复合材料学第三章复合材料的增强材料

1、复复 合合 材材 料料 学学 专专 业：无机非金属材料业：无机非金属材料 教教 师：孙彦彬师：孙彦彬 第三章第三章 复合材料的增强材料复合材料的增强材料 在复合材料中，凡是能提高基体材料力学在复合材料中，凡是能提高基体材料力学性能的物质，均称为增强材料。纤维在复合性能的物质，均称为增强材料。纤维在复合材料中起增强作用，是主要承力组分。它不材料中起增强作用，是主要承力组分。它不仅能使材料显示出较高的抗张强度和刚度，仅能使材料显示出较高的抗张强度和刚度，而且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲而且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。复合材料的性能在很大程度上取击强度等。复合材料的性能在很大程

2、度上取决于纤维的性能、含量及使用状态。如聚苯决于纤维的性能、含量及使用状态。如聚苯乙烯塑料，加入玻璃纤维后，拉伸强度可从乙烯塑料，加入玻璃纤维后，拉伸强度可从600Mpa提高到提高到1000Mpa，弹性模量可从，弹性模量可从3000Mpa提高到提高到8000Mpa，其热变形温度可，其热变形温度可从从85提高到提高到105，使，使- 40下的冲击强度下的冲击强度可提高可提高10倍。倍。 3.1 玻璃纤维及其制品玻璃纤维及其制品 一、玻璃纤维的分类一、玻璃纤维的分类 玻璃纤维的分类方法很多。一般从玻璃玻璃纤维的分类方法很多。一般从玻璃原料成分、单丝直径、纤维外观及纤维特性原料成分、单丝直径、纤维外

3、观及纤维特性等方面进行分类。等方面进行分类。 1、以玻璃原料成分分类、以玻璃原料成分分类 这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。一般以不同的含碱量来区分：类。一般以不同的含碱量来区分： (1)无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维(通称通称E玻纤玻纤) 是以钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维，这种是以钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维，这种纤维强度较高，耐热性和电性能优良，能抗纤维强度较高，耐热性和电性能优良，能抗大气侵蚀，化学稳定性也好大气侵蚀，化学稳定性也好(但不耐酸但不耐酸)，最大，最大的特点是电性能好，故也称它为电的特点是电性能好，故也称它为电气玻璃。气玻璃。 目前，国内规定其

4、碱金属氧化物含量不目前，国内规定其碱金属氧化物含量不大于大于0.5%，国外一般为，国外一般为1%左右。左右。 (2)中碱玻璃纤维中碱玻璃纤维 碱金属氧化物含量在碱金属氧化物含量在11.512.5%之间。之间。国外没有这种玻璃纤维，它的主要特点是耐国外没有这种玻璃纤维，它的主要特点是耐酸性好，但强度不如酸性好，但强度不如E玻璃纤维高。主要应玻璃纤维高。主要应用于耐腐蚀领域中，价格较便宜。用于耐腐蚀领域中，价格较便宜。 (3)有碱玻璃有碱玻璃(A玻璃玻璃)纤维纤维 类似于窗玻璃及玻璃瓶的钠钙玻璃。此类似于窗玻璃及玻璃瓶的钠钙玻璃。此种玻璃由于含碱量高，强度低，对潮气侵蚀种玻璃由于含碱量高，强度低，

5、对潮气侵蚀极为敏感，因此很少作为增强材料。极为敏感，因此很少作为增强材料。 (4)特殊玻璃纤维特殊玻璃纤维 如由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃纤维，如由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃纤维，镁铝硅系高强高弹玻璃纤维，硅铝钙镁系耐镁铝硅系高强高弹玻璃纤维，硅铝钙镁系耐化学介质腐蚀玻璃纤维，含铅纤维、高硅氧化学介质腐蚀玻璃纤维，含铅纤维、高硅氧纤维、石英纤维等。纤维、石英纤维等。 2、以单丝直径分类、以单丝直径分类 玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分成几种同可以分成几种(其直径以其直径以m为单位为单位)： 粗粗 纤纤 维：维：30m； 初级纤维：初级纤维：20m；

6、中级纤维：中级纤维：1020m； 高级纤维：高级纤维：310m(亦称纺织纤维亦称纺织纤维)； 超细纤维：小于超细纤维：小于4m。 单丝直径不同，不仅使纤维的性能有差单丝直径不同，不仅使纤维的性能有差异，而且影响到纤维的生产工艺、产量和成异，而且影响到纤维的生产工艺、产量和成本。一般本。一般510m的纤维作为纺织制品使的纤维作为纺织制品使用，用，1014m的纤维一般做无捻粗纱、无的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等较为适宜。纺布、短切纤维毡等较为适宜。 3、以纤维外观分类、以纤维外观分类 有连续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗有连续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗纱纱(用于纺织用于纺织)、短切纤维

7、、空心玻璃纤维、短切纤维、空心玻璃纤维、玻璃粉及磨细纤维等。玻璃粉及磨细纤维等。 4、以纤维特性分类、以纤维特性分类 根据纤维本身具有的性能可分为：高强根据纤维本身具有的性能可分为：高强玻璃纤维、高模量玻璃纤维、玻璃纤维、高模量玻璃纤维、 耐高温玻璃耐高温玻璃纤纤 维、耐碱玻璃纤维、耐酸玻璃纤维、普通玻维、耐碱玻璃纤维、耐酸玻璃纤维、普通玻璃纤维璃纤维(指无碱及中碱玻璃纤维指无碱及中碱玻璃纤维)。 二、玻璃纤维的结构及化学组成二、玻璃纤维的结构及化学组成 1、玻璃纤维的结构、玻璃纤维的结构 玻璃纤维的结构与玻璃相同。关于玻璃玻璃纤维的结构与玻璃相同。关于玻璃结构的假说到目前为止比较能够反映实际

