高强玻璃纤维及其高效低成本制造技术

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高强玻璃纤维及其高效低成本制造技术为进一步提高我国高强玻璃纤维力学性能和产品质量，系统提升高强玻璃纤维规模化生产能力和制造技术水平，替代进口材料，摆脱关键原材料受制于人的困境，满足先进复合材料用高性能高强玻璃纤维应用需求，保障国家多个专项工程任务顺利完成，2006年至2016年，国家科技部、国家发改委和工信部等部门先后下达了863计划、科研院所技术开发研究专项资金、关键共性技术攻关、年度配套、生产线技术改造和企业技术中心创新能力建设等14项研发与建设任务，研究更高性能高强玻璃纤维，开发高强玻璃纤维高效低成本的规模化生产技术。

目录

技术原理、技术要点

项目开发新型高强玻璃纤维，提升高强玻璃纤维力学性能和工艺性能；系统开发高强玻璃大容量熔制和大漏板拉丝等单元技术，并对单元技术成果进行集成创新，开发直熔拉丝的一步法生产工艺与装备技术；开发新型高强玻璃纤维浸润剂，提高高强玻璃纤维力学性能及加工工艺性能；对高强玻璃纤维制品加工工艺装备进行升级换代，提高产品质量，使国产高强玻璃纤维具有良好的应用性能。

新型高强玻璃纤维性能指标

浸胶纱拉伸强度：3800±200 MPa；浸胶纱拉伸模量：≥92GPa；原丝线密度极差率：＜5%，单向纤维增强环氧复合材料弯曲强度：≥1700MPa；制造成本较原有高强降低20%以上。 （1）发明了兼具高强度与高模量特性高强玻璃纤维配方揭示了SiO2-Al2O3-MgO/CaO-RmOn系统高强玻璃纤维成分对纤维力学和工艺性能的影响规律，采用神经网络法设计具有最高强度及模量新型玻璃纤维配方。新型高强玻璃纤维拉伸强度比原有高强玻璃纤维提高10%以上。（2）发明了内热式深池高强玻璃熔制及大漏板拉丝技术开发新型结构深池窑炉，利用玻璃液内部底插电极单相（Scott）分布的焦耳热加热玻璃，使熔制能力比原有水平电极加热的浅液球窑提高4倍以上。开发了高强玻璃纤维400～800孔大漏板拉丝技术。 （3）发明了集高温玻璃熔制与纤维成形为一体的“积木式”高强玻璃纤维直熔拉丝一步法生产技术。池窑投资成本仅为国外高强玻璃纤维10%，生产规模是其5倍。（4）发明了高强玻璃纤维成膜剂及其浸润剂和系列化高强玻璃纤维产品制造技术。

成果应用

高强玻璃纤维高效低成本制造技术已在HS系列化原丝生产中成果应用，自2012年至2016年先后建成5座高强玻璃纤维一步法生产线。与立项前生产技术相比，能耗下降53.8%、浸润剂消耗下降27%、贵金属铂铑损耗下降51.5%、单位产品所需人工下降43.8%，显著降低了高强玻璃纤维直接制造成本。采用高强玻璃纤维增强复合材料制成的部件或装备，在航天、航空、兵器、舰船、新能源、交通、通讯、体育休闲等领域广泛应用，如：高强玻璃纤维无捻粗纱增强复合材料已在多个型号直升机上应用，成为直升机旋翼系统的关键原材料；高强玻璃纤维带用于国际热核聚变试验堆（ITER）计划中超导体线圈绝缘材料，满足国际重大项目原材料国产化总体要求；高强玻璃纤维周期复合材料用于战车和舰船防护装备，提高机动性；高强玻璃纤维增强复合材料用于某重点新能源核心装备，提高装备运行寿命的能源的经济性；采用高强玻璃纤维制成棒球棒和曲棍球棒，降低了材料成本，生产的棒球棒、曲棍球棒等出口海外。高强玻璃纤维多品种系列化产品已成为国防和国民经济建设关键基础原材料。