玻璃纖維

一種性能優異的無機非金屬材料

玻璃纖維（英文：glass fiber/fiberglass）是由許多極細的玻璃纖維所組成的材料，一般直徑超過3微米。其成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等。玻璃纖維單絲的直徑從幾個微米到二十幾個微米，相當於一根頭髮絲的1/20-1/5 ，每束纖維原絲都有數百根甚至上千根單絲組成。

玻璃纖維是一種性能優異的無機非金屬材料，種類繁多，優點是絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好，機械強度高，但缺點是性脆，耐磨性較差。其通常作為複合材料中的增強材料、電絕緣材料、絕熱保溫材料和電路基板等，廣泛應用於國民經濟各個領域。

2017年10月27日，世界衛生組織國際癌症研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，特殊用途的纖維, 如E玻璃和'475'玻璃纖維在2B類致癌物清單中、連續的玻璃纖維在3類致癌物清單中。

1研究簡史 2物質結構 3理化性質物理性能

力學性能化學性質 4主要特點 5主要分類以單絲直徑分類

以玻璃原料成分類 6生產工藝 7測試標準 8主要用途

9產業現狀國際市場國內市場

研究簡史

最早的玻璃纖維是大自然的產物，風把熔岩牽伸拉成纖細的玻璃纖維並於公元前被腓尼基人在火山口附近發現。

十六、十七世紀，隨著玻璃吹制技術的問世，羅馬、威尼斯和德國的玻璃工匠們，很巧妙地用它來裝飾他們吹制的玻璃工藝品及玻璃器皿。玻璃纖維被充當裝飾材料，一直沿襲了幾個世紀，由於零散，並採用最原始的手工操作，故很長時間未形成工業體系。

1841年，英國人製成玻璃纖維拉絲機。第一次世界大戰期間，德國人拖動腳踏車拉制玻璃纖維。20世紀30年代，美國人發明了用鉑坩鍋拉制連續玻璃纖維的生產技術，玻璃纖維才得以在世界範圍內大規模的生產。其中1938年，美國的歐文斯-伊利諾伯利公司和康寧工廠聯合的纖維公司（歐文斯·康寧公司）是世界上第一家工業化生產玻璃纖維企業，為現代的玻璃纖維製造工業的發展奠定了基礎。

在1958~1959年期間，美國最大的兩家玻璃纖維製造商——歐文斯·康寧公司和匹茲堡平板玻璃公司採用池窯拉絲技術相繼建立了玻璃纖維製造廠。從此，玻璃纖維製造技術由以紡織型玻璃纖維產品為主的傳統的坩鍋拉絲工藝，逐步過渡到以生產增強型無紡玻璃纖維產品為主的池窯拉絲工藝技術，使得玻璃纖維的生產成本大幅度下降，生產效率大幅度提高，成為玻璃纖維發展史上的一個里程碑。

中國的玻璃纖維工業起源於1958年，1965年開始玻璃纖維池窯拉絲製造技術的工業化試驗，20世紀70年代初建成中國第一條玻璃纖維池密拉絲生產線。隨著技術的不斷成熟，中國已成為世界規模最大的玻纖生產國。2019 年中國大陸地區玻纖產量達到527萬噸，佔全球總產量的一半以上。

物質結構

玻璃纖維是以二氧化硅SiO2為單元形成的三度網狀聚合物，其基本結構以硅原子為中心外接四個氧原子，形成一個十分地穩定的四面體的結構，每個氧被兩個硅原子所共用。

2張

中心原子硅與四個氧原子鍵結形成四面體結構

一般而言玻璃纖維沒有真正的熔點，但大約在2000℃時會軟化，若冷卻速度太快時，二氧化硅的排列並會凌亂而無章法，結晶性較差。二氧化硅可以做出相當理想的玻璃纖維，但缺點是製造所需的溫度太高，所以常在其中摻入雜質來降低製造溫度。因此玻璃纖維的化學組成主要有SiO2、Be2O3、CaO、Al2O3等。這些物質對玻璃纖維的性質和生產工藝起決定性作用。。

理化性質

物理性能

a. 外觀：光滑，圓柱形。玻璃纖維（簡稱GF）之間抱合力小，影響了與樹脂的複合效果。但光滑表面對氣體和液體通過的阻力小，所以製作過濾材料較理想。

b. 密度：2.5左右，主要取決於玻璃的成分。某些特種玻璃，如石英玻璃纖維，高硅氧玻璃纖維等，其密度較低，僅為2.0-2.2g/cm3；含有大量重金屬氧化物的高模GF，密度可達2.7-2.9g/cm3。

力學性能

玻璃纖維的組成不同，性能也不同。一般採用含鹼金屬氧化物2%以下的無鹼玻璃纖維對熱塑性塑料進行增強改性。另外，玻璃纖維的強度還與長度、直徑有關，如同樣直徑下，長度為5毫米、90毫米時，平均拉伸強度分別為1500、760Mpa；而在同樣長度下,直徑為12.5μm、5μm時，拉伸強度分別為1200MPa、2500MPa。下表列舉了各種玻璃纖維的性能。