8、情结构的假说到目前为止比较能够反映实际情况的是况的是“微晶结构假说微晶结构假说”和和“网络结构假网络结构假说说”。 微晶结构假说认为，玻璃是由硅酸盐或微晶结构假说认为，玻璃是由硅酸盐或二氧化硅的二氧化硅的“微晶体微晶体”组成，在组成，在“微晶体微晶体”之间由硅酸盐过冷溶液所填充。之间由硅酸盐过冷溶液所填充。 网络结构假说认为，玻璃是由二氧化硅网络结构假说认为，玻璃是由二氧化硅的四面体，铝氧三面体或硼氧三面体相互连的四面体，铝氧三面体或硼氧三面体相互连 成不规则三维网络，网络间的空隙由成不规则三维网络，网络间的空隙由Na、K、Ca、Mg等阳离子所填充。二氧化硅四面体等阳离子所填充。二氧化硅四面体

9、的三维网状结构是决定玻璃性能的基础，填的三维网状结构是决定玻璃性能的基础，填充的充的Na、Ca等阳离子称为网络改性物。等阳离子称为网络改性物。 玻璃结构是近似有序的。原因是玻璃结玻璃结构是近似有序的。原因是玻璃结构中存在一定数量和大小比较有规则排列的构中存在一定数量和大小比较有规则排列的区域，这种规则性是由一定数目的多面体遵区域，这种规则性是由一定数目的多面体遵循类似晶体结构的规则排列造成的。但是有循类似晶体结构的规则排列造成的。但是有序区域不是像晶体结构那样有严格的周期性，序区域不是像晶体结构那样有严格的周期性，微观上是不均匀的，宏观上却又是均匀的，微观上是不均匀的，宏观上却又是均匀的，反映

10、到玻璃的性能上是各向同性的。反映到玻璃的性能上是各向同性的。 2、玻璃纤维的化学组成、玻璃纤维的化学组成 玻璃纤维的化学组成主要是玻璃纤维的化学组成主要是SiO2、B2O3、 CaO、Al2O3等，它们对玻璃纤维的性质和等，它们对玻璃纤维的性质和生产工艺起决定性作用。以生产工艺起决定性作用。以SiO2为主的称为为主的称为硅酸盐玻璃，以硅酸盐玻璃，以B2O3为主的称为硼酸盐玻璃。为主的称为硼酸盐玻璃。Na2O、K2O等碱性氧化物为助熔氧化物，它等碱性氧化物为助熔氧化物，它可以降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃熔可以降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃熔液中的气泡容易排除。它主要通过破坏玻璃液中的气泡容

11、易排除。它主要通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从而达到助熔的目的，骨架，使结构疏松，从而达到助熔的目的，因此因此Na2O和和K2O的含量越高，玻璃纤维的强的含量越高，玻璃纤维的强度、电绝缘性能和化学稳定性都会相应的降度、电绝缘性能和化学稳定性都会相应的降低。加入低。加入CaO、Al2O3等，能在一定条件下等，能在一定条件下构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质和工艺性能；用质和工艺性能；用CaO 取代取代SiO2，可降低拉，可降低拉 丝温度。加入丝温度。加入Al2O3等可提高耐水性。等可提高耐水性。 总之，玻璃纤维化学成分的制定，一方总之，玻璃纤维化学成分

12、的制定，一方面要满足玻璃纤维物理和化学性能的要求，面要满足玻璃纤维物理和化学性能的要求，具有良好的化学稳定性；另一方面要满足制具有良好的化学稳定性；另一方面要满足制造工艺的要求，如合适的成型温度、硬化速造工艺的要求，如合适的成型温度、硬化速度及粘度范围。度及粘度范围。 三、玻璃纤维的物理性能三、玻璃纤维的物理性能 玻璃纤维具有一系列优良性能，拉伸强玻璃纤维具有一系列优良性能，拉伸强度高，防火、防霉、防蛀、耐高温和电绝缘度高，防火、防霉、防蛀、耐高温和电绝缘性能好等。它的缺点是具有脆性，不耐腐蚀，性能好等。它的缺点是具有脆性，不耐腐蚀，对人的皮肤有刺激性等。对人的皮肤有刺激性等。 1、外观和比重

13、、外观和比重 一般天然或人造的有机纤维，其表面都一般天然或人造的有机纤维，其表面都有较深的皱纹。而玻璃纤维表面呈光滑的圆有较深的皱纹。而玻璃纤维表面呈光滑的圆柱，其横断面几乎都是完整的圆形。柱，其横断面几乎都是完整的圆形。 玻璃纤维直径从玻璃纤维直径从1.525m，大多数为，大多数为414m。 玻璃纤维的密度为玻璃纤维的密度为2.164.30g/cm3，其，其比重较有机纤维大很多，但比一般的金属比比重较有机纤维大很多，但比一般的金属比重要低，与铝相比几乎一样，所以在航空工重要低，与铝相比几乎一样，所以在航空工业上用复合材料代替铝钛合金就成为可能。业上用复合材料代替铝钛合金就成为可能。此外，一般

