特種玻璃纖維

特種玻璃纖維是本世紀五十年代末至六十年代初,為適應國防軍工和尖端科學技術的需要,開始研製並逐步發展起來的。它的品種很多,每種纖維都有其特定的化學組成和特殊的生產製造工藝,各具有獨特優異的物理化學性能,與普通無堿玻璃纖維和中堿玻璃纖維完全不同。特種玻璃纖維按性能一般可分為耐高溫纖維、高力學性能纖維、特種電性能纖維和光學纖維等,是航天、航空、電子、核能、通訊等工業及一些尖端技術不可缺少的新型材料。

科學技術的發展

一九五八年,玻璃陶瓷研究院高強度玻璃研究室和玻璃纖維研究室的部分科技人員根據國家研製導彈、原子彈對新型纖維材料的需要,在技術資料極為缺乏、儀器設備簡陋的情況下,開始研製特種玻璃纖維。一九六○年十二月,這兩個研究室的特種玻璃纖維科研部分合並,成立特種纖維研究室,開展對特種玻璃纖維的新成份、新工藝、新設備的研究。他們奮發圖強,在不太長的時間內就研製成功石英玻璃纖維、高矽氧玻璃纖維、耐高溫纖維、鍍鋅玻璃纖維等一批國家急需的材料。一九六二年以後,該室又先後開展了光學纖維、高彈性模量玻璃纖維、含銅玻璃纖維等研製工作。

一九六三年,根據國家編製十年科技發展規劃的要求,有關部門在廣泛搜集國內外大量資料的基礎上,結合中國實際,提出了特種玻璃纖維十年內主要研究課題、主攻方向和奮鬥目標,並以《特種無機纖維材料工業的發展》為專題,正式列入建工部製訂的《矽酸鹽工業新材料科技發展規劃》中。同年三月,在西安召開了第一屆全國光學纖維技術發展協調會議,討論了發展規劃,對重點課題的研究任務進行分工。會後,即著手組織製訂第一個光學纖維十年(一九六三——一九七二年)發展規劃。建材研究院隨即開展了軟質光學纖維製品和硬質光學纖維製品的研究工作。一九六四年南京玻璃纖維研究設計院建立後,該院物理化學研究室早期開展了無硼無堿玻璃纖維、高強度玻璃纖維等研究工作。

一九五八年至一九六五年,是中國特種玻璃纖維的創業時期。這期間,建材研究院和南京玻璃纖維研究設計院相繼研製成功國防軍工和尖端科學技術急需的一批關鍵材料,不僅填補了中國無機材料領域的部分空白,同時還培養了一批從事特種玻璃纖維研究的專門人才,為進一步發展中國的特種玻璃纖維事業打下了基礎。

在一九六六年至一九七六年的十年動亂期間,特種玻璃纖維研製工作雖然受到幹擾破壞,但仍有所發展。一九六八年南京玻璃纖維工業研究設計院研製的1號高強度玻璃纖維投入批量生產。一九六九年,高矽氧玻璃纖維布生產線第一期工程在陝西省興平玻璃纖維廠建成投產。一九七六年,第一代夜視儀用光學纖維麵板在建築材料科學研究院研製成功,並投入小批量生產。

一九七八年,建築材料科學研究院改為院、所、室三級管理體製,其中第二玻璃研究所有3個室從事特種玻璃纖維研究工作。一九八五年五月,該院成立玻璃纖維研究所,玻璃纖維研究所主要承擔非通信光學纖維、鍍金屬玻璃纖維、抗堿玻璃纖維等新材料的研究。該院石英玻璃科學研究所承擔石英質光學纖維的研究。

一九七九年南京玻璃纖維研究設計院成立特種玻璃纖維研究室,研究範圍包括:高力學性能玻璃纖維,耐高溫、耐燒蝕玻璃纖維,半導體、耐輻照特種電學性能玻璃纖維,光學纖維,無機纖維特種織物及製品。一九八四年該室升格為特種玻璃纖維研究所。