化學性質

玻璃纖維與玻璃相比，由於具有較大的比表面積，因此受介質侵蝕度劇烈。GF對除HF、濃鹼、H3PO4以外的化學藥品及有機溶劑具有良好的化學穩定性。影響GF化學穩定性的因素如下：

1、玻璃纖維的化學組成

無鹼玻纖：耐酸性差，耐水性較好

中鹼玻纖：耐酸性好，耐水性差

2、溫度

在100℃以下，溫度每升高10℃，纖維在介質侵蝕下的破壞速度增加50%～100％。

主要特點

原料及其應用：玻璃纖維比有機纖維耐溫高，不燃，抗腐，隔熱、隔音性好，抗拉強度高，電絕緣性好。但性脆，耐磨性較差。用來製造增強塑料（見彩圖）或增強橡膠，作為補強材玻璃纖維具有以下之特點，這些特點使玻璃纖維之使用遠較其他種類纖維來得廣泛，發展速度亦遙遙領先其特性列舉如下：

玻璃纖維切紗

(1)拉伸強度高，伸長小(3%)。

(2)彈性係數高，剛性佳。

(3)彈性限度內伸長量大且拉伸強度高，故吸收衝擊能量大。

(4)為無機纖維，具不燃性，耐化學性佳。

(5)吸水性小。

(6)尺度安定性，耐熱性均佳。

(7)加工性佳，可作成股、束、氈、織布等不同形態之產品。

(8)透明可透過光線。

(9)與樹脂接著性良好之表面處理劑之開發完成。

(10)價格便宜。

(11)不易燃燒，高溫下可熔成玻璃狀小珠。

主要分類

以單絲直徑分類

一般來說，5-10um的纖維作為紡織製品用；10-14um的纖維一般做無捻粗紗、無紡布、短切纖維氈等較為適宜。

類別	單絲直徑
粗纖維	30um
初級纖維	大於20um
中級纖維	10-20um
高級纖維	3-10um（紡織纖維）
超細纖維	小於4um

以玻璃原料成分類

類別	特點
無鹼玻璃纖維（E玻璃纖維）	鹼金屬氧化物含量<0.05%，化學穩定性、電絕緣性、強度好，主要用作電絕緣材料、玻璃鋼的增強材料等。
中鹼玻璃纖維（C玻璃纖維）	鹼金屬氧化物含量11.5-12.5%，含鹼量高，不能用作電絕緣材料，其化學穩定性和強度尚好，一般用作乳膠布、方格布基材、酸性過濾布、窗紗基材等，也可用作酸性過濾布、窗紗基材等（成本較低，用途較廣）。
高鹼玻璃纖維（A玻璃纖維）	鹼金屬氧化物含量>15%，如採用碎的平板玻璃、碎瓶子玻璃等作原料拉制而成的玻璃纖維均屬此類。可用作蓄電瓶的隔離片、管道包紮布和氈片等防水、防潮材料。
特種玻璃纖維（S玻璃纖維）	由純鎂鋁硅三元組成的高強度玻璃纖維（S-glass），主要包括鎂鋁硅系高強高彈玻璃纖維、硅鋁鈣鎂系耐化學腐蝕玻璃纖維、含鉛纖維、高硅氧纖維、石英纖維等。

生產工藝

玻璃纖維主要有池窯拉絲法和坩鍋拉絲法兩種生產工藝，坩鍋拉絲法對生產設備和生產技術要求低，投資少，生產規模可以靈活調整，因此小型玻纖企業多採用此法。但是該法須兩次成型，程序複雜，生產過程能耗大，有污染，且產品的性能和質量差，因此已基本被淘汰。池客拉絲法根據要生產的玻纖產品化學組成，計算出原料配比，然後將原料細粉按照配比投入玻璃熔窯，在高溫下熔融形成玻璃，然後再通過高速運轉拉絲機的牽引，塗覆浸潤劑，將從熔窯料道底部的多孔漏板中留出的玻璃液製成玻璃纖維原絲，在經過捻線機加捻、整經機整經織成具有各種結構及性能的玻璃布。

玻璃纖維工藝流程圖

測試標準

玻璃纖維的拉伸強度高，伸長小(3%)，測試方法標準有：GB/T14338-1993合成短纖維捲曲性試驗方法，GB/T 15232-1994 紡織玻璃纖維氈拉伸斷裂強力的測定，GB/7689.5玻璃纖維拉伸斷裂強力和斷裂伸長的測定，GB T15232-1994紡織玻璃纖維氈拉伸斷裂強力的測定，GB/T 7689.5-2001|增強材料機織物試驗方法第5部分：玻璃纖維拉伸斷裂強力和斷裂伸長的測定等等。單纖維強伸性能試驗要採用能測試玻璃纖維的高強高模纖維強力儀。

主要用途

玻纖產品主要包括無鹼紗、中鹼紗和玻纖製品等，不同產品的市場針對性強，通常用作複合材料中的增強材料、電絕緣材料和絕熱保溫材料，用於建築材料、交通運輸、電子電器、環保風電等領域。

