玻璃纤维及其制品

1、第三编复合材料增强材料、增强材料：复合材料中提高基材机械强度、弹性模数等力学性能的材料。 补强材料不仅可以提高复合材料的强度和弹性模数，还可以降低收缩率，提高热变形温度，在热、电、磁等方面给复合材料带来新的性能增强材料种类，物理形态：纤维状、片状、颗粒状补强材料等，纤维玻璃、碳纤维布和石墨纤维、硼纤维、芳酰胺纤维等， 7纤维玻璃及其产品7.1概要7.1.1纤维玻璃发展情况7.1.2纤维玻璃分类7.2纤维玻璃结构和7.2.1构成纤维玻璃的物质7.2.2纤维玻璃的结构7.2.3纤维玻璃的化学组成7.3纤维玻璃的性能7.3.1纤维玻璃的物性7.3.2纤维玻璃的物性7.4纤维玻璃和其产品7.4.1纤维

2、玻璃及其产品的生产技术7.4.2玻璃纤维丝的规格和性能，很有趣， 玻璃被加热后，被比头发细得多的纤维玻璃拉伸，会像合成纤维一样柔软，超过同样粗细的不锈钢丝而变得强韧的纤维玻璃有什么用呢？玻璃绳玻璃布绝缘材料纤维玻璃复合材料玻璃棉纤维内窥镜光纤、内窥镜用照明、冷光导纤维直径35 通光口径1-30 mm，保护层对不锈钢金属软管硅胶管透光率高，柔软性高，纤维光缆结构和单一纤维。 请注意，光缆的截平面至少30被低折光率的金属被复和非导电性填充材料所占。 工业内窥镜，纤维玻璃绳，纤维玻璃布，纤维玻璃是复合材料中使用量最多的强化材料。 7.1.1纤维玻璃发展情况，国外纤维玻璃特点：1 .技术先进，采用池窑

3、拉丝技术，发展多列多孔拉丝技术，直径越来越粗，纤维直径为1424m，更大量生产27m 3.无碱纤维玻璃，无纺纤维玻璃机织物， 4、无捻丝短纤维毡所占比例增加的偶联剂品种增加5 .重视纤维树脂界面的研究，普遍重视纤维玻璃预处理，国内纤维玻璃特点：慢于国外星空卫视，中碱纤维玻璃依然占多数，向粗纤维方向发展，池窑拉丝技术普及7.1.2纤维玻璃的分类、纤维玻璃的分类方法很多，一般可以从玻璃原料成分、单丝状体直径、纤维外观及纤维特性等进行分类。 (1)玻璃原料成分为分类，该分类方法主要用于连续纤维玻璃的分类。 一般由不同的碱含量区分：无碱纤维玻璃(通称e玻璃): 国内目前规定的碱金属氧化物含量为0.5以

4、下，国外一般为1左右，中碱纤维玻璃：碱金属氧化物含量为11.512.5； 特殊纤维玻璃：例如由纯镁铝硅三元构成的高强度纤维玻璃； 镁铝硅系高强度、高弹纤维玻璃； 二氧化硅铝钙元素镁系耐药性纤维玻璃； 含金属铅纤维； 高硅酮纤维； 如石英纤维。 (2)以单丝状体直径分类，纤维玻璃单丝状体呈圆柱形，其直径可分为几个部分：粗纤维： 30m； 一次纤维： 20m中级纤维： 10m20m； 高级纤维： 3m10m (也称为纺织纤维)超细纤维：单丝状体直径小于4m。 单丝直径的不同不仅影响纤维的性能，还影响纤维的生产技术、产量和成本。 一般5m10m纤维作为机织物制品使用，10m14m的纤维一般适合无捻线