三十年來,在廣大科技人員和工人的艱苦努力下,特種玻璃纖維工業已初步形成科研、試製、生產體係,突破了一批技術關鍵,不僅為國防軍工部門和尖端科學技術提供了大批新型材料,而且在為民用工業服務方麵也有了很大發展。工業發達國家已有的主要特種玻璃纖維,中國也能生產或試製,有的產品質量已達到國際八十年代初的水平。到一九八七年,開展特種玻璃纖維的各種科研課題共140餘項,已獲得科研成果70餘項,其中獲部級以上科技成果獎20多項,先後研製成功20多個品種,科技隊伍比初創時期擴大60多倍。

特種玻璃纖維的品種

一、高矽氧玻璃纖維

高矽氧玻璃纖維是一種性能與石英玻璃纖維接近,二氧化矽含量為96%以上的耐高溫纖維。一九五九年玻璃陶瓷研究院立題進行探索性研究,一九六○年底成立了高矽氧玻璃纖維研究小組,研究工作全麵展開。

到一九六二年,研製成功纖維強度較高、酸處理速率較快的玻璃纖維成份,確立了間斷式坩堝法玻璃熔製工藝,建立了100孔全鉑坩堝拉絲工藝和紡紗織布工藝,試製成功間斷式酸處理工藝和高溫熱處理工藝。從一九六三年到一九六八年,軍工部門所需要的高矽氧纖維布都是由玻璃陶瓷研究院提供的。

為滿足國防建設對高矽氧玻璃纖維的大量需要,國家在陝西省興平玻璃纖維廠建設一條生產線。第一期工程從一九六八年初到一九六九年初,建成了間斷式酸處理車間和連續式高溫處理車間,年處理高矽氧玻璃纖維布能力為20萬米。第二期工程於一九七八年十月竣工投產,建成了有20台爐位的拉絲車間和與其配套的退並紡車間,年生產高矽氧玻璃纖維布能力增至36萬米。這是由建材研究院提供全部技術建成的中國第一條工序完整的高矽氧玻璃纖維布生產線,是中國耐高溫材料研製生產的一大成就。投產後,為提高產品質量,技術人員對一些主要技術環節又做了改進。如將間斷式酸處理改為連續式處理工藝,使產品的一級品率由60%提高到93%。拉絲用的高矽氧玻璃球,是建材研究院與上海耀華玻璃廠合作,采用燃油製球工藝,於一九六五年試製成功的。一九六八年以後轉到蘭州玻璃廠生產。由於該工藝使玻璃成份中的氧化硼揮發量增大,很難製取高質量的高矽氧玻璃球,且由於後來的需用量銳減,一九八○年停止了生產。

一九七九年,南京玻璃纖維研究設計院高矽氧玻璃纖維研究小組與興平玻璃纖維廠技術人員緊密配合,采用電熔玻璃工藝取代原燃油法製球工藝取得實驗室成果,一九八○年十二月通過基層技術鑒定。

高矽氧玻璃纖維是中國航天技術中一種重要的耐高溫燒蝕材料的增強基材,用它製成的各種耐高溫燒蝕玻璃鋼部件,大多是用於火箭、導彈的防熱材料。它的研製成功,為國防軍工部門和尖端技術及時提供了一種關鍵材料,為中國導彈的研製和發射做出了貢獻。該項成果一九六五年獲國防科委新材料獎,一九七八年獲全國科學大會獎。

在開發民用產品中,一九八五年哈爾濱工業大學研製成功將高矽氧玻璃纖維網格布用做金屬鑄造過濾材料。一九八七年需要量已達5—10萬米。

二、連續石英玻璃纖維

連續石英玻璃纖維是一種二氧化矽含量在99.9%以上的耐高溫纖維及高級電絕緣纖維。它是將熔融溫度達1700攝氏度以上的高純石英玻璃棒,拉製成直徑約頭發絲的十分之一的細絲,可用以紡紗織布。一九五八年玻璃陶瓷研究院石英纖維研究組的科技人員,經過三年多的刻苦鑽研,研究了多種工藝方法,試驗成功用氧—乙炔火焰為拉絲的高溫熱源,確定了最佳工藝條件,建立了棒法垂直連續拉絲工藝,於一九六一年研製成功第一批幅寬600毫米,厚0.2毫米的石英玻璃纖維布。同年,天津矽酸鹽研究所也研製成功了石英玻璃纖維布,並實現小批量生產。