14、无碱玻璃纤维比有碱纤维的比重此外，一般无碱玻璃纤维比有碱纤维的比重要大。要大。 2、表面积大、表面积大 由于玻璃纤维的表面积大，使得纤维表由于玻璃纤维的表面积大，使得纤维表面处理的效果对性能的影响很大。面处理的效果对性能的影响很大。 3、玻璃纤维的力学性能、玻璃纤维的力学性能 (1)拉伸强度高拉伸强度高。一般玻璃制品的拉伸强度。一般玻璃制品的拉伸强度只有只有40100MPa，而直径，而直径39m的玻璃纤的玻璃纤维拉伸强度则高达维拉伸强度则高达15004000 MPa，较一，较一般合成纤维高约般合成纤维高约10倍，比合金钢还高倍，比合金钢还高2倍。倍。 影响玻璃纤维强度的因素：影响玻璃纤维强度的

15、因素： 一般情况，玻璃纤维的拉伸强度随直径一般情况，玻璃纤维的拉伸强度随直径变细而拉伸强度增加；变细而拉伸强度增加； 拉伸强度也与纤维的长度有关，拉伸强度也与纤维的长度有关， 随着随着 长度增加，拉伸强度显著下降。长度增加，拉伸强度显著下降。 纤维直径和长度对拉伸强度的影响，可用纤维直径和长度对拉伸强度的影响，可用“微裂纹理论微裂纹理论”给予解释，随着纤维直径的给予解释，随着纤维直径的减小和长度的缩短，纤维中微裂纹的数量和减小和长度的缩短，纤维中微裂纹的数量和大小就会相应地减小，这样强度就会相应地大小就会相应地减小，这样强度就会相应地增加。增加。 化学组成对强度的影响。对于同一系化学组成对强度

16、的影响。对于同一系统统(即基本组分即基本组分)来说，部分改变氧化物的种来说，部分改变氧化物的种类和数量，纤维强度改变不大类和数量，纤维强度改变不大(20%30%)。而改变系统而改变系统(即改变它的基本组分即改变它的基本组分)，强度产，强度产生大幅度变化。一般来说，含碱量越高，强生大幅度变化。一般来说，含碱量越高，强度越低。度越低。 高强玻璃纤维强度明显地高于无高强玻璃纤维强度明显地高于无碱碱 玻璃纤维，而有碱纤维强度更低。研究表明，玻璃纤维，而有碱纤维强度更低。研究表明，高强和无碱玻璃纤维由于成型温度高、硬化高强和无碱玻璃纤维由于成型温度高、硬化速度快、结构键能大等原因，而具有很高的速度快、结

17、构键能大等原因，而具有很高的拉伸强度。拉伸强度。 纤维的表面缺陷对强度影响巨大。各种纤纤维的表面缺陷对强度影响巨大。各种纤维都有微裂纹时强度相近，只有当表面缺陷维都有微裂纹时强度相近，只有当表面缺陷减小到一定程度时，纤维强度对其化学组成减小到一定程度时，纤维强度对其化学组成的依赖关系才会表现出来。的依赖关系才会表现出来。 存放时间对纤维强度的影响存放时间对纤维强度的影响纤维的老纤维的老化。当纤维存放一段时间后，会出现强度下化。当纤维存放一段时间后，会出现强度下降的现象，称为纤维的老化。这主要取决于降的现象，称为纤维的老化。这主要取决于纤维对大气水分的化学稳定性。纤维对大气水分的化学稳定性。 施

18、加负荷时间对纤维强度的影响施加负荷时间对纤维强度的影响纤纤维的疲劳。玻璃纤维的疲劳一般是指纤维强维的疲劳。玻璃纤维的疲劳一般是指纤维强度随施加负荷时间的增加而降低的情况。度随施加负荷时间的增加而降低的情况。玻璃纤维疲劳的原因，在于吸附作用的影响，玻璃纤维疲劳的原因，在于吸附作用的影响，即水分吸附并渗透到纤维微裂纹中，在外力即水分吸附并渗透到纤维微裂纹中，在外力的作用下，加速裂纹的扩展。纤维疲劳的程的作用下，加速裂纹的扩展。纤维疲劳的程度取决于微裂纹扩展和范围。这与应力、尺度取决于微裂纹扩展和范围。这与应力、尺寸、湿度、介质种类等方面有关。寸、湿度、介质种类等方面有关。 玻璃纤维成型方法和成型条

19、件对强度也玻璃纤维成型方法和成型条件对强度也有很大影响。如玻璃硬化速度越快，拉拉制有很大影响。如玻璃硬化速度越快，拉拉制的纤维强度也越高。的纤维强度也越高。 (2)玻璃纤维的弹性玻璃纤维的弹性 玻璃纤维的延伸率玻璃纤维的延伸率 纤维的延伸率纤维的延伸率(又称断裂伸长率又称断裂伸长率)是指纤维是指纤维在外力作用下直至拉断时的伸长百分率。玻在外力作用下直至拉断时的伸长百分率。玻璃纤维的延伸率比其它有机纤维的延伸率低，璃纤维的延伸率比其它有机纤维的延伸率低，一般为一般为3%左右。左右。 玻璃纤维的弹性模量玻璃纤维的弹性模量 玻璃纤维的弹性模量是指在弹性范围内应玻璃纤维的弹性模量是指在弹性范围内应力和

20、应变关系的比例常数。玻璃纤维的弹性力和应变关系的比例常数。玻璃纤维的弹性模量约为模量约为7104MPa，与铝相当，只有普通，与铝相当，只有普通钢的三分之一，致使复合材料的刚度较低。钢的三分之一，致使复合材料的刚度较低。对玻璃纤维的弹性模量起主要作用的是其化对玻璃纤维的弹性模量起主要作用的是其化学组成。加入学组成。加入BeO、MgO能能提高弹性模量。含提高弹性模量。含 BeO的高弹玻璃纤维的高弹玻璃纤维(M)其弹性模量比无碱其弹性模量比无碱玻璃纤维玻璃纤维(E)提高提高60%。它取决于玻璃纤维。它取决于玻璃纤维结构的本身，与直径大小、磨损程度等无关。结构的本身，与直径大小、磨损程度等无关。不同直

