玻璃纤维是如何制成的？

玻璃纤维是指由单根玻璃纤维组合而成的各种产品。根据几何形状，玻璃纤维可分为两大类：用于纱线和纺织品的连续纤维，以及用于隔热和过滤的毡片、毯子或板材的不连续（短）纤维。玻璃纤维可以像羊毛或棉花一样纺成纱线，并织成织物，有时用于制作窗帘。玻璃纤维织物通常用作模塑和层压塑料的增强材料。玻璃纤维棉是一种由不连续纤维制成的厚实蓬松的材料，用于隔热和吸音。它常见于船舶和潜艇的舱壁和船体；汽车发动机舱和车身面板衬里；炉子和空调装置；吸音墙板和天花板；以及建筑隔断。玻璃纤维可以根据特定应用进行定制，例如E型（电气型），用作电工绝缘胶带、纺织品和增强材料；C型（化学型），具有优异的耐酸性；以及T型，用于隔热。

尽管玻璃纤维的商业应用相对较晚，但早在文艺复兴时期，工匠们就已开始制作玻璃丝来装饰酒杯和花瓶。1713年，法国物理学家勒内-安托万·费尔肖·德·雷奥米尔（René-Antoine Ferchault de Reaumur）制作出了饰有细玻璃丝的纺织品，英国发明家于1822年复制了这一技艺。1842年，一位英国丝绸织工制作出了一种玻璃织物，另一位发明家爱德华·利比（Edward Libbey）则在1893年芝加哥哥伦布博览会上展出了一件玻璃织成的连衣裙。

玻璃棉是一种蓬松的、由长度不一的不连续纤维组成的团块，最早于世纪之交在欧洲生产，其生产工艺是将纤维从杆上水平拉到旋转的滚筒上。几十年后，纺丝工艺被开发并获得专利。第一次世界大战期间，德国开始生产玻璃纤维绝缘材料。20世纪30年代，在美国，以欧文斯-伊利诺伊玻璃公司和康宁玻璃厂这两家大型公司为首，玻璃纤维的工业化生产研发取得了进展。这两家公司通过将熔融玻璃拉过极细的孔口，开发出一种细小、柔韧且成本低廉的玻璃纤维。1938年，这两家公司合并成立了欧文斯-康宁玻璃纤维公司。如今，该公司简称为欧文斯-康宁，已发展成为一家年营业额达30亿美元的公司，并在玻璃纤维市场占据领先地位。

原料

玻璃纤维制品的基本原料是多种天然矿物和人造化学品。主要成分是硅砂、石灰石和纯碱。其他成分可能包括煅烧氧化铝、硼砂、长石、霞石正长岩、菱镁矿和高岭土等。硅砂用作玻璃形成剂，纯碱和石灰石主要用于降低熔点。其他成分用于改善某些性能，例如硼砂用于提高耐化学腐蚀性。废玻璃（也称碎玻璃）也可用作原料。所有原料必须精确称量并充分混合（称为配料），然后才能熔化成玻璃。

制造业
过程

融化

原料制备完成后，会被送入熔炉进行熔化。熔炉可采用电力、化石燃料或两者结合的方式加热。必须精确控制温度，以保证玻璃流的平稳稳定。熔融玻璃的温度（约 1371°C）必须高于其他类型的玻璃，才能成型为纤维。玻璃熔化后，会通过位于熔炉末端的通道（前炉）输送到成型设备。

形成纤维

根据纤维类型的不同，纤维的形成工艺也多种多样。纺织纤维可以直接从熔炉中熔融玻璃制成，也可以先将熔融玻璃送入机器，制成直径约 1.6 厘米（0.62 英寸）的玻璃珠。这些玻璃珠便于目视检查玻璃中的杂质。无论是直接熔融法还是玻璃珠熔融法，玻璃或玻璃珠都会通过电加热的喷嘴（也称为喷丝头）进行喷射。喷嘴由铂金或金属合金制成，上面有 200 到 3000 个非常细小的孔。熔融玻璃通过这些孔，最终形成细丝。

连续长丝工艺

通过连续长丝法可以生产出长而连续的纤维。玻璃流经套管上的孔后，多股玻璃丝被高速卷绕机卷起。卷绕机的转速约为每分钟 3 公里（2 英里），远高于套管的玻璃流速。张力将熔融状态的玻璃丝拉出，形成直径仅为套管孔径一小部分的细丝。之后涂覆化学粘合剂，以防止纤维在后续加工过程中断裂。最后，将细丝卷绕到管子上，并进行捻合，制成纱线。

短纤维加工工艺

另一种方法是短纤维法。当熔融玻璃流经喷嘴时，气流会迅速冷却纤维。湍急的气流还会将纤维折断成 8-15 英寸（20-38 厘米）长的纤维。这些纤维穿过润滑剂喷雾落到旋转的滚筒上，形成薄网。薄网从滚筒上拉出，并被拉成连续的、松散排列的纤维束。这种纤维束可以采用与羊毛和棉花相同的工艺加工成纱线。