5、、非织造布、短纤维毡等。 (3)纤维外观有分类、连续纤维，其中有无捻粗线和有无捻粗线(纺织用)短纤维； 中空纤维玻璃； 玻璃料、磨光的纤维等。(4)具有纤维特性的分类、纤维自身具有的性能、高强度纤维玻璃和高弹性模数纤维玻璃； 耐高温纤维玻璃； 耐碱纤维玻璃； 耐酸纤维玻璃； 一般的纤维玻璃(指无碱及中碱纤维玻璃)。 无捻丝、短切纤维、玻璃料、7.2纤维玻璃的结构和组成、7.2.1纤维玻璃的物态、纤维玻璃为纤维状玻璃。 玻璃是无色透明且有光泽的脆性固体。 定义：具有固体物理机械性能的非晶质体物体，各向同性均质材料，由于熔化状态过蒸发制冷时黏性系数增加。 特征：没有固定的熔点，7.2.2纤维玻璃的

6、结构，微晶结构假设：玻璃由硅酸块或二氧化硅的“微晶”组成，“微晶”之间以硅酸块过蒸发制冷溶液填充。 在网络结构的假设中，玻璃是二氧化硅的四面体片、铝酸三面体、或硼酸三面体，相互不规则的三次元网络，网络间的空隙用Na、k、Ca、Mg等阳络离子填充。 二氧化硅四面体片的三次元网状结构在决定玻璃性能的基础上，将填充的Na、Ca等阳络离子称为网络改性物。纤维玻璃结构示意图、7.2.3纤维玻璃的化学组成、纤维玻璃的化学组成主要为二氧化硅(SiO2)、三氧化硼(B2O3 )、氧化钙元素(CaO )、三氧化铝(Al2O3)等，以二氧化硅为主的硅酸盐玻璃； 以三氧化二硼为主的硼酸盐玻璃。 氧化纳金属钍、氧化钾

7、元素等碱性氧化物为熔融氧化物，能降低玻璃的熔融温度和黏性系数，容易排除玻璃溶液中的气泡，主要破坏玻璃骨架，疏松结构，达到帮助溶解的目的。 氧化金属钍和氧化钾元素含量越高，纤维玻璃的强度、电绝缘性和化学稳定性就越低，加入氧化钙元素和氧化铝在一定条件下构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的性质和工艺性。 纤维玻璃化学成分的制定既要满足纤维玻璃物理和化学性能的要求，又要具有良好的化学稳定性，同时又要满足适宜的模塑温度、固化速率、黏性系数范围等制造工艺的要求。 e无碱纤维玻璃； c耐酸； s高的G-20抗碱； a一般为碱，7.3纤维玻璃的性能，7.3.1纤维玻璃的物性，1 .外观和密度，纤维玻璃呈表面光滑的

8、圆柱，表面光滑，纤维间的抱合力非常小，不利于与树脂的粘合。 如果纤维玻璃彼此靠近，间隙就会紧密填充，有助于提高玻璃钢产品的玻璃含量。 玻璃钢使用的纤维玻璃直径为5m20m，其密度比有机纤维大很多，但比一般的金属密度低。 2、力学性能(1)极限拉伸强度纤维玻璃的极限拉伸强度比同成分块状玻璃高数十倍的例子：块状碱纤维玻璃的极限拉伸强度： 40MPa100MPa纤维玻璃强度： 2000MPa，一些纤维材料和金属材料的强度，微裂纹假说：玻璃的理论强度高，可达到2000万2000MPa， 实测强度低：玻璃和纤维玻璃存在数量不同、尺寸不同的微裂纹，强度大幅度降低。 微裂缝分布在玻璃和纤维玻璃的整体体积上，

9、但在表面的微裂缝中受害最大。 由于微裂纹的存在，玻璃在外力的作用下力变得不均匀，在微裂纹中产生应力集中，强度降低。 在纤维玻璃高温成形时减少玻璃溶液的不均匀性，减少产生微裂纹的机会，纤维玻璃的截面变小，存在微裂纹的概率也减少，纤维玻璃的强度变高。 分子取向假说：在纤维玻璃成型过程中，通过拔丝机的牵引作用，使纤维玻璃分子产生取向排列，提高了纤维玻璃强度。 影响纤维玻璃强度的因素：纤维直径和长度对极限拉伸强度的影响直径越细，极限拉伸强度越高，随着纤维长度的增加，极限拉伸强度显着降低，化学组成对极限拉伸强度的影响碱量越高，强度越低。 无碱纤维玻璃比有碱纤维玻璃的极限拉伸强度高20%。无碱纤维玻璃的模