21、径的玻璃纤维弹性模量相同，也证明不同直径的玻璃纤维弹性模量相同，也证明了它们具有近似分子结构。了它们具有近似分子结构。 玻璃纤维的延伸率小，这是由于纤维中玻璃纤维的延伸率小，这是由于纤维中硅氧键结合力较强，受力后不易发生错动。硅氧键结合力较强，受力后不易发生错动。玻璃纤维的断裂延伸率与直径有关，直径玻璃纤维的断裂延伸率与直径有关，直径910m的纤维，最大延伸率的纤维，最大延伸率2%左右，左右，5m的纤维，约在的纤维，约在3%。 4、玻璃纤维的耐磨性和耐折性、玻璃纤维的耐磨性和耐折性 玻璃纤维的耐磨性是指纤维抵抗磨擦能玻璃纤维的耐磨性是指纤维抵抗磨擦能 力，玻璃纤维的耐折性是指纤维抵抗折断的力，

22、玻璃纤维的耐折性是指纤维抵抗折断的能力。玻璃纤维的这两个性能都很差。经过能力。玻璃纤维的这两个性能都很差。经过揉搓磨擦容易受伤或断裂，这是玻璃纤维的揉搓磨擦容易受伤或断裂，这是玻璃纤维的严重缺点，使用时应当注意。严重缺点，使用时应当注意。 当纤维表面吸附水分后能加速微裂纹扩当纤维表面吸附水分后能加速微裂纹扩展，纤维的耐磨性和耐折性降低。为了提高展，纤维的耐磨性和耐折性降低。为了提高玻璃纤维的柔性以满足纺织工艺的要求，可玻璃纤维的柔性以满足纺织工艺的要求，可以采用适当的表面处理，如经以采用适当的表面处理，如经0.2%阳离子阳离子活性剂水溶液处理后，玻璃纤维的耐磨性比活性剂水溶液处理后，玻璃纤维的

23、耐磨性比未处理的高未处理的高200倍。倍。 纤维的柔性一般以断裂前弯曲半径和大纤维的柔性一般以断裂前弯曲半径和大小来表示，弯曲半径越小，柔性越好。如小来表示，弯曲半径越小，柔性越好。如 玻璃纤维直径为玻璃纤维直径为9m时，其弯曲半径为时，其弯曲半径为0.094mm，而超细纤维直径为，而超细纤维直径为3.6m时，其时，其弯曲半径为弯曲半径为0.038mm。 5、玻璃纤维的热性能、玻璃纤维的热性能 (1)玻璃纤维的导热性玻璃纤维的导热性 导热系数指通过单位传热面积导热系数指通过单位传热面积1m2，温，温度梯度为度梯度为1度度/m，时间为，时间为1小时所通过的热量。小时所通过的热量。玻璃的导热系为玻

24、璃的导热系为0.61.1千卡千卡/米米度度时，但时，但拉制成玻璃纤维后，其导热系数只有拉制成玻璃纤维后，其导热系数只有0.03千千卡卡/米米度度时。产生这种现象的原因，主要是时。产生这种现象的原因，主要是纤维间的空隙较大，容重较小所致；容重越纤维间的空隙较大，容重较小所致；容重越小，其导热系数越小，主要是因为空气导热小，其导热系数越小，主要是因为空气导热系数低所致；导热系数越小，隔热性能越好。系数低所致；导热系数越小，隔热性能越好。使用温度的变化对玻璃纤维的导热系数影响使用温度的变化对玻璃纤维的导热系数影响不大。因此，玻璃纤维是一种优良的绝热材不大。因此，玻璃纤维是一种优良的绝热材料。当玻璃纤

25、维受潮时，导热系数增大，隔料。当玻璃纤维受潮时，导热系数增大，隔热性能降低。热性能降低。 (2)玻璃纤维的耐热性玻璃纤维的耐热性 玻璃纤维耐热性较高，软化点为玻璃纤维耐热性较高，软化点为550580，其热膨胀系数为，其热膨胀系数为4.810-6/。 玻璃纤维是一种无机纤维，不会引起燃玻璃纤维是一种无机纤维，不会引起燃烧。将玻璃纤维加温，直到某一强度界限以烧。将玻璃纤维加温，直到某一强度界限以前，强度基本不变。玻璃纤维的耐热性是由前，强度基本不变。玻璃纤维的耐热性是由化学成分决定的。化学成分决定的。 一般钠钙玻璃纤维加热到一般钠钙玻璃纤维加热到470之前之前(不降温不降温)，强度变化不大，石英和

26、，强度变化不大，石英和高硅氧玻璃纤维的耐热性可达到高硅氧玻璃纤维的耐热性可达到2000以上。以上。 如果将玻璃纤维加热到如果将玻璃纤维加热到250以上后，再以上后，再冷却冷却(通常称为热处理通常称为热处理)，则强度明显下降。，则强度明显下降。温度越高，强度下降越显著。例如：温度越高，强度下降越显著。例如： 300下经下经24小时，强度下降小时，强度下降20%； 400下经下经24小时，强度下降小时，强度下降50%； 500下经下经24小时，强度下降小时，强度下降70%； 600下经下经24小时，强度下降小时，强度下降80%； 强度降低与热作用时间有关，因此，玻强度降低与热作用时间有关，因此，玻

