玻璃纤维的物理性能与加工工艺

玻璃纤维的物理性能及加工技术一.物理特性1.外观特征一般的天然或人造有机纤维表面有很深的皱纹。另一方面，玻璃纤维的表面是一个光滑的圆柱体，其横截面几乎完全是圆形的。宏观上，表面是光滑的，因此纤维之间的内聚力很小，这不利于与树脂粘合。由于其圆柱形状，当玻璃纤维彼此靠近时，间隙被填充得更紧。这有利于提高玻璃钢制品的玻璃含量。2.密度玻璃纤维的密度高于其他有机纤维，但低于普通金属，几乎等于铝。因此，在航空工业中用玻璃钢代替铝钛合金是可能的。玻璃纤维的密度与其组成密切相关，通常约为2.5-2.7g/cm3。然而，含有大量重金属的高弹性玻璃纤维的密度可以达到2.9g/cm3。一般来说，无碱纤维的密度高于含碱纤维，如下表所示。名字羊毛丝绸棉花人造丝尼龙碳素纤维玻璃纤维(碱)玻璃纤维(无碱)密度g/cm21.281.331.31.451.501.601.501.601.141.42.62.72.42.63.抗张强度玻璃纤维的抗拉强度比相同成分的玻璃高几十倍。例如，碱性玻璃的抗拉强度仅为40-100兆帕，用它拉制的玻璃纤维强度可达2000兆帕，强度提高了20-50倍。从下表可以看出，玻璃纤维的抗拉强度高于高强度合金钢。高强度合金钢铝合金玻璃玻璃纤维直径微米58抗拉强度MPa16004046040120100030004.耐磨性和耐折性玻璃纤维的耐磨性是指纤维抵抗摩擦的能力。玻璃纤维的耐折性是指纤维抵抗断裂的能力。玻璃纤维的两种性能都很差。当水吸附在纤维表面时，会加速微裂纹的扩展，从而降低纤维的耐磨性和耐折性。为了提高玻璃纤维的柔韧性以满足纺织品加工的要求，可以采用适当的表面处理。例如，用0.2%阳离子活性剂水溶液处理后，玻璃纤维的耐磨性比未处理的玻璃纤维高200倍，纤维的柔韧性一般用断裂前的弯曲半径表示。弯曲半径越小，柔韧性越好。例如，当玻璃纤维直径为9m时，其弯曲半径为0.094mm，而当超细纤维直径为3.6m时，其弯曲半径为0.038 mm5.灵活性玻璃纤维的伸长率纤维的伸长率是指纤维在外力作用下直至断裂的伸长率。玻璃纤维的伸长率低于其他有机纤维，其伸长率与施加的力成正比，直到纤维断裂，并且没有屈服点。负载移除后，原始长度可以恢复，因此玻璃纤维是完整的弹性体。6.电气性能由于玻璃纤维具有良好的介电性能、良好的耐热性、低吸湿性和不燃烧性，所以它是无碱玻璃纤维产品。它已经广泛而有效地应用于电机行业。7.热特性玻璃纤维导热系数低，特别是玻璃棉制品，密度低，使用寿命长，耐高温。它广泛应用于建筑和工业的保温、隔热和保冷，是一种优良的保温材料。玻璃的导热率(通过单位传热面积13的温度梯度为1/m，热通过时间为1h)为0.7-1.28瓦(米. K)，但拉制玻璃纤维后，其导热率仅为0.035瓦(米. K)。这种现象的原因主要是纤维之间的空隙大，密度小。密度越低，热导率越低，主要是因为空气的热导率低。导热系数越小，隔热性能越好。当玻璃纤维受到水分影响时，导热系数增加，隔热性能下降。8.吸声性能玻璃纤维还具有优异的吸声和隔音性能，广泛应用于建筑、机械和交通运输。吸声系数是当声波传输到物体表面时，物体表面吸收的声能与落在表面上的总声能之比。一般材料的吸声系数与声源物体的振动频率有关。例如，由棉制成的隔音材料，当音频从200赫兹变化到1200赫兹时，吸声系数可以从0.09变化到0.92，因此各种材料的吸声系数具有一定的音频特性。玻璃棉的吸声系数和频率特性与玻璃纤维的体积密度、厚度和纤维直径密切相关。一般规律是吸声系数随着密度的增加而增加。2.加工技术生产玻璃纤维的主要原料有石英砂、氧化铝、叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石等。玻璃纤维需要在温度超过1600度的熔炉中溶解。一旦点燃，玻璃纤维将连续生产7-8年，很少停止。否则，需要更换熔炉中的耐火材料。在玻璃纤维的成本中，能源和叶蜡石等矿物占很大比例。玻璃纤维的生产工艺可分为坩埚拉丝工艺和池窑拉丝工艺。生产玻璃纤维的主要原料有石英砂、氧化铝、叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石等。玻璃纤维需要在温度超过1600度的熔炉中溶解。一旦点燃，玻璃纤维将连续生产7-8年，很少停止。否则，需要更换熔炉中的耐火材料。在玻璃纤维的成本中，能源和叶蜡石等矿物占很大比例。玻璃纤维的生产工艺可分为坩埚拉丝工艺和池窑拉丝工艺。1、坩埚拉丝工艺坩埚拉伸过程称为二次成型过程。也就是说，将玻璃配合料在高温下熔化制成玻璃球，然后将玻璃球再次加热熔化，然后高速拉伸制成一定直径的玻璃纤维前体。这种生产工艺流程多，由于玻璃球的二次加热和熔化，给生产和产品带来了很多弊端，如能耗高、成型工艺不稳定、产品质量低、劳动生产率低，在一定程度上限制了生产规模和自动化水平。因此，大型玻璃纤维制造商已经基本消除了这一生产过程。2.池窑拉丝工艺另一种是罐式炉拉丝工艺，也称为一步成型工艺。生产工艺是将各种玻璃配合料在池窑的熔化部高温熔化成玻璃液，在澄清部去除气泡，形成均匀的玻璃液，然后在成型通道中进行辅助加热，一定直径的玻璃纤维前驱体通过池窑的漏板高速拉制。一个窑可以通过几个成型通道安装数百个拉丝漏板同时生产。池窑拉丝工艺温度控制合理，节约能耗，生产过程稳定，提高了产品产量和质量。采用该罐式炉拉丝工艺可实现大规模工业化生产，并可轻松实施最先进的全自动控制技术，从而大大提高劳动生产效率。因此，池窑拉丝工艺已成为世界主流拉丝工艺。用这种方法生产的玻璃纤维总量占世界总量的85% 90%。泊松定律：Q=V=Q-单位时间的体积流量p型毛细管上的流体静压差D-毛细管直径R-毛细管半径L-毛细管长度研究中毛细管截面的半径V-调查半径处的流速-液体的粘度假设：1.液体是牛顿液体，即剪切应力和剪切应变在一定温度条件下呈线性关系2.液体在毛细管中以中等温度流动，其粘度是恒定的。3.液体在毛细管中为层流，Re=23004.液体是纯液体，没有物理作用和化学反应