10、塑温度高、固化速率快、结构结合能大的氧化纳金属钍、氧化钾元素等碱性氧化物，主要通过破坏玻璃骨架，达到缓解结构、帮助溶解的目的。 氧化纳金属钍和氧化钾元素的含量越高，纤维玻璃的强度就越低，保管时间对强度的影响纤维玻璃的保管时间越长，强度就越低。 原因：当空气中的水分和氧侵蚀纤维，负荷时间对强度的影响纤维玻璃强度随负荷时间的延长而环境大气湿度升高时，尤其是微裂纹吸附的水分在外力作用下会加速微裂纹的扩展速度。 (2)纤维玻璃弹性纤维玻璃的伸长率：纤维被外力撕裂之前的伸长率纤维玻璃的弹性模数：弹性范围内的内部应力和应变关系的比例常数影响纤维玻璃弹性模数的主要因素：化学组成中加入BeO、MgO可以提高纤

11、维玻璃的弹性模数，(3) 纤维玻璃的耐磨耗性和耐折弯性纤维玻璃的耐磨耗性和耐折弯性差特别是在湿润环境下使水分吸附在纤维玻璃表面后，加速微裂纹的发展改善纤维玻璃柔软性的手段：表面处理0.2%阳离子激活剂水溶液处理，3 .纤维玻璃的热性能(1)纤维玻璃的热传导性玻璃热传导率： 0.7W/(mK)1.3W/(mK )纤维玻璃导热率： 0.034W/(mK )原因：纤维间空隙大，容积密度小，空气导热率低，(2)纤维玻璃的耐热性纤维玻璃耐热性高，软化点为550580，热胀冷缩系数为4.810-6； 200 250以下，纤维玻璃强度保持不变，7.3.2纤维玻璃的化学性能、化学成分对纤维玻璃化学稳定性的影响

12、：纤维玻璃除氢氟酸(HF )、强碱(NaOH )、三磷酸以外对所有化学药剂和有机溶剂都有良好的化学稳定性。 无碱和中碱纤维玻璃的性能比较，中碱纤维玻璃耐酸性好，酸和纤维玻璃表面的金属氧化物作用，金属氧化物(Na2O，K2O )分离，溶解的酸和纤维玻璃中的硅酸盐生成硅酸，硅酸迅速聚合形成胶体，在玻璃表面形成极薄的氧化硅元素保护膜，Na2O，K2O 无碱纤维玻璃耐水性好，水和纤维玻璃的作用首先是侵蚀纤维玻璃表面的碱金属氧化物，水呈碱性，随着时间的推移，纤维玻璃和碱溶液会持续作用直到破坏二氧化硅骨架为止。 纤维玻璃的化学稳定性主要取决于其成分中二氧化硅和碱金属氧化物的含量。 二氧化硅含量多时，能够提

13、高纤维玻璃的化学稳定性的碱金属氧化物会降低化学稳定性。 7.4纤维玻璃及其制品，7.4.1.1纤维玻璃的生产技术，坩埚法拉丝，池窑漏板法拉丝，(1)坩埚法拉丝技术，生产技术是由制球和拉丝两部分组成的拉丝过程中的拉丝和拉丝温度控制是通过自动控制装置完成的，7.4.1纤维玻璃及其制品的生产技术，1供给孔2铂针3 6漏板7纤维玻璃单丝状体； 8集束车9纤维玻璃原纱； 10拉丝卷筒、(2)池窑漏板法拉丝技术、池窑拉丝是连续纤维玻璃生产的新技术方法。 池窑拉丝是将玻璃配合物熔化后，直接制成各种序号的连续纤维玻璃。 池窑拉丝与坩埚拉丝相比，具有以下优点：1.省略制球技术，简化工艺流程，效率高；2 .池窑拉