27、璃布热处理湿度虽然很高，但因受热时间短，璃布热处理湿度虽然很高，但因受热时间短， 故强度降低不大。故强度降低不大。 玻璃纤维热处理后强度下降，可能是热玻璃纤维热处理后强度下降，可能是热处理使微裂纹增加所引起的。处理使微裂纹增加所引起的。 6、玻璃纤维的电性能、玻璃纤维的电性能 玻璃纤维的导电性主要取决于化学组成、玻璃纤维的导电性主要取决于化学组成、温度和湿度。无碱纤维的电绝缘性能比有碱温度和湿度。无碱纤维的电绝缘性能比有碱纤维优越得多，这主要是因为无碱纤维中碱纤维优越得多，这主要是因为无碱纤维中碱金属离子少的缘故。碱金属离子越多，电绝金属离子少的缘故。碱金属离子越多，电绝缘性能越差；玻璃纤维的

28、电阻率随着温度的缘性能越差；玻璃纤维的电阻率随着温度的升高而下降。虽然玻璃纤维的吸附能力较小，升高而下降。虽然玻璃纤维的吸附能力较小，但空气湿度对玻璃纤维的电阻率影响很大，但空气湿度对玻璃纤维的电阻率影响很大，湿度增加电阻率不降。湿度增加电阻率不降。 在玻璃纤维的化学组成中，加入大量的在玻璃纤维的化学组成中，加入大量的氧化镁、氧化铅、氧化铜、氧化铋或氧化钒，氧化镁、氧化铅、氧化铜、氧化铋或氧化钒，会使纤维具有半导体性能。在玻璃纤维上涂会使纤维具有半导体性能。在玻璃纤维上涂敷金属或石墨，能获得导电纤维。敷金属或石墨，能获得导电纤维。 7、玻璃纤维及制品的光学性能、玻璃纤维及制品的光学性能 玻璃是

29、优良的透光材料，但制成玻璃纤玻璃是优良的透光材料，但制成玻璃纤维制品后，其透光性远不如玻璃。玻璃纤维维制品后，其透光性远不如玻璃。玻璃纤维制品的光学性能以反射系数、透光系数和亮制品的光学性能以反射系数、透光系数和亮度系数来表示。度系数来表示。 反射系数反射系数P是指玻璃布反射的光强度与是指玻璃布反射的光强度与入射到玻璃布上的光强度之比，即入射到玻璃布上的光强度之比，即0IIPP 式中：式中：P反射系数；反射系数；Ip反射光强度；反射光强度；Io入射光强度入射光强度 在一般情况下，玻璃布的反射系数与布在一般情况下，玻璃布的反射系数与布的织纹特点、密度及厚度有关，平均为的织纹特点、密度及厚度有关，

30、平均为40%70%，如将透光性较弱的半透明材料垫在，如将透光性较弱的半透明材料垫在下边，玻璃布的反射系数可达下边，玻璃布的反射系数可达87%。 透光系数是指透过玻璃布的光强度与入透光系数是指透过玻璃布的光强度与入射光强度之比，即射光强度之比，即0II 式中：式中：透光系数；透光系数；I透光强度；透光强度；Io入射光强度入射光强度 玻璃布的透光系数与布的厚度及密度有玻璃布的透光系数与布的厚度及密度有关。密度小而薄的玻璃布，透过系数可达关。密度小而薄的玻璃布，透过系数可达65%，而密度大而厚的玻璃布，透光系数只，而密度大而厚的玻璃布，透光系数只有有1820%。 亮光系数是用试样的亮度与绝对白的表亮

31、光系数是用试样的亮度与绝对白的表面亮度面亮度(标准器标准器)之比来测得。之比来测得。 由于玻璃纤维具有优良的光学性能，因由于玻璃纤维具有优良的光学性能，因而可以制成透明玻璃钢，以做各种采光材料，而可以制成透明玻璃钢，以做各种采光材料，制成导光管以传送光束或光学物像。制成导光管以传送光束或光学物像。四、玻璃纤维的化学性能四、玻璃纤维的化学性能 玻璃纤维除对氢氟酸、浓碱、浓磷酸外，玻璃纤维除对氢氟酸、浓碱、浓磷酸外， 对所有化学药品和有机溶剂都有良好的化学对所有化学药品和有机溶剂都有良好的化学稳定性。化学稳定性在很大程度上决定了不稳定性。化学稳定性在很大程度上决定了不同纤维的使用范围。同纤维的使用

32、范围。 玻璃纤维的性能一般认为与水、湿度有玻璃纤维的性能一般认为与水、湿度有关，实际上玻璃纤维在相对温度关，实际上玻璃纤维在相对温度80%以上环以上环境中存放，强度就有下降；在境中存放，强度就有下降；在100%相对湿相对湿度下，强度保持率在度下，强度保持率在50%左右。左右。 但玻璃纤维但玻璃纤维 单丝即使与水接触，强度也不发生变化，只单丝即使与水接触，强度也不发生变化，只有有碱玻璃纤维中所含的碱分溶出，强度下有有碱玻璃纤维中所含的碱分溶出，强度下降。降。 1、侵蚀介质对玻璃纤维制品的腐蚀情况、侵蚀介质对玻璃纤维制品的腐蚀情况 根据网络结构假说可知，根据网络结构假说可知，SiO2四面体相四面体