切碎的纤维

长纤维纤维并非纺成纱线，而是被切成短段。纤维被固定在一组称为纱架的线轴上，并被拉过一台机器切成短纤维。切好的纤维被制成毡垫，并添加粘合剂。经烘箱固化后，毡垫被卷起。不同重量和厚度的产品可用于制作瓦片、复合屋顶或装饰垫。

玻璃棉

旋转式或纺丝式工艺用于生产玻璃棉。在此工艺中，熔炉中的熔融玻璃流入一个带有小孔的圆柱形容器。随着容器高速旋转，玻璃液流从小孔中水平流出。熔融玻璃液流通过向下吹送的空气、热气或两者结合的方式转化为纤维。纤维落到传送带上，相互交织形成绒状物。这种纤维可用于隔热，也可以喷涂粘合剂，压缩成所需厚度，然后在烘箱中固化。高温使粘合剂定型，最终产品可以是刚性或半刚性板材，也可以是柔性毡。

保护涂层

除了粘合剂外，玻璃纤维制品还需要其他涂层。润滑剂用于减少纤维磨损，可以直接喷涂在纤维上，也可以添加到粘合剂中。有时，在冷却过程中，还会将抗静电剂喷涂到玻璃纤维保温垫的表面。冷却空气穿过保温垫时，会使抗静电剂渗透到保温垫的整个厚度。抗静电剂由两种成分组成：一种是减少静电产生的物质，另一种是起到缓蚀剂和稳定剂作用的物质。上浆是指在成型过程中涂覆在纺织纤维上的任何涂层，可能包含一种或多种成分（润滑剂、粘合剂或偶联剂）。偶联剂用于将要用于增强塑料的纤维束上，以增强其与增强材料的粘合力。有时需要进行后处理工序来去除这些涂层或添加新的涂层。对于塑料增强材料，可以使用加热或化学方法去除上浆，然后涂覆偶联剂。用于装饰用途的织物必须经过热处理，以去除浆料并定型。然后在染色或印花前涂覆染料底涂层。

形成各种形状

玻璃纤维制品形状各异，采用多种工艺制造。例如，玻璃纤维管道保温材料在固化前，直接从成型机上缠绕到称为芯轴的棒状模具上。这些长度不超过 3 英尺（91 厘米）的模具随后在烘箱中固化。固化后的玻璃纤维条沿长度方向脱模，并锯切成指定尺寸。如有需要，还会贴上饰面，最后进行包装以便运输。

质量控制

在玻璃纤维保温材料生产过程中，为了保证质量，会在多个环节进行材料取样。这些环节包括：送入电熔机的混合料；从套管输送至纤维机的熔融玻璃；从纤维机出来的玻璃纤维；以及生产线末端出来的最终固化产品。使用精密的化学分析仪和显微镜对散装玻璃和纤维样品进行化学成分和缺陷分析。通过将原料通过不同尺寸的筛网，获得原料的粒度分布。包装后，根据规格测量最终产品的厚度。厚度变化表明玻璃质量低于标准。

玻璃纤维保温材料生产商也采用各种标准化测试程序来测量、调整和优化产品的声阻、吸声和隔音性能。声学性能可以通过调整纤维直径、堆积密度、厚度和粘合剂含量等生产变量来控制。类似的方法也用于控制热性能。

未来

在整个 20 世纪 90 年代及以后，玻璃纤维行业将面临一些重大挑战。由于外国公司在美国设立子公司以及美国制造商生产效率的提高，玻璃纤维保温材料的生产商数量有所增加。这导致产能过剩，而当前市场乃至未来市场都无法消化这些过剩产能。

除了产能过剩之外，其他保温材料也将构成竞争。由于近年来工艺和产品的改进，岩棉已被广泛应用。泡沫保温材料是住宅墙体和商业屋顶中玻璃纤维的另一种替代品。另一种竞争材料是纤维素，它常用于阁楼保温。

由于房地产市场疲软导致保温材料需求低迷，消费者要求降低价格。零售商和承包商持续整合也是造成这种需求下降的原因之一。为此，玻璃纤维保温材料行业必须继续在能源和环境两大领域削减成本。例如，必须使用更高效的、不依赖单一能源的炉子。

随着垃圾填埋场接近饱和，玻璃纤维制造商必须在不增加成本的前提下，实现固体废物的近乎零排放。这就需要改进生产工艺，以减少废物（包括液体和气体废物）的产生，并尽可能地对废物进行再利用。

此类废料可能需要经过再加工和重熔才能作为原材料重新利用。一些制造商已经在着手解决这些问题。