14、丝窑可安装10至100块漏板，熔融量大，生产能力高；3 .易于实现自动化；4 .多孔大漏板玻璃钢的池窑拉丝是国际上普遍采用的纤维玻璃生产新技术，该技术的特点是采用重油或煤气加热针织面料窑，粉体直接溶于玻璃，通过煤气加热成形通路，从多台(数十台到数百台)漏板引出各种规格的纤维玻璃原丝到云同步。具有生产规模大、效率高、能源消费少、产品品质好等优点，可满足8004000孔大漏板拉丝成形的要求，是生产高质量、低成本纤维玻璃材料的最佳方法。 7.4.1.2纤维玻璃产品的生产技术，生产纤维玻璃产品的主要设备是织机和织机，1电熔池窑炉，可加2漏板3浸润剂4机械装置5喷雾胶粘剂； 6金属网带； 7硬化装置8卷

15、筒，连续纤维玻璃毡的生产形象，7.4.2纤维玻璃纱的规格和性能，纤维玻璃纱可分为无捻纱和有捻纱两种。 无捻纱一般是强化浸润剂，原纱直接并股，络纱成为捻纱的话纺织型浸润剂多，原纱经由退绕、捻转、并股、络纱制作。 由于生产纤维玻璃丝的纤维直径、支数及股数不同，无捻丝和有捻丝的规格有多种。 纤维的根数有以下两种表示方法： (1)定量法用质量为1g的原丝长度表示：例如，40支丝指质量为1g的原丝长度40m。 (2)定长法，现在国际上统一使用的方法，通称“TEX”(米数)。 1000m长的原丝克质量。 例如，4“TEX”是指1000m原纱的品质为4g。 施加在扭转度、单位长度内的纤维和纤维之间的转速为扭

16、转m单位、z扭转(z扭转)、顺时针方向的扭转s扭转(s扭转)、逆时针方向扭转。 加捻能提高纤维的抱合力，改善单纤维的受力状况，有利于纺织工序的进行。 扭转过度难以渗透到树脂中。 无捻粗纱的纤维平行排列，极限拉伸强度高，容易浸透树脂，所以无捻粗纱多用于缠绕高压容器和配管等，也用于拉深加工、喷射成形等工艺。 作业1 .为什么纤维玻璃的极限拉伸强度比同成分的块状玻璃高？ 2 .影响纤维玻璃强度的因素是什么？ 说明原因。 纤维玻璃和纤维玻璃制品，1，无捻粗纱，无捻粗纱用平行原纱或平行单纱集束。 无捻粗丝是加工方格布、网状布的基本原料，是玻璃钢基材的最基本的产品材料。 喷射用无捻粗纱、缠绕型无捻粗纱、拉

17、深用无捻粗纱及织造用无捻粗纱等，用途非常广泛。 种类、2、无碱布、无碱布采用无碱纤维玻璃编织，具有优良的电绝缘性、力学性能、耐热性和耐吸湿性。 主要是各种电绝缘层叠板、印刷线路板、各种车辆车身、坦克、小船、模具等无碱布，也适用于玻璃漆布、玻璃布层压制品和霸王铜箔层叠的基材、玻璃云母制品等的补强材料。 3、把纤维玻璃剪短，把纤维玻璃剪短，适合各种用途。 用合适的浸润剂和聚焦数切割成长度不同的纤维玻璃，广泛应用于热固性、热塑性树脂增韧材料。 4、无捻方格布、无捻粗丝织成的方格布，广泛应用于手工胶玻璃钢(FRP )产品领域。 5、纤维玻璃耐碱网布、纤维玻璃耐碱网布，根据中碱或无碱纤维玻璃机织物，采用耐碱涂层处理。 该产品强度高、粘结性好、服装性、定位性好，广泛应用于墙体加固、外墙保温、屋面防水等，也可应用于水泥、塑料、沥青胶、大理岩、马赛克等墙体材料加固，是建筑业理想的工程材料。 6、膨体丝和膨体布、膨体丝是纤维玻璃丝通过高压空气装置特殊膨化而成，该产品兼具连续长纤维的高强度，并具有短纤维的膨体性、耐高温、耐腐蚀、高过滤效果、高强度等特点，广泛应用于滤布、装饰布、绝缘机织物等，是石棉垫产品的理想选择膨体布由膨体丝制成，具有通气性好、粉尘量多、过滤效率高等特点。 主要用于铁元素钢、水泥、发电等行业的高温遗漏缺陷过滤器包装材料装