33、相互连结，构成玻璃纤维结构的骨架，它是很互连结，构成玻璃纤维结构的骨架，它是很难与水、酸难与水、酸(H3PO4、HF除外除外)起反应的；在起反应的；在玻璃纤维结构中还有玻璃纤维结构中还有Na、Ca、K等金属离等金属离子及子及SiO2与金属离子结合的硅酸盐部分。当与金属离子结合的硅酸盐部分。当侵蚀介质与玻璃纤维制品作用时，多数是溶侵蚀介质与玻璃纤维制品作用时，多数是溶解玻璃纤维结构中的金属离子或破坏硅酸盐解玻璃纤维结构中的金属离子或破坏硅酸盐部分；对于浓碱溶液、氢氟酸、磷酸等，将部分；对于浓碱溶液、氢氟酸、磷酸等，将 使玻璃纤维结构全部溶解。使玻璃纤维结构全部溶解。 2、影响玻璃纤维化学稳定性的

34、因素、影响玻璃纤维化学稳定性的因素 (1)玻璃纤维的化学成分玻璃纤维的化学成分 中碱玻璃纤维对酸的稳定性是较高的，中碱玻璃纤维对酸的稳定性是较高的，但对水的稳定性是较差的；无碱玻璃纤维耐但对水的稳定性是较差的；无碱玻璃纤维耐酸性较差，但耐水性较好；中碱玻璃纤维和酸性较差，但耐水性较好；中碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维，从弱碱液对玻璃纤维强度的无碱玻璃纤维，从弱碱液对玻璃纤维强度的影响看，二者的耐碱性相接近。影响看，二者的耐碱性相接近。 中碱纤维含中碱纤维含Na2O、K2O比无碱纤维高二比无碱纤维高二十多倍，受酸作用后，首先从表面上，有较十多倍，受酸作用后，首先从表面上，有较多的金属氧化物侵析出来，但

35、主要是多的金属氧化物侵析出来，但主要是Na2O、K2O的离析、溶解；的离析、溶解； 另一方面，酸与玻璃纤另一方面，酸与玻璃纤 维中硅酸盐作用生成硅酸，而硅酸迅速聚合维中硅酸盐作用生成硅酸，而硅酸迅速聚合并凝成胶体，结果在玻璃表面上会形成一层并凝成胶体，结果在玻璃表面上会形成一层极薄的氧化硅保护膜，这层膜使酸的侵折与极薄的氧化硅保护膜，这层膜使酸的侵折与离子交换过程迅速减缓，使强度下降也缓慢。离子交换过程迅速减缓，使强度下降也缓慢。实践证明，实践证明，Na2O、K2O有利于这层保护膜的有利于这层保护膜的形成。所以中碱纤维比无碱纤维的耐酸性好。形成。所以中碱纤维比无碱纤维的耐酸性好。 水与玻璃纤维

36、作用，首先是侵蚀玻璃纤水与玻璃纤维作用，首先是侵蚀玻璃纤维表面的碱金属氧化物，主要是维表面的碱金属氧化物，主要是Na2O、K2O的溶解，使水呈现碱性。随着时间的增加，的溶解，使水呈现碱性。随着时间的增加，玻璃纤维与碱液继续作用，直至使玻璃纤维与碱液继续作用，直至使SiO2骨架骨架破坏。由于无碱玻璃纤维的碱金属氧化物含破坏。由于无碱玻璃纤维的碱金属氧化物含量较低，所以对水的稳定性较高。量较低，所以对水的稳定性较高。 无碱纤维与中碱纤维受到无碱纤维与中碱纤维受到NaOH溶液侵蚀溶液侵蚀后，几乎所有玻璃成分，包括后，几乎所有玻璃成分，包括SiO2在内，均在内，均匀溶解，使纤维变细，但随浸碱时间的增加

37、，匀溶解，使纤维变细，但随浸碱时间的增加，化学成分含量基本不发生变化，即内部结构化学成分含量基本不发生变化，即内部结构并未破坏，因而单位面积的强度基本不变。并未破坏，因而单位面积的强度基本不变。 总之，玻璃纤维的化学稳定性主要取决总之，玻璃纤维的化学稳定性主要取决于其成分中的于其成分中的SiO2及碱金属氧化物的含量。及碱金属氧化物的含量。显然，显然，SiO2含量多能提高玻璃纤维的化学稳含量多能提高玻璃纤维的化学稳定性，而碱金属氧化物则会使化学稳定性降定性，而碱金属氧化物则会使化学稳定性降低。在玻璃纤维成分中增加低。在玻璃纤维成分中增加SiO2或或Al2O3含含量，或加入量，或加入ZrO2及及T

38、iO2都可以提高玻璃纤维都可以提高玻璃纤维 的耐酸性；增加的耐酸性；增加SiO2的含量，或加入的含量，或加入CaO、ZrO2及及ZnO能提高玻璃纤维的耐碱性；在能提高玻璃纤维的耐碱性；在玻璃纤维中加入玻璃纤维中加入Al2O3、ZrO2及及TiO2等氧化等氧化物，可大大提高耐水性。物，可大大提高耐水性。 石英、高硅氧玻璃纤维对水、酸的化学石英、高硅氧玻璃纤维对水、酸的化学稳定性较好，耐碱性远比普通纤维高。稳定性较好，耐碱性远比普通纤维高。 (2)纤维表面情况对化学稳定性的影响纤维表面情况对化学稳定性的影响 玻璃是一种非常好的耐腐蚀材料，但拉玻璃是一种非常好的耐腐蚀材料，但拉制成玻璃纤维后，其性能

