全国玻璃纤维专业情报信息网第二十九次工作会议论文务赅级披璃纤维滤财的研制夏山鹰，王志明，林文新（中材科技股份有限公司双威事业部，南京210012）材处理剂的研发，运用专有的玻璃纤维湿法造纸技术，生产出核级玻璃纤维滤材的坯纸，对其进行贵重添加剂处理，烘干后在坯纸的两面复合有机纤维保护层。现已成功用于巴基斯坦恰希玛核电站。

　　〕刖5玻璃纤维滤材在工业、农业、国防、科研等各疔面都占有很重要的地位：从航空工业的液压系统过滤、航空煤油过滤到食品饮料工业的矿泉水、酒类、果汁过滤；从医药卫生工业的药液、血液过滤到石油工业的油田注水过滤；从化学工业的有机溶货过滤到电子工业的高纯水预过滤等等。

　　核电站的回路工艺系统要使用过滤器来保持水贡的纯净，保证核电站的正常运行。目前，国内仍采用纸质滤芯滤器，其工况使用寿命最长只有3个月，精度最小只能达到5um和25um.受国内滤材性能所限，运行10年来每个过滤器每年须更换4次滤芯，每更换1次就要丢弃过滤器上的孔板、滤芯、过滤器芯子脱卸装置等，需要花费十几万元；因其放射性高，脏过滤器芯子需要存放在满足屏蔽防护要求的储存桶里，仅此一项。每年需要花费运行成本几十万元/座。这些还不算检修人员每年四次更换所接受相当高的辐射剂量和带来的巨大工作量。而脏过滤器芯子储存桶的外形尺寸为1右，每年需要存放56只，同原设计的固体废物库容全国玻璃纤维专业情报信息网第二十九次工作会议论文4量存在较大的矛盾w.国外早己用核级玻璃纤维滤材替代纸质滤材，秦山期、大亚湾、岭澳核电站等使用国外提供的过滤器整机（包括滤芯），并且每半年需要更换一次滤芯。国防科工委“十五”科研开发项目，已将现役核电站应用技术研究中的“国产化滤芯的研制”

　　课题立项。核级玻纤滤材不仅延长了滤芯工况使用寿命（6个月以上），大大减少失效滤芯的数量，降低生产成本，而且可以减少固体废物量及处理核废物的费用，改善操作人员的工作条件。

　　为满足我国援助巴基斯坦恰希玛核电站的需要，中材科技双威事业部协助上海核工程研究设计院、上海高行液压气动成套总厂进行核级滤材的研制。

　　经过近3年的努力，研制成功核级玻璃纤维滤材。制成的滤芯在恰希玛核电站试用，经运行工况考核，完全达到E/T34588标准和有关技术要求，工况使用寿命大于6个月。

　　1玻璃纤维的分类及性能1.1玻璃纤维的分类和化学成分玻璃纤维的主要成分是二氧化硅（Si2），辅助般按玻璃中碱含量（Na2+K2）和性能分为无碱玻璃纤维（E玻纤）、中碱玻璃纤维（C玻纤）、高碱玻璃纤维（A玻纤）、高强玻璃纤维（S玻纤）、颇纤维千）、耐纤维（千）、高模量玻璃纤维（M玻纤）、防辐射玻璃纤维（L玻纤）、低介电损耗玻璃纤维（D玻纤）等等。玻璃纤维的主要成分见表1. 1.2玻璃纤维的表面结构与化学稳定性玻璃纤维的主要成分是Si2，玻璃是由4网络结构结合而成（主‘骨架）。

