玻璃纖維布及玻璃纖維氈(轉)
玻璃鋼以其優異的耐蝕性能、高強性能被廣泛應用于防腐蝕工程,與磚板、橡膠號稱為“三大防腐襯里材料”。玻璃鋼全稱為:玻璃纖維增強塑料,國際通用名稱為“FRP(Fiber Reinforced plastics)即纖維增強塑料”,為了區分碳纖維增強塑料常常叫做“GFRP(Glass Fiber Reinforced plastics)即玻璃纖維增強塑料”。玻璃纖維增強塑料是一種復合材料,由兩部分組成:一是樹脂(如環氧樹脂、不飽和樹脂、乙烯基樹脂);二是玻璃纖維(如玻璃纖維布、玻璃纖維氈),防腐界形象地將此比喻為“鋼筋混凝土”,樹脂就是“混凝土”,玻璃纖維就是“鋼筋”。
玻璃纖維布及玻璃纖維氈都是以石英砂(主要成分為SiO2),純堿(Na2CO3)及一些助溶劑,穩定劑在熔爐中熔化成玻璃原液,通過漏板拉制成連續的玻璃纖維原絲,再織造成玻璃纖維布;而玻璃纖維氈是將連續的玻璃原絲切斷成一定長度(通常為50㎜)的短切纖維,通過施膠,也就是噴灑粘結劑(如聚酯粉末或者乳液),采用烘箱加熱,使得粘結劑熔化并將雜亂的短切纖維粘合成一張整體的氈。玻璃絲布種類比較多,典型的分類有:
一.按照纖維成分分
1.無堿玻璃纖維布(E布)。堿金屬氧化物含量<0.8%,強度高,電絕緣性好,耐水性好,是防腐蝕工程的首選增強材料。
2.中堿玻璃纖維布(C布)。堿金屬氧化物含量在11.5%-12.5%之間,耐酸性稍好于無堿,但是強度和電性能較差,成本低,應用于普通防腐,瀝青油氈基布,低檔的玻璃鋼材料。
3.高堿玻璃纖維布。堿金屬氧化物含量>13%,耐水性極差,容易被水和堿腐蝕,強度隨著時間下降極快,嚴禁用于重防腐工程,僅用于臨時性建筑或者低檔保溫材料。
4.耐堿玻璃纖維布(AR布)。含有鋯元素,專門抵抗水泥水化產生的強堿,應用于玻璃纖維增強水泥(GRC)墻體和歐式構件。
二.按照織造工藝分
1.平紋布。經緯紗一上一下交織,結構緊密,表面平整,透氣性差,強度高,拉伸變形小,用于要求表面平整的防腐層,管道包扎。
2.斜紋布。經緯紗二上二下或者三上三下交織,柔軟性好,能很好的貼合曲面和異形結構,不易起皺,是罐體,異形設備的首選,手糊施工比較方便。
3.緞紋布。浮線較長(如五枚緞紋),表面非常光滑,樹脂浸透性好,強度高,但是價格較貴,用于航空航天,高性能復合材料,因為成本較高,防腐蝕工程中應用較少。
4.方格布。防腐界口語常稱為“方格布”,學名叫“無捻粗紗布”,由無捻粗紗經平紋織造而成,紗線較粗,網格大,強度高,鋪覆性好,成本適中,應用于重防腐工程的增強層核心材料(如幾布幾油中的“布”)。
三.按照紗型類型分
1.無捻粗紗布。用無捻粗紗織造,紗粗,強力大,防腐蝕工程90%用的就是這種布。
2.細紗布。用細紗織造,布面細膩,常用于電子絕緣或者表面裝飾。
玻璃纖維氈種類典型分類有:
一.按照加工方式分
1.短切氈。將玻璃纖維短切后隨機無定向均勻平鋪,然后用粘結劑粘合在一起制成,根據粘結劑不同又分為粉劑粘結劑和乳液粘結劑。
2.縫編氈。把短切成一定長度的玻璃纖維合股紗原絲均勻地鋪放成片狀,再用滌綸絲縫制起來。
3.濕法氈。以水拉絲為原料,采用造紙工藝,涂覆特殊性能粘結劑而成。
4.針刺氈。采用直徑較細的玻璃纖維,經針刺氈機梳理,針刺而成,纖維氈內形成無數個細小空穴。
