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紡織品。
4 玻璃纖維在核能、生化防護紡織品中的
應用
在生化防護紡織品中，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。中子具有很強的穿透力，對人
體產生的危害比相同劑量的X射線更為嚴重。通常
的中子輻射防護服只能對中、低能中子防護有效，而
玻璃纖維防中子輻射防護服，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開發(fā)中大顯身
手。不含氧化硼的耐輻射玻璃纖維，已經用作核反
應堆內探測器電纜的絕緣材料及其它高溫導線的絕
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用紡織品中的應用
5 玻璃纖維在高溫防護、低溫保護材料中
的應用
配置在船舶特種艙室的特種設備出艙在海面上
進行作業(yè)時，會產生大量高溫廢氣及攜帶水蒸氣，對
艙室中的設備及管路會產生一定的破壞。對特種艙
室里的設備、管路等鋪設高硅氧玻璃纖維布，可達到
高溫防護的目的。高硅氧玻璃纖維布是一種耐高溫
無機纖維，該材料以特殊的玻璃成分，按普通玻璃纖
維的生產工藝制成紗、布等各種制品，經過酸瀝濾和
熱燒結工藝，可得耐高溫的高硅氧制品，目前已廣泛
運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)氮氣、氬氣、氧氣和二氧化碳
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，在儲罐的主體結構中使
用超細玻璃纖維和鋁箔輻射防護層絕緣，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、國防領域中的應用
6．1 玻璃纖維在裝甲復合材料中的應用
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
故障率的缺陷，故輕質的纖維復合材料現已普遍作
為裝甲材料的首選材料。纖維復合材料具有質輕及
高模高強的特性，在相同的防護等級下，其裝甲質量
只有鋼材的1／3以下，而防彈能力是3倍以上。高
強玻璃纖維具有抗拉強度高、彈性模量高、斷后延伸
率大、抗沖擊性能好、化學穩(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工程中的應用
陸軍防護工事通常采用鋼筋混凝土結構，其中
鋼筋起增強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，導致混凝土表層脫
離、剝落。用玻璃纖維代替鋼筋增強，可充分發(fā)揮短
切玻璃纖維與玻纖網雙重增強作用，大大提高混凝
土的密實性和整體受力能力，使防護工事具有較高
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，可較大提高防護工事的抗老化性能¨ 。
6．3 玻璃纖維在運載火箭材料中的應用
運載火箭采用液氫和液氧作為推進劑，推進劑
的存儲箱如缺乏有效的絕熱措施，其內部的液氫會
急劇蒸發(fā)使箱體壓力迅速上升，可能導致箱體爆炸。
為保證運載火箭安全發(fā)射，對箱體進行外絕熱技術
處理極其重要 。使用輕薄型玻璃纖維織物作為
推進劑箱體的防護層，可有效地降低火箭的載重負
荷，提高火箭的上升速度，降低火箭的制造和使用
成本
7 結語
玻璃纖維因其優(yōu)良的機械性能、超強的耐熱性、
不燃性、良好的電氣絕緣性和耐腐蝕性，廣泛應用于
國民經濟的各個領域，并且在機械傷害防護、熱防護、
電磁防護以及核能與生化防護等紡織品中也具有廣
闊的應用前景。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，使這種性能優(yōu)越
的紡織材料有更好更大的發(fā)展空間 。
參考文獻
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(下轉第43頁)
熱塑性復材板提供經適房解決方案
地建造，包括在北美洲。?‘有IBC認證正好加強了
我們的數據和建造方法的可靠性?！?
該公司正在與德國亞琛輕量化技術中心合作，
以求進一步發(fā)展Pixel房屋，包括爭取零凈能耗
(ZNE)認證。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
報告2017年通過ZNE認證的建筑物增加了74％ ，
預期將持續(xù)增長?！拔覀冋陂_發(fā)使用LitePan的太
陽能屋面板，以進一步降低安裝和維護成本。? ‘我
們還利用小型風力渦輪機發(fā)電，并產生氣流，迫使氣
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該公司聲稱，由于減少了勞動力和時間，Pixel
房屋的成本相當于或低于常規(guī)的建筑。例如，一個
設備齊全的65 m 房子起價30 000美元，可以在七
天內建成。“我們的硬件和材料成本更高，但我們的
技術需要更少的時間和勞動力，我們的運輸成本也
更低。”
Pixel房屋的可運輸性使其極適用于救災與應
(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
塊板材構成。這些板材可由4個12 m的貨運集裝
箱運輸。
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，我們將推出新一代的
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一代的Pixel房屋將在網上設計，利用虛擬現實技術
來幫助人們在施工前想象他們的房子。”就像為專業(yè)
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割的熱塑性復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?！?
“我們的目標是用最好的復合材料帶來最節(jié)能和環(huán)
保的住宅解決方案，用一種著眼經濟性的靈巧方式
帶來最佳的性能。” (葉軼譯)
(1)：89—91．
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《玻璃纖維)2017年第6期43

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