復(fù)合材料增強(qiáng)材料-玻璃纖維及其制品

1、第三篇復(fù)合材料增強(qiáng)材料,,增強(qiáng)材料：在復(fù)合材料中，能提高基體材料機(jī)械強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能的材料。 增強(qiáng)材料不僅能提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和彈性模量，而且能降低收縮率，提高熱變形溫度，并在熱、電、磁等方面賦予復(fù)合材料新的性能增強(qiáng)材料種類,物理形態(tài)：纖維狀、片狀、顆粒狀增強(qiáng)材料等,玻璃纖維、碳纖維與石墨纖維、硼纖維、芳綸纖維等,,7 玻璃纖維及其制品,本節(jié)主要內(nèi)容,7.1 概述7.1.1 玻璃纖維的發(fā)展?fàn)顩r7.1.2 玻璃纖

2、維的分類7.2 玻璃纖維的結(jié)構(gòu)與組成7.2.1 玻璃纖維的物態(tài)7.2.2 玻璃纖維的結(jié)構(gòu)7.2.3 玻璃纖維的化學(xué)組成7.3 玻璃纖維的性能7.3.1 玻璃纖維的物理性能7.3.2 玻璃纖維的物理性能7.4 玻璃纖維及其制品7.4.1 玻璃纖維及其制品的生產(chǎn)工藝7.4.2 玻璃纖維紗的規(guī)格及性能,,,,玻璃是一種以脆聞名的物質(zhì)。有趣的是，玻璃一旦經(jīng)加熱，被拉制成比頭發(fā)還要細(xì)得多的玻璃纖維之后，它就變得像

3、合成纖維那樣柔軟，而堅(jiān)韌的程度甚至超過(guò)了同樣粗細(xì)的不銹鋼絲！,玻璃纖維有啥用處呢？,,玻璃繩 玻璃布 絕緣材料 玻璃纖維復(fù)合材料 玻璃棉 纖維內(nèi)窺鏡 光導(dǎo)纖維,,用于內(nèi)窺鏡的照明、冷光傳導(dǎo)單絲直徑35微米,通光口徑1---30 mm,保護(hù)層為不銹鋼金屬軟管+硅膠管透光率高，柔軟性好,,纖維光纜的結(jié)構(gòu)和單個(gè)的纖維。注意光纜的橫切面至少30％被低折射指數(shù)的金屬包層和非傳導(dǎo)性填充材料所占據(jù)。,,,,,,,工業(yè)內(nèi)窺鏡,,,,,,

4、,,,玻璃纖維是復(fù)合材料中使用量最大的一種增強(qiáng)材料。,7.1.1 玻璃纖維的發(fā)展?fàn)顩r,國(guó)外玻璃纖維特點(diǎn)：,1. 技術(shù)上先進(jìn)，普遍采用池窯拉絲技術(shù)，發(fā)展多排多孔拉絲工藝 2. 直徑越來(lái)越粗，纖維直徑為14~24μm，甚至達(dá)到27μm 3. 大量生產(chǎn)無(wú)堿玻纖，無(wú)紡織玻璃纖維織物,4. 無(wú)捻粗紗的短切纖維氈片所占比例增加，偶聯(lián)劑的品種不斷增加5. 重視纖維－樹脂界面的研究，玻璃纖維的前處理受到普遍重視,國(guó)內(nèi)玻璃纖維特點(diǎn)：,較國(guó)外起步較晚

5、，中堿玻璃纖維仍然占大多數(shù)，正向粗纖維方向發(fā)展，池窯拉絲工藝正在推廣，新型偶聯(lián)劑不斷出現(xiàn)，改善了纖維－樹脂界面，重視纖維-樹脂界面的研究。,7.1.2 玻璃纖維的分類,玻璃纖維的分類方法很多，一般可從玻璃原料成分、單絲直徑、纖維外觀及纖維特性等方面進(jìn)行分類。,(1) 以玻璃原料成分分類,這種分類方法主要用于連續(xù)玻璃纖維的分類。 一般以不同的含堿量來(lái)區(qū)分：,無(wú)堿玻璃纖維(通稱E玻璃)： 國(guó)內(nèi)目前規(guī)定堿金屬氧化物含量不大于0.5％

6、，國(guó)外一般為1％左右；,中堿玻璃纖維：堿金屬氧化物含量為11.5％－12.5％；,特種玻璃纖維：如由純鎂鋁硅三元組成的高強(qiáng)玻璃纖維；鎂鋁硅系高強(qiáng)、高彈玻璃纖維；硅鋁鈣鎂系耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕玻璃纖維；含鉛纖維；高硅氧纖維；石英纖維等。,(2) 以單絲直徑分類,玻璃纖維單絲呈圓柱形，以其直徑的不同可以分成幾種：,粗纖維： 30μm；初級(jí)纖維：20μm中級(jí)纖維：10μm～20μm；高級(jí)纖維：3μm～10μm(亦稱紡織纖維)；超細(xì)纖維：?jiǎn)?/p>