二.按照纖維形態分
1.連續原絲氈。將拉絲過程中形成的玻璃原絲或從原絲筒中退解出來的連續原絲呈8字形鋪敷在連續移動網帶上,經粉末粘結劑粘合而成。
2.短切原絲氈。將玻璃原絲切割成一定長度(如50㎜),隨機均勻地鋪陳在網帶上,再用粘結劑粘結而成。
三.按照用途分
1.表面氈。主要用于玻璃鋼制品的表面,可以改善制品的表面耐腐蝕性能,耐壓性能和抗滲性能,使得表面光滑。
2.屋面氈。是制作SBS,APP改性瀝青防水卷材和彩色瀝青玻纖瓦的良好胎基,能夠提高氈的縱向拉伸強度和抗撕裂強度。
3.過濾氈。如空氣凈化玻璃纖維蓬松過濾氈,容塵量大,應用于空氣過濾。
四.按照復合結構分
1.無捻粗紗布復合氈。由無捻粗紗布復合一層均勻無定向平鋪的短切原絲,然后用線圈結構縫合而成。
2.夾芯復合氈。由合成的無紡芯材,正反面或者單面加以纖維短切層或者纖維布,多軸向織物經過縫編而成,也叫導流氈。
3.針刺復合氈。短切原絲無定向均勻分布在機織基布上,經針刺而成。
上述分類中,防腐蝕工程玻璃鋼襯里工藝(如手糊玻璃鋼襯)玻璃纖維布及玻璃纖維氈應用最多、體量最大的要數玻璃纖維無捻粗紗布,代號WR(也叫方格布---斜紋布或平紋布)和短切氈、表面氈(短切氈代號MC,連續氈代號MS)。重防腐施工中,通常采用“氈+布+氈”的復合結構,玻璃纖維布提供強度支撐,而玻璃纖維氈提供富樹脂層,防滲,防氣泡,使得表面光滑。底層用氈,因為它吸收大量樹脂,形成富樹脂層,起到很好的防滲隔離的作用,中間層用方格布,利用其經緯交織的結構提供機械強度,防止防腐層被拉裂,而面層使用表面氈,覆蓋方格布的紋路,使其表面光滑,防止介質滲透并保護內部纖維,還具有一定的表面平整光滑美觀的效果。根據GB/T 18370-2014《玻璃纖維無捻粗紗布》和GB/T 17470-2007《玻璃纖維短切原絲氈和連續原絲氈》相關條文規定,無捻粗紗布(WR)有(E)玻璃無捻粗紗布(代號EWR)、C玻璃無捻粗紗布(代號CWR);短切氈、連續氈有(E)短切氈(代號EMC)和(C)短切氈(CMC)、(E)連續氈(代號EMS)和(C)連續氈(代號CMS)等。在實際手糊玻璃鋼施工中,使用或者采購玻璃纖維布及玻璃纖維氈是以厚度和質量克數作為型號選擇標志的,通常有01布/02布:厚度為0.1㎜/0.2㎜,極薄,用于修補或者特殊的薄層;04布(400g/㎡)厚度約0.4㎜,是材常用的玻纖布,適合大多數防腐層層積;06布(600g/㎡)厚度大約0.6㎜,用于承重或者加厚層;08布(800g/㎡)厚度約0.8㎜,用于重型防腐層結構;短切氈02型200g/㎡(0.9-1.1㎜)最薄,用于防腐層內襯打底或者修補,03型300g/㎡(1.4-1.6㎜),最常用的標準厚度,通用型號,廣泛用于結構層和加強層,04型450g/㎡(2.0-2.3㎜)較厚,含膠量大,強度高,用于需要厚漿型施工或者高機械強度的部位(如儲罐底板,大型設備基礎),06型600g/㎡(2.6-3.0㎜),很厚,施工難度稍大,需要更多的樹脂浸潤,用于重防腐或者承重結構層,很少作為常規防腐層使用。表面氈通常為30-50g/㎡,干態極薄,厚度只有0.2㎜左右,浸膠后主要起防滲和光滑表面作用,不貢獻厚度。
