玻璃纖維介紹

關于玻璃纖維介紹第一頁，共四十五頁，2022年，8月28日增強材料的作用：

承受外界施加載荷，提高樹脂基體的力學性能。還可提高耐熱性，降低收縮率，以及賦予一些功能性（如磁學、電學等功能，功能體）增強材料的外觀形狀：

纖維狀：增強作用最明顯，應用最廣片狀顆粒狀第二頁，共四十五頁，2022年，8月28日6.1GF及其制品6.1.1GF的分類1）以玻璃原料成分分類（用于連續(xù)GF的分類）

一般以不同的堿金屬氧化物含量來區(qū)分。無堿玻璃纖維（E玻璃纖維）

堿金屬氧化物含量0.05%

化學穩(wěn)定性、電絕緣性能、強度好主要用作電絕緣材料、玻璃鋼的增強材料等第六章玻璃纖維及其制品第三頁，共四十五頁，2022年，8月28日中堿玻璃纖維（C玻璃纖維）

堿金屬氧化物含量11.5-12.5%

含堿量高，不能用作電絕緣材料，但其化學穩(wěn)定性和強度尚好。一般用作乳膠布、方格布基材、酸性過濾布、窗紗基材等，也可作對電性能和強度要求不很嚴格的玻璃鋼增強材料。成本較低，用途較廣。

第四頁，共四十五頁，2022年，8月28日高堿玻璃纖維（A玻璃纖維）

堿金屬氧化物含量15％如采用碎的平板玻璃、碎瓶子玻璃等作原料拉制而成的玻璃纖維均屬此類?？捎米餍铍娖康母綦x片、管道包扎布和氈片等防水、防潮材料。第五頁，共四十五頁，2022年，8月28日特種玻璃纖維

由純鎂鋁硅三元組成的高強玻璃纖維（S－glass）；鎂鋁硅系高強高彈玻璃纖維；硅鋁鈣鎂系耐化學腐蝕玻璃纖維；含鉛纖維；高硅氧纖維；石英纖維等。

第六頁，共四十五頁，2022年，8月28日堿金屬氧化物：一般指氧化鈉、氧化鉀。堿金屬氧化物是普通玻璃的主要成分之一，主要作用是降低玻璃的熔點。堿金屬氧化物含量越高，玻璃纖維的化學穩(wěn)定性、電絕緣性能、強度都會相應下降。第七頁，共四十五頁，2022年，8月28日2）以單絲直徑分類

粗纖維：單絲直徑一般為30um初級纖維：單絲直徑大于20um；中級纖維：單絲直徑10-20um高級纖維：（紡織纖維）其單絲直徑3-10um。超細纖維：單絲直徑小于4um。

一般：5-10um的纖維作為紡織制品用；

10-14um的纖維一般做無捻粗紗、無紡布、短切纖維氈等較為適宜。第八頁，共四十五頁，2022年，8月28日3）按纖維性能分類

這是一類為適應特殊使用要求，新發(fā)展起來的，纖維本身具有某些特殊優(yōu)異性能的新型玻璃纖維，大致可分為：高強玻璃纖維；高模量玻璃纖維；耐高溫玻璃纖維；耐堿玻璃纖維；耐酸玻璃纖維；普通玻璃纖維（指無堿及中堿玻璃纖維）；光學纖維；低介電常數(shù)玻璃纖維；導電纖維等第九頁，共四十五頁，2022年，8月28日6.1.2GF的結構及組成1）GF的特點

玻璃：無規(guī)則的非晶態(tài)結構，近程有序，遠程無序玻璃的共性：各向同性無固定熔點亞穩(wěn)定性性質(zhì)變化的連續(xù)性，可逆性

第十頁，共四十五頁，2022年，8月28日亞穩(wěn)定性

玻璃是由熔融液體過冷得到的，在冷卻過程中粘度急劇提高，質(zhì)點來不及做有規(guī)則的排列而形成晶體，沒有釋放出結晶潛熱(凝固熱)。所以玻璃態(tài)物質(zhì)比相應的結晶態(tài)物質(zhì)具有較大的能量，不是處于能量最低的穩(wěn)定態(tài)，而屬于亞穩(wěn)態(tài)。第十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日性質(zhì)變化的連續(xù)性、可逆性：