產品分類	產品名稱	產品介紹	主要用途
無鹼紗	粗紗	主要包括直接抄、加掩紗、合股紗、組合紗、短切紗等：具有紗質柔韌、張力均勻和良好的機械性能等特點。	主要應用於基礎設施、化工、建築、電子電器、體育器材、汽車、軌道交通、建材等行業。
無鹼紗	紡織細紗	主要包括澱粉型、增強型、硅烷型等；具有紗線耐磨性好、毛羽少、彈性模量高、浸連快而完全等特點。	主要應用於織造各種增強、絕緣、耐腐蝕、隔熱等用途的紡織品，如製造模具、風電葉片、機槍等。
中鹼紗	粗紗	主要包括直接紗、噴射紗、巷用紗等：具有耐酸性好、優異的耐化學腐蝕性等特點。	主要應用於冷藏室、遊樂設施、儲罐、游泳池、容器、過濾材料、汽車離合器、摩擦材料、密封及保溫材料等。
中鹼紗	紡織細紗	主要包括奶瓶紗、澱粉紗等：具有密度均勻、毛羽少、耐腐蝕、耐熱、物化性能好等特點。	主要應用於織造各種耐腐蝕、隔熱等用途的紡織用品，如製成蓄電池複合隔板氈等。
玻纖製品	濕法薄氈	主要包括覆銅板氈、地毯用氈、防水材料氈、複合隔板氈、表面氈、短切氈、連續氈等：具有厚度均勻、浸透速度快、抗拉強度高、尺寸穩定性好、抗老化、耐腐蝕等特點。	主要應用於汽車內飾件、汽車結構件、冷藏車箱體、乾式變壓器高壓絕緣材料、玻璃鋼拉擠型材、玻璃鋼纏統製品、電器外殼等。
	方格布	採用無捻直接粗紗按平紋組織編製而成：具有毛羽少、浸透速度快、厚度均勻、機械強度高等特點。	主要應用於手糊成型FRP產品如船艇、容器、汽車部件、建築構件等。
	壁布	具有阻燃性好、耐水、耐腐蝕、抗衝擊強度高、使用壽命長、成本低、易維護等特點。	主要應用於酒店、機場、學校、醫院、公寓、家庭裝飾等建築裝飾材料。

產業現狀

國際市場

玻璃纖維是非常好的金屬材料替代材料，隨著市場經濟的迅速發展，玻璃纖維成為建築、交通、電子、電氣、化工、冶金、環境保護、國防等行業必不可少的原材料。由於在多個領域得到廣泛應用，因此，玻璃纖維日益受到人們的重視。全球玻纖生產消費大國主要是美國、歐洲、日本等發達國家，其人均玻纖消費量較高。歐洲仍然是玻璃纖維消費的最大地區，用量佔全球總用量的35%。

國內市場

我國玻璃纖維企業經過多年的發展，產品質量已處上游水平，深加工產品比例逐年提升。中國玻璃纖維行業的領先企業毛利率在25-35%之間，明顯高於國外巨頭10%的毛利率。世界玻璃纖維行業長期以來一直是寡頭壟斷格局，中國作為新生力量，經過近幾年來年均20%以上的產能增速，預計今年將佔據全球60%以上的份額，成為國際玻璃纖維市場上的新寡頭。

中國玻璃纖維行業近幾年的快速發展，動力來自國內和國外兩個市場的拉動。國際市場的擴大，既有總需求增長的因素，也有來自國際企業前期因利潤率較低退出行業后，給國內企業在國際市場留下的發展空間；而國內市場的增長，則是來自下游消費行業的快速發展。中國玻璃纖維經過了50多年的發展，已經頗具規模。

與國際相比，我國玻纖產品品種規格少，應用範圍窄。但這些情況也從另外一個角度說明，我國的玻纖產業還存在大量市場空間未被挖掘，尤其是在一些應用領域，許多細分市場甚至根本未被開發。

20世紀最後幾年，在國家建材局符合市場化要求的發展戰略的引導下，玻纖行業無論是在總體產量還是在各種先進的玻纖產品的產量變化上出現了可喜的變化。2012年，我國玻璃纖維產量佔比為54.34%，2019年我國玻璃纖維產量佔比上升至65.88%。行業產能快速擴張的同時，對落後產能的淘汰也隨著環保力度的加大而逐步推進，玻纖行業的生產規範在近年來逐步提升，對於傳統的陶土及坩鍋產能逐步淘汰，全行業面臨產業升級。

2019年，我國大陸地區玻纖產量達527萬噸，佔全球總產量約66%，中國已成為世界規模最大玻纖生產國。國內視角，2017年全國新增原紗產能25萬噸，玻璃纖維紗總產量約為408萬噸，同比增長12.70%；2018年全國新增原紗產能90萬噸，玻璃纖維紗總產量約為468萬噸，同比增長14.71%；2019年新建產能在經歷產能爬坡后穩定增產，全年玻纖總產量同比進一步提升12.61%至527萬噸。全球方面，2003-2019年，全球玻璃纖維產量總體呈上升趨勢，2018年全球玻璃纖維產量為770萬噸，2019年達到800萬噸左右，較2018年同比增長3.90%。