手糊玻璃鋼用玻纖布、玻纖氈可以根據腐蝕介質工況(如介質類型、介質溫度、介質濃度及動靜態程度)進行有效的針對性的選擇。除了對標文章中提及的使用條件外,還要考慮到材料成本,即選擇性價比較高的玻纖產品,才能真正體現玻璃纖維氈布復合的最佳效果及使用玻璃鋼最大價值和效益,另外還需要充分考慮到玻璃鋼的厚度、層數、耗膠量等諸多因素。根據筆者多年的施工經驗得出浸樹脂后單層氈最終厚度與克數的關系:單層最終厚度約等于克重/250。例如300g的氈,防腐層施工后,單層厚度大約是1.2㎜左右,如果玻璃鋼防腐層結構設計厚度是5㎜,那么需要5㎜/1.2㎜=4.1(即4層300g氈),再加上表面氈和膠衣,總厚度可以達到5㎜以上沒有問題。為方便手糊玻璃鋼施工人員對材料成本的控制,利于材料采購的準確性,做到“不壓貨,不缺貨”及時保證玻璃鋼施工的順利進行,筆者歸納總結了一份玻璃纖維布和玻璃纖維氈完全被樹脂浸透后的“吸油量”,也就是每平米克重布和氈需要的樹脂用量,提供給一線的防腐蝕手糊玻璃鋼施工人員參考(需要注意的是耗量受到施工人員熟練程度、黏度、工況條件、樹脂體系類型、基材表面狀態等諸多因素影響,并不是一個固定值,施工選擇材料時參考使用)。
手糊玻璃鋼常用玻璃纖維布和玻璃纖維氈吸膠量參考如下:
1.玻璃纖維方格布(300g/㎡吸膠量300-450g/㎡、400g/㎡吸膠量400-600g/㎡、600g/㎡吸膠量600-900g/㎡、800g/㎡吸膠量800-1200g/㎡)。
2.玻璃纖維短切氈(200g/㎡吸膠量300-400g/㎡、300g/㎡吸膠量450-600g/㎡、450g/㎡吸膠量700-900g/㎡、600g/㎡吸膠量900-1200g/㎡)。
3.玻璃纖維表面氈(30g/㎡吸膠量100-150g/㎡、45g/㎡吸膠量150-200g/㎡、60g/㎡吸膠量200-250g/㎡)。
有了以上氈布用膠量,就可以輕松的計算出手糊玻璃鋼樹脂使用量,明確樹脂的一次性采購量,估算成本造價,為選擇高性價比手糊玻璃鋼材料提供了簡單而又方便的實踐依據。當然一些特殊的腐蝕介質是不可以使用玻璃纖維布及玻璃纖維氈的,例如氫氟酸,只能用碳纖維布或者其他有機布(滌綸布、晴綸布等),材料選擇時必須引起注意。
近年來,隨著工業化進程的發展,各種不限于防腐蝕玻璃鋼的制品層出不窮,數量龐大。中國復合材料工業協會資料顯示:2024年我國玻璃鋼產量680萬噸,同比增長5.9%,預測2025年將達到720萬噸,穩居全球第一。其中建筑市場占比32%、能源環保占比25%、交通運輸占比18%、化工防腐玻璃鋼占12%。中國玻纖工業協會(CFIA)統計數據:2024年玻纖紗總產量756萬噸,玻璃鋼用氈布約為320萬噸,除了傳統的防腐玻璃鋼外,一些高端產業如低空飛行器、新能源汽車、風電、光伏、氫能、一體化污水設備、智能泵站、管道、儲罐對氈布的需求旺盛直接推動了玻璃纖維布和玻璃纖維氈的產量增加和快速發展。
雖然我們國家是玻璃鋼產量大國;但是離玻璃鋼技術強國依然存在著差距,如熱固性氈布回收難,物理/化學回收成本高,國際認證(碳足跡/CBAM)不合規等。這些難題需要不限于防腐玻璃鋼的廣大科研人員和施工技術人員不斷探索、創新,攻堅克難,筆者堅信我們國家的玻璃鋼產業一定會從產能大國走向技術強國。