39、远不如玻璃，这主制成玻璃纤维后，其性能远不如玻璃，这主要是由于玻璃纤维的比表面积大所造成的。要是由于玻璃纤维的比表面积大所造成的。例如，例如，1g重重2mm厚的玻璃，具有厚的玻璃，具有5.1cm2表面表面积，而积，而1g玻璃纤维玻璃纤维(直径直径5m)的表面积则有的表面积则有 3100cm2，表面积增大了，表面积增大了608倍，也就是说倍，也就是说玻璃纤维受侵蚀介质作用的面积比玻璃大玻璃纤维受侵蚀介质作用的面积比玻璃大608倍，因此，玻璃纤维的耐腐蚀性能比块倍，因此，玻璃纤维的耐腐蚀性能比块玻璃差很多。玻璃差很多。 玻璃纤维直径对化学稳定性关系极大，玻璃纤维直径对化学稳定性关系极大，随着纤维直

40、径的减小，其化学稳定性也跟着随着纤维直径的减小，其化学稳定性也跟着降低。降低。 (3)侵蚀介质体积和温度对玻璃纤维化学侵蚀介质体积和温度对玻璃纤维化学稳定性的影响稳定性的影响 温度对玻璃纤维的化学稳定性有很大影温度对玻璃纤维的化学稳定性有很大影响，在响，在100以下时，温度每升高以下时，温度每升高10，纤，纤维在介质侵蚀下的破坏速度增加维在介质侵蚀下的破坏速度增加50100； 当温度升高到当温度升高到100以上时，破坏作用将更以上时，破坏作用将更剧烈。同样的玻璃纤维，受不同体积的侵蚀剧烈。同样的玻璃纤维，受不同体积的侵蚀介质作用，其化学稳定性不同。介质的体积介质作用，其化学稳定性不同。介质的体

41、积越大，对纤维的侵蚀越严重。越大，对纤维的侵蚀越严重。 五、玻璃纤维织物的品种及性能五、玻璃纤维织物的品种及性能 玻璃纤维织物的品种较多，主要有玻璃玻璃纤维织物的品种较多，主要有玻璃纤维布、玻璃纤维毡、玻璃纤维带等。玻璃纤维布、玻璃纤维毡、玻璃纤维带等。玻璃纤维布又可分平纹布、斜纹布、缎纹布、无纤维布又可分平纹布、斜纹布、缎纹布、无捻粗纱布捻粗纱布(即方格布即方格布)、单向布、无纺布等。、单向布、无纺布等。玻璃纤维毡又分为短切纤维毡、表面毡及连玻璃纤维毡又分为短切纤维毡、表面毡及连续纤维毡等。续纤维毡等。 1、无捻粗纱布：、无捻粗纱布： 它具有浸胶容易、铺覆性它具有浸胶容易、铺覆性 好、较厚实

42、、强度高、气泡易排除、施工方好、较厚实、强度高、气泡易排除、施工方便、价格较便宜等特点，它是手糊工艺中常便、价格较便宜等特点，它是手糊工艺中常使用的一种布。使用的一种布。 2、平纹布：、平纹布：平纹布是最普通的织法，通常平纹布是最普通的织法，通常叫平织，是由经纱和纬纱各一根上下相互交叫平织，是由经纱和纬纱各一根上下相互交叉而织成。平纹布编织紧密、交织点多、强叉而织成。平纹布编织紧密、交织点多、强度较低，表面平整、气泡不易排除。它主要度较低，表面平整、气泡不易排除。它主要用在各个方向强度均要求一致的产品上，适用在各个方向强度均要求一致的产品上，适用于制作形面简单或平坦的制品。用于制作形面简单或平

43、坦的制品。 3、斜纹布：、斜纹布：这种布经向与纬向的交织点连这种布经向与纬向的交织点连续而成斜向的纹路。斜纹布与平纹布相比织续而成斜向的纹路。斜纹布与平纹布相比织点较少。斜纹布较致密、柔性好、铺覆性较点较少。斜纹布较致密、柔性好、铺覆性较 好、强度较大，适于制作有曲面的和各方好、强度较大，适于制作有曲面的和各方向都需要强度高的制品。向都需要强度高的制品。 4、缎纹布：、缎纹布：它的一个方向上的每根纱从另它的一个方向上的每根纱从另一方向的几根纱一方向的几根纱(三根、五根、七根三根、五根、七根)上面通上面通过，而只压在一根纱下面，在布的表面上过，而只压在一根纱下面，在布的表面上形成单独的、不连续的

44、经纬向交织点。缎形成单独的、不连续的经纬向交织点。缎纹布质地柔软、铺覆性好、强度较大，与纹布质地柔软、铺覆性好、强度较大，与模具接触性好，适用于型面复杂的手糊玻模具接触性好，适用于型面复杂的手糊玻璃钢制品。璃钢制品。 5、单向布：、单向布：单向布的经纱用强纱，纬纱用单向布的经纱用强纱，纬纱用弱纱织成。其特点是经纱方向强度较高，弱纱织成。其特点是经纱方向强度较高，适用于定向强度要求高的制品。适用于定向强度要求高的制品。 6、无纺布：、无纺布：它是由连续纤维它是由连续纤维(直径为直径为1215m)平行或交叉排列后，用粘结剂粘结而平行或交叉排列后，用粘结剂粘结而成的片状材料，这种布是在拨丝过程中直接

