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玻璃纖維材料:從製程到應用的技術解析 | 三建產業資訊

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玻璃纖維材料:從製程到應用的技術解析

玻璃纖維材料:從製程到應用的技術解析

玻璃纖維材料擁有超過百年的歷史,其輕質、高強度、耐高溫、耐腐蝕以及高CP值(比碳纖維便宜得多)的優點,成為許多產業中不可或缺的重要材料。玻璃纖維廣泛應用在建築、汽車、航空、醫療器械、運動用品,甚至半導體製造等領域。玻璃纖維常與塑膠等其他材料複合使用,主要有提高強度和耐久性的作用,是複合材料中不可或缺的組成部分。此外,玻璃纖維還具有電氣絕緣性,廣泛應用於電子設備和電纜的保護材料。

近年來,隨著環保意識抬頭,玻璃纖維作為一種環保材料,在回收和再利用技術方面不斷進步,已經成為符合未來可持續發展需求的材料。

玻璃纖維主要分為短纖維長纖維以及二氧化矽纖維。由於價格相對低廉且具有優異的電氣絕緣性,一般玻璃纖維作為FRP(纖維強化塑膠)的原料,其應用範圍比其他玻璃纖維更為廣泛。

玻璃纖維的製造方法

玻璃幾乎不溶於任何化學藥劑,且必須在高溫下才會呈現低黏度狀態,因此需於1300℃以上的高溫進行熔融紡絲。紡絲方法包含離心法、大理石熔融法及直接熔融法等。

離心法
此原理類似棉花糖製作方式。將高溫熔融的玻璃置入纖維化裝置,藉由離心力進行纖維化處理。隨後噴灑黏合劑,形成氈狀結構。

大理石熔融法(M.M.法)
將高溫熔融材料加工成玻璃珠狀,再經重新熔融後進行紡絲,此為生產長絲玻璃的通用方法。

直接熔融法
將玻璃原料於熔爐中熔融後,直接輸送至紡絲爐成形。長纖維製程中,需透過紡絲噴嘴以高速連續捻轉並拉伸成絲狀;短纖維製程則採用高壓空氣或高壓蒸汽將熔融玻璃吹離成形。

二氧化矽纖維

可在1,000℃高溫環境中持續使用且保持原有形狀,是高階耐熱纖維。

其製程是將富含主要成分二氧化矽(SiO2)的玻璃原料纖維化,經特殊處理後加工成高物理性能的二氧化矽纖維。

除具備一般玻璃纖維無法承受的高溫環境耐熱性外,更兼具絕緣性、耐化學性等特性,其非結晶性分子結構亦無致癌疑慮。

常見商品有矽膠布、矽膠線、二氧化矽切碎纖維、二氧化矽膠帶、矽膠網。

玻璃纖維的特徵

機械性質
具備高強度、高剛性、高抗衝擊性等優異機械特性。其疲勞強度亦相當出色,能承受反覆變化的應力而不損壞或變形。
熱學性質
低熱導率,不易傳導熱能;低熱膨脹係數,對溫度變化具高度耐受性。這些特性使玻璃纖維成為卓越的隔熱材料。
電器特性
具備優異的介電特性,常被用作電氣絕緣材料。其高頻電氣性能同樣出色,適用於無線電設備及雷達裝置。

值得一提的是,耐高溫的玻璃纖維可承受超過500℃的溫度,經塗層處理的玻璃纖維更能耐受高達600℃的高溫。採用此類玻璃纖維製成的織物,在航空航天、汽車製造、製造業等重視耐熱性以確保安全與效率的關鍵產業中,扮演著至關重要的角色。