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玻璃纖維(Fiberglass, Fibreglass, Glass fibre)

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玻璃纖維(Fiberglass, Fibreglass, Glass fibre)
台北市立第一女子高級中學二年級魏瑀潔/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

玻璃纖維是一種以二氧化矽為基本材料利用擠壓或拉長等技術形成半徑極為纖細似纖維的的玻璃複合材料。雖然利用溫度改變來加工玻璃的技術已經有數千年歷史,但是約於1890年代,玻璃製造者才研發出玻璃纖維並廣泛地應用在紡織業。

與一般纖維或聚合物比較,玻璃纖維不一樣的性質是玻璃纖維仍保留一些結晶性的玻璃結構,加熱軟化玻璃纖維與加熱玻璃有相似的性質。科學上嚴謹的定義玻璃屬於一種液體物質,與一般固體比較,隨著溫度之改變,玻璃或玻璃纖維都具有很大的黏度及黏度改變。

於1938年開始,Owens Corning公司的發明家羅素(Russell Games Slayter)發展出現在所用的玻璃纖維,當時的用途是絕緣體材料。

玻璃纖維是以二氧化矽SiO2為單元形成的三度網狀聚合物,其基本結構以矽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,每個氧被兩個矽原子所共用。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,二氧化矽的排列並會凌亂而無章法,結晶性較差。二氧化矽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。
中心原子矽與四個氧原子鍵結形成四面體結構:

 

玻璃纖維有幾個性質:
1.表面積與重量的比值很大,改變一般玻璃堅硬易脆的物理性質,相反的,玻璃纖維有很好伸張力、彈性、抗拉強度。

2.當填充空氣於玻璃纖維的空隙中,也可形成一個很好的絕熱材料。

3.與碳纖維比較,玻璃纖維的無定型的結構而能在斷裂前延展到更長的長度。

4,玻璃纖維為無機纖維,具有耐高溫、不可燃、吸濕性小、電絕緣性能良好、不腐爛、化學穩定性好等優點。其缺點為耐磨性較差,質地脆。

5.玻璃纖維可其他塑膠材料(譬如環氧樹脂)結合成的複合性材料,性質可改變並應用於不同產品。

6.不同的玻璃添加劑,譬如氧化硼、氧化鋁、各種金屬氧化物等,可以製成特殊性質需求的玻璃產品,這些材料的性質亦可應用於玻璃纖維的產品。

因此玻璃纖維廣為運用於絕熱、絕緣、高強度、耐張力之韌性材料,譬如玻璃棉、帳篷桿、撐竿跳桿、網球拍線、釣魚線、吸音、耐熱、耐腐蝕、弓弩材料、半透明屋頂板、汽車車身和船殼、衝浪板、踢踏舞鞋、醫療用管狀物等等。

在石綿被發現有毒而從許多產品中去除後,玻璃纖維便取代石綿得到了更廣的運用,但關於玻璃纖維的安全性仍存在著疑慮,有些研究顯示玻璃纖維也有和石綿相似的毒性,可能會致癌。雖然石綿和玻璃纖維擁有相同的成分,但石綿的結晶狀結構使它們能碎裂成更小更危險的碎片,而且能在人體中存留較久的時間,可存在時間越長的纖維其致癌性也越強。

參考資料:
http://en.wikipedia.org/wiki/Fiberglass
http://www.edinformatics.com/inventions_inventors/fiberglass.htm
http://baike.baidu.com/view/92402.htm

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