　　表1我国主要玻璃纤维的成分和性能组分与性能E玻纤C玻纤A玻纤S玻纤M玻纤AR玻纤Si2质量分数/% AI2O3质量分数/%一CaO质量分数A MgO质量分数/% B23质量分数/% Fe23质量分数/% Ce2质量分数/% Li2质量分数/% Zr2质量分数/% Ti2质量分数/%微量耐水性（如2析出量/11）4.1耐酸性（失重/mg）耐碱性（失重/mg）耐水性的试验环境是5000cm2表面积的纤维，100耐酸性的试验环境是5000cm2表面积的纤维，0.25mol/LH2SO4，100由于玻璃纤维直径在1um以下，其比表面积非常大，亦即表面未断裂硅氧键和断裂的硅氧键（悬键）十分巨大，表现为极易吸附水分子，在酸性介质中容易析出Si2.（一个边长为1cm的立方体玻璃块，其表面积为6era2，若制成直径1um，长度为1cm的玻璃微纤维，则其表面积约为40一般情况下，玻璃纤维在实际使用过程中，会受到诸如水、酸、碱等介质的侵蚀。

　　玻璃受酸的侵蚀是玻璃中的Na+与酸侵蚀介质中H+的离子交换过程。浸析速度由侵蚀介质中的H+状态所决定。侵蚀过程中，生成的一叫可以保护表层玻璃，防止被进一步侵蚀。1 -全国玻璃纤维专业情报信息网第二十九次工作会议论文令- a核级玻璃纤维滤材的要求与研制bookmark4 2.1核级玻璃纤维滤材的要求bookmark5硅酸盐的溶解度具有负的温度系数，在燃料元口重对锆合金材料的腐蚀。因此，二氧化硅等杂质农度必须加以有效控制，以满足设计要求。

　　国内玻璃纤维种类很多，但长期浸泡在硼酸水容液中，其Si2析出量是不同的，玻璃纤维过滤材常用E玻璃纤维，但Si2析出量大，不能满足核级虑材的要求。必须寻找一种Si2析出量越少越好的新型玻璃纤维。

　　玻璃纤维都能耐IX104Gy的辐射剂量。国内玻纤维过滤材料均用E玻璃纤维，它具有极好的耐水（一级），可做电绝缘材料，但耐酸性极差，其因是玻璃纤维表面不能形成保护膜，不断被酸腐，甚至可制高硅氧纤维。在研制核级滤材时，借鉴了外国经验。对上海核工院提供的国外样品进行了成分分析，结果见表2.表2美国样品成分分析结果X表3C7玻璃纤维成分分析结果成分成分Si2质量分数58 60Na2质量分数911Al23质量分备56K20质置分数23CaO质量分数23ZnO质量分数34MgO质量分数0 0.5BaO质量分数56B23质量分数10 12表43种牌号玻璃纤维的Si2析出量析出量/mg.g美国测试条件：0.154硼酸溶液，50X：下恒温3天理，烘干后在坯纸的两面复合有机纤维保护层。生产工艺流程如下：1￥重添加剂处理I一成分成分Si2质量分数55 60Na2质量分数912A23质量分数56K20质量分数24CaO质量分数23ZnO质量分数35MgO质量分数0 0.1BaO质量分数46B23质量分数912核级玻璃纤维滤材生产工艺流程图按上述玻璃组成，进行配料、熔制、制球和吹，命名为玻璃纤维。将O玻璃纤维加工成滤材，ft后进行测试，其结果如表3、表4所示。

　　表中数据表明，C7玻璃纤维比E玻璃纤维好。因内玻璃纤维表面含Na+、K+离子，在酸的作用下，肜成了硅胶保护层，可以阻止酸的进一步腐蚀；而323和ZnO的引入是为了提高玻璃纤维耐水性。

　　采用玻璃纤维湿法造纸技术，首先生产出核级昧璃纤维滤材的坯纸，再对坯纸进行贵重添加剂处2.4玻璃纤维表面处理bookmark8玻璃纤维是由SiOLH络构成，其表面未断裂SiSi键和断裂的SiOSi都可以与水或水蒸汽实现化学吸附，形成H的基因的表面吸附层，随后再通过OIT层的氢键吸附水分子：玻璃纤维表面吸附h2分子，其厚度约为水分子的100倍，从而改变玻璃纤维表面原来的结构和性质，严重影响了玻璃纤维和树脂间的结合力。