玻璃在由熔融態(tài)冷卻或加熱過程中，其物理化學性質(zhì)變化是逐漸、連續(xù)的變化，而且是可逆的。

第十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日2）GF的結構關于GF的結構有兩種學說：無規(guī)則網(wǎng)絡學說：硅氧四面體，鋁氧三面體，硼氧三面體相互連成不規(guī)則的三維結構。網(wǎng)絡間的空隙由Ca、Na、K、Mg等陽離子所填充。微晶學說：玻璃由硅酸塊或二氧化硅的微晶子組成，在微晶子之間由硅酸塊過冷溶液填充。第十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日3）GF的化學組成

玻璃纖維的化學組成主要有SiO2、Be2O3、CaO、Al2O3等。這些物質(zhì)對玻璃纖維的性質(zhì)和生產(chǎn)工藝起決定性作用。以SiO2為主——稱硅酸鹽玻璃以Be2O3為主——稱硼酸鹽玻璃以P2O5為主——稱磷酸鹽玻璃

除主要成分以外，尚須加入其他的氧化物等。各種氧化物在玻璃中的作用是比較復雜的。第十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日6.1.3GF的性能1)物理性能a.外觀：光滑，圓柱形。纖維之間抱合力小，影響了與樹脂的復合效果。但光滑表面對氣體和液體通過的阻力小，所以制作過濾材料較理想。b.密度：2.5左右，主要取決于玻璃的成分。某些特種玻璃，如石英玻璃纖維，高硅氧玻璃纖維等，其密度較低，僅為3；含有大量重金屬氧化物的高模GF，密度可達3。第十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日2)力學性能a.拉伸強度

GF的拉伸強度比玻璃高幾十倍？微裂紋假說：玻璃結構的不均勻性，使玻璃易產(chǎn)生微裂紋，外力作用下，形成應力集中點。玻璃纖維，更多地保留著高溫熔體的結構(結構均一性提高)，微裂紋產(chǎn)生機會減少，且GF截面小，所以表面微裂紋比塊狀玻璃少。第十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日影響玻璃纖維強度的因素：纖維直徑和長度：直徑越小，長度越小，強度越大；化學組成：含堿量越大，強度越??；存放時間：存放時間越長，強度越小(空氣中水分的侵蝕)施加負荷時間：施加負荷時間越長，強度越小

除此之外，玻璃液的缺陷，如雜質(zhì)，氣泡等也顯著影響GF的強度。第十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日b.彈性模量(剛性)

GF的彈性模量小于金屬合金。且其彈性模量與玻璃組成，結構密切相關。

GF的彈性伸長率低，如E玻璃纖維僅3%左右，S玻璃纖維5.4%，這說明GF只存在彈性變形，是完全彈性體，拉伸時，不存在屈服點。第十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日3)耐磨性、耐折性(柔性)GF的耐磨性：指GF抵抗摩擦的能力；GF的耐折性：指纖維抵抗折斷的能力。

GF的耐磨性、耐折性都很差。GF的柔性：一般以彎曲半徑來表征。彎曲半徑越小，說明GF的柔性越好。第十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日4)耐熱性與有機纖維比，GF是有很高的耐熱性，因為GF的軟化點達500-750℃，而尼龍為230-250℃，聚苯乙烯（PS）為88-110℃。且GF在小于500℃下使用，強度不損失。但如果加熱到250℃以上再冷卻(熱處理)，則強度明顯下降。如經(jīng)600-700℃熱處理后，其強度只有原始的20-30%。第二十頁，共四十五頁，2022年，8月28日5）GF的化學性質(zhì)GF與Glass相比，由于具有較大的比表面積，因此受介質(zhì)侵蝕度劇烈。GF對除HF、濃堿、H3PO4以外的化學藥品及有機溶劑具有良好的化學穩(wěn)定性。第二十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日影響GF化學穩(wěn)定性的因素：a.玻璃纖維的化學組成無堿玻纖：耐酸性差，耐水性較好中堿玻纖：耐酸性好，耐水性差b．溫度在100℃以下，溫度每升高10℃，纖維在介質(zhì)侵蝕下的破壞速度增加50～100％。溫度升高到100℃以上時，破壞作用更加劇烈。第二十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日6.1.4GF的生產(chǎn)工藝1)坩堝拉絲陶土坩堝拉絲：比較原始，已于1999年淘汰金鉑坩堝拉絲：坩堝：鉑銠合金代鉑坩堝拉絲：是我國自行研究開發(fā)的一種新工藝。坩堝：鍋身：耐火硅材；漏板：鉑銠合金第二十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日2)池窯拉絲池窯拉絲是生產(chǎn)玻璃纖維的先進工藝，規(guī)模及生產(chǎn)能力遠遠大于坩堝拉絲。我國在1990年才有第一座從國外引進的年產(chǎn)4000噸無堿玻璃纖維池窯拉絲投產(chǎn)，其生產(chǎn)能力不足當年全國產(chǎn)量的百分之五。第二十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日池窯拉絲法的特點：不經(jīng)制球、坩堝再熔工序。工序簡化，原絲質(zhì)量好。玻璃熔量大，產(chǎn)量高(可以實現(xiàn)1600孔，2000孔，更多孔的大漏板拉絲)。第二十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日6.1.5GF的表面處理1）浸潤劑a.浸潤劑的作用潤滑—保護作用粘結—集束作用防止GF表面靜電荷的積累使GF獲得與基體樹脂有良好的相容性及界面化學結合或化學吸附等性能第二十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日b.浸潤劑的分類增強型浸潤劑