45、成的片状材料，这种布是在拨丝过程中直接成型的，易于保持纤维的新生态。具有强度成型的，易于保持纤维的新生态。具有强度高、刚性好、工艺简单等优点。高、刚性好、工艺简单等优点。 7、高模量织物：、高模量织物：它是由两组粗和细的经纬它是由两组粗和细的经纬纱织成，粗纱占玻璃织物的纱织成，粗纱占玻璃织物的90%以左右。其以左右。其特点是强度较大，铺覆性能好，纱线可以歪特点是强度较大，铺覆性能好，纱线可以歪扭。扭。 8、短切纤维毡：、短切纤维毡：这种毡的铺覆性能好，各这种毡的铺覆性能好，各向同性、价格便宜、强度较低、树脂用量大，向同性、价格便宜、强度较低、树脂用量大，适用于手糊及喷射成型玻璃钢。适用于手糊及

46、喷射成型玻璃钢。 9、连续纤维毡：、连续纤维毡：这种毡铺覆性好、强度大、这种毡铺覆性好、强度大、质量均匀、树脂用量大、价格比短切纤维毡质量均匀、树脂用量大、价格比短切纤维毡贵贵10左右。适用于手糊及喷射成型玻璃钢左右。适用于手糊及喷射成型玻璃钢和大型贮罐玻璃钢的富树脂层。和大型贮罐玻璃钢的富树脂层。 1010、表面毡：、表面毡：这种毡是将定长玻璃纤维这种毡是将定长玻璃纤维（细纤维）随机地均匀铺放而成。厚度约为（细纤维）随机地均匀铺放而成。厚度约为0.30.30.4mm0.4mm。表面毡铺覆性好、强度低、价。表面毡铺覆性好、强度低、价格较便宜，主要用于玻璃钢制品的表面，使格较便宜，主要用于玻璃钢

47、制品的表面，使制品表面光滑，树脂含量高，耐老化性能好。制品表面光滑，树脂含量高，耐老化性能好。表面毡分表面毡分E E玻璃纤维和玻璃纤维和C C玻璃纤维两种。玻璃纤维两种。六、特种玻璃纤维六、特种玻璃纤维 1、高强度及高模量玻璃纤维、高强度及高模量玻璃纤维 （1）高强度玻璃纤维）高强度玻璃纤维 高强度玻璃纤维有镁铝硅酸盐和硼硅酸盐高强度玻璃纤维有镁铝硅酸盐和硼硅酸盐两个系统。两个系统。 镁铝硅酸盐玻璃纤维也称镁铝硅酸盐玻璃纤维也称S玻璃纤维。玻璃纤维。其化学成分主要是其化学成分主要是SiO2-65%，Al2O3-25%，MgO-10%。它与。它与E玻璃纤维相比，拉伸强度玻璃纤维相比，拉伸强度高高

48、33%，弹性模量提高，弹性模量提高20%。S玻璃纤维具玻璃纤维具有高的比强度，在高温下有良好的强度保留有高的比强度，在高温下有良好的强度保留率及高的疲劳极限。直径为率及高的疲劳极限。直径为9m的镁铝硅酸的镁铝硅酸盐纤维，经过无水增强型浸润剂盐纤维，经过无水增强型浸润剂“HTS”处处理后，其拉伸强度可达理后，其拉伸强度可达4900MPa，弹性模量，弹性模量为为9104 MPa，其耐热性比较高。，其耐热性比较高。 S玻璃纤玻璃纤维维 的拉丝温度很高，一般要在的拉丝温度很高，一般要在1400以上，需以上，需要特殊的拉丝工艺，因此，国外又开始研究要特殊的拉丝工艺，因此，国外又开始研究硼硅酸盐玻璃纤维。

49、这种纤维的化学成分为硼硅酸盐玻璃纤维。这种纤维的化学成分为SiO2：4050%，Al2O3：1929%，B2O3：1020%，Li2O:0.11%。配方中引入。配方中引入BeO以提高其弹性模量。以提高其弹性模量。 硼硅酸盐玻璃纤维的液相温度较低，不硼硅酸盐玻璃纤维的液相温度较低，不需特殊拉丝工艺条件，一般用含量需特殊拉丝工艺条件，一般用含量1525%的铂拉丝炉即可拉丝。的铂拉丝炉即可拉丝。 硼 硅 酸 盐 玻 璃 纤 维 的 的 拉 伸 强 度 为硼 硅 酸 盐 玻 璃 纤 维 的 的 拉 伸 强 度 为4400MPa，弹性模量为，弹性模量为7.4104MPa。 （2）高模量玻璃纤维）高模量玻

50、璃纤维 高模量玻璃，这种玻璃也称高模量玻璃，这种玻璃也称M玻璃或玻璃或YM-35-A玻璃，玻璃，M玻璃纤维的模量为玻璃纤维的模量为9.4104MPa，比一般玻璃纤维的模量提高，比一般玻璃纤维的模量提高1/3以上，拉伸强度和以上，拉伸强度和E玻璃纤维相似，玻璃玻璃纤维相似，玻璃液相温度为液相温度为1100。由它制成的玻璃钢制品。由它制成的玻璃钢制品刚性特别好，在外力作用下不易变形，更适刚性特别好，在外力作用下不易变形，更适合于要求高强度和高模量制品，以及航空、合于要求高强度和高模量制品，以及航空、宇航所用的制品。国内这种玻璃的成分为：宇航所用的制品。国内这种玻璃的成分为：SiO2 53.7%，CaO 12.7%，MgO 9%，BeO 8%，ZrO2 2%，TiO2 7.9%，Li2O 3%，Fe2O3 0.5%。 2、耐高温玻璃纤维、耐高温玻璃纤维 （1）石英纤维）石英纤维 石英纤维是一种优良的耐高温材料，这种石英纤维是一