　　为了消除玻璃纤维表面一OH的影响，我们合成：了有机硅型贵重添加剂（分子式简写为RSiX3），对-全国玻璃纤维专业情报信息网第二十九次工作会议论文璃两玻好理料且侵基用玻的与很处材而k F纤维表面进行处理。在化学结构上，RSiX3分子端有性质不同的反应官能团：一端的官能团能璃纤维很好的结合，另一端的官能团能与树脂结合。这样，玻璃纤维表面通过贵重添加剂的，增强材料和基体材料这两类性质差别很大的就结合起来了，不仅获得了良好的粘结效果，进一步有效地阻止了硼酸溶液对玻璃纤维表面蚀。

　　RSifc中，R是一结构复杂的复合有机基团。该有团中含有能与树脂作用形成化学键的活性基团。

　　X是易于水解的基团，RSife水解后能与玻璃表面2.5硼酸浓度和度对滤材Si2析出量的影响为了说明硼酸的浓度和温度对0玻璃纤维滤材SiCh析出量的影响，特做未经贵重添加剂处理的试验。

　　表6硼酸浓度和温度对C7玻璃纤维滤材Si2析出量的影响桂醇与继续与吸水的玻璃纤维表面反应。

　　C7玻璃纤维本身具有很好的耐酸性，硼酸浓度越大越易在其表面形成一层保护膜，阻止了硼酸对玻璃纤维的进一步侵蚀，Si2析出量就越小；温度越高，砸酸对玻璃纤维的侵蚀就越厉害，则Si2析出量就越大，这也是符合化学反应规律的。

　　用玻璃料生产玻璃纤维，玻璃纤维经过湿法造纸技术生产出核级滤材的坯纸，对坯纸进行贵重添加剂处理，再在坯纸的两面复合有机纤维保护层而成核级滤材。该核级滤材性能达到使用要求，己成功用于巴基斯坦恰希玛核电站，取得了很好的经济效益和社会效益。

　　这样，贵重添加剂与玻璃纤维紧密地结合起来了。添加剂中的R基团将与基体树脂反应，由此改变了玻璃纤维表面原来易被硼酸侵蚀的性质，使之具有憎水而亲基体树脂的性质。

　　表5C7玻璃纤维滤材加贵重添加剂前后Si02析出量比较比较项目未处理处理硼酸质置分数/%0.从上表可以看出，玻璃纤维表面经贵重添加剂处理后，Si2析出量明显下降，达到了预计的目的，达到了高行液压厂的技术指标要求。

　　表7巴基斯坦怡希玛核电站对核级玻纤滤材技术要求序号项目核级玻纤滤材型号HL-5HL-10过滤精度/WID5 102最大孔径/um 13<353过滤效率/%984耐破度/MPa 0.355过滤介质硼酸质量分数04%水溶液，PH值5.410.56最高工作温度/c807工况使用寿命/月68耐辐照剂量/Gy1X1049在硼酸质量分数0. 02%，温度50T的浸泡条件下，浸泡3d的Si2析出量/mg.（每克核级玻纤滤材的Si2析出量rag）0.5 0.3根据目前秦山核电站的要求，我们要将核级玻纤滤材的Si2析出量降低到0.2mg/g以下（原来用于%全国玻璃纤维专业情报信息网第二十九次工作会议论文令表8秦山核电公司对核级玻纤滤材技术要求序号项目HL-5核级玻纤滤材1过滤精度/Hm52最大孔径/lim183过滤效率/984耐破度/MPa0.35过滤介质棚酸质量分数04%水溶液（重量百分比），PH值5.410.56最高工作温度/C807工况使用寿命/月68耐辐照剂量/Gy1X1049动态模拟工况试验时间过滤介质5（TC过滤介质80'C15个月000124%LiOH浸泡液浸泡（每克核级玻纤滤材的Si2析出量mg）0.2水平的提升和经济发展也能起到一定的作用。按核工业部的有关文件精神，除秦山一、二、三期核滤材外，大亚湾、连云港以及将来新建的核电站滤材都要国产化，并可推向国际市场。该产品研制成功即可批量生产，投入核电站使用，预计经济效益每年不低于300万元。目前低Si2析出量核滤材研制项目己申报了南京市科技人才培养项目和江苏省基础研究计划（自然科学基金）项目。