增強型浸潤劑的主要成分：偶聯(lián)劑紡織型浸潤劑目的：滿足紡織工序的要求，該浸潤劑能使GF具有良好的拉絲，加捻，合股，整經(jīng)，織造等紡織加工性能。缺點：由于浸潤劑中的成分影響了纖維與基體之間的粘合，因此需通過熱清洗及后處理工藝，將GF表面的浸潤劑除去，再經(jīng)偶聯(lián)劑處理后方可使用。第二十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日2）表面處理劑

又稱為偶聯(lián)劑，架橋劑，是一種能夠改變GF增強CM界面能的化合物。即使其用量很低(在GF上約為0.05-0.2%)，也會改善GF與基體的界面狀態(tài)，可提高CM的強度、耐水性、耐老化性及使用壽命。a.偶聯(lián)劑的分類二種基團：一種可與GF表面結合，另一種可與基體通過物理或化學作用相結合。

第二十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日偶聯(lián)劑主要可分為以下幾大類：硅烷偶聯(lián)劑有機鉻偶聯(lián)劑(沃蘭)鈦酸酯類偶聯(lián)劑其他偶聯(lián)劑第二十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日硅烷偶聯(lián)劑通式可寫為：RnSiX4-n

其中：R為有機功能基團，如-NH2，-SH等

X為易水解基團，水解后(一般為-OH)可與GF作用

n多數(shù)為1第三十頁，共四十五頁，2022年，8月28日偶聯(lián)機理如下：硅烷偶聯(lián)劑水解三醇基硅烷與GF表面的-OH形成氫鍵GF在烘干過程中，硅烷偶聯(lián)劑與GF表面以氫鍵形式結合的-OH，在高溫下發(fā)生醚化反應，脫去1分子水形成醚鍵，以形成的共價鍵結合。第三十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日

第三十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日有機鉻偶聯(lián)劑由不飽和有機酸與三價鉻離子形成的金屬鉻絡合物。最常用的有機鉻偶聯(lián)劑：甲基丙烯酸氯化鉻絡合物(沃蘭)

第三十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日第三十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日鈦酸酯類偶聯(lián)劑如鈦酸正丁酯

第三十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日其他偶聯(lián)劑

鋯類偶聯(lián)劑：含鋁酸鋯的低分子量的無機聚合物。它不僅可以促進不同物質(zhì)之間的粘合，而且可以改善復合材料體系的性能，特別是流變性能。該類偶聯(lián)劑既適用于多種熱固性樹脂，也適用于多種熱塑性樹脂。

鎂類偶聯(lián)劑

錫類偶聯(lián)劑

等第三十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日b.偶聯(lián)劑的作用：偶聯(lián)作用（既能與玻璃纖維相連，又能與樹脂間發(fā)生作用，從而增強界面的粘結）保護作用（保護玻璃纖維的表面，防止水分或其他有害介質(zhì)侵入）改善界面狀態(tài)（減少或消除界面弱點，改善界面狀態(tài)，使應力有效傳遞）改善復合材料的性能（改善玻璃鋼性能，如耐水性、耐化學腐蝕性、力學性能、耐熱性等）第三十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日3）GF纖維的表面處理方法后處理法前處理法遷移法第三十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日后處理法又稱為普通處理法特點：

各道工序都需要專門設備，初投資較大；

GF強度