7、絲直徑小于4μm。,單絲直徑的不同，不僅纖維的性能有差異，而且影響到纖維的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)量和成本。一般5μm－10μm纖維作為紡織制品用；10μm－14μm的纖維一般做無(wú)捻粗紗、無(wú)紡布、短切纖維氈等較為適宜。,(3) 以纖維外觀分類,有連續(xù)纖維，其中有無(wú)捻粗紗及有捻粗紗(用于紡織)；短切纖維；空心玻璃纖維；玻璃粉及磨細(xì)纖維等。,(4) 以纖維特性分類,以纖維本身具有的性能可分為：高強(qiáng)玻璃纖維；高模量玻璃纖維；耐高溫玻璃纖維；耐堿玻璃纖

8、維；耐酸玻璃纖維；普通玻璃纖維(指無(wú)堿及中堿玻璃纖維)。,,無(wú)捻粗紗,短切纖維,玻璃粉,,7.2 玻璃纖維的結(jié)構(gòu)與組成,7.2.1 玻璃纖維的物態(tài),玻璃纖維是纖維狀的玻璃。玻璃是無(wú)色透明具有光澤的脆性固體。定義：由熔融態(tài)過(guò)冷時(shí)因粘度增加而具有固體物理機(jī)械性能的無(wú)定形物體，各向同性的均質(zhì)材料。特點(diǎn)：沒(méi)有固定的熔點(diǎn),7.2.2 玻璃纖維的結(jié)構(gòu),微晶結(jié)構(gòu)假說(shuō)：,玻璃是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(guò)冷溶

9、液所填充。,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)假說(shuō),玻璃是由二氧化硅的四面體、鋁氧三面體或硼氧三面體相互連成不規(guī)則三維網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)間的空隙由Na、K、Ca、Mg等陽(yáng)離子所填充。二氧化硅四面體的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是決定玻璃性能的基礎(chǔ)，填充的Na、Ca等陽(yáng)離子稱為網(wǎng)絡(luò)改性物。,玻璃纖維結(jié)構(gòu)示意圖,7.2.3 玻璃纖維的化學(xué)組成,玻璃纖維的化學(xué)組成主要是二氧化硅(SiO2)、三氧化二硼(B2O3)、氧化鈣(CaO)、三氧化二鋁(Al2O3)等,以二氧化硅為主的稱為硅酸鹽玻璃；

10、以三氧化二硼為主的稱為硼酸鹽玻璃。氧化鈉、氧化鉀等堿性氧化物為助熔氧化物，它可以降低玻璃的熔化溫度和粘度，使玻璃溶液中的氣泡容易排除，它主要通過(guò)破壞玻璃骨架，使結(jié)構(gòu)疏松，從而達(dá)到助溶的目的。氧化鈉和氧化鉀的含量越高，玻璃纖維的強(qiáng)度、電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性會(huì)相應(yīng)的降低,加入氧化鈣、三氧化二鋁能在一定條件下構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)的一部分，改善玻璃的某些性質(zhì)和工藝性。 玻璃纖維化學(xué)成分的制定一方面要滿足玻璃纖維物理和化學(xué)性能的要求，

11、具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性；另一方面要滿足制造工藝的要求，如合適的成型溫度、硬化速度及粘度范圍。,E—無(wú)堿玻璃纖維；C—耐酸；S—高強(qiáng)；G-20抗堿；A—普通有堿,7.3 玻璃纖維的性能,7.3.1 玻璃纖維的物理性能,1. 外觀和密度,玻璃纖維呈表面光滑的圓柱體，表面光滑，纖維之間的抱合力非常小，不利于和樹脂粘結(jié)。玻璃纖維彼此相靠近時(shí)，空隙填充得較為密實(shí)，有利于提高玻璃鋼制品的玻璃含量。,玻璃鋼使用的玻璃纖維直徑5μm~20μm，其密

12、度較有機(jī)纖維大很多，但比一般金屬密度要低。,2. 力學(xué)性能(1) 拉伸強(qiáng)度玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度比同成分的塊狀玻璃高幾十倍例：塊狀有堿玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度：40MPa~100MPa 玻璃纖維強(qiáng)度：2000MPa,幾種纖維材料和金屬材料的強(qiáng)度,微裂紋假說(shuō)：,玻璃的理論強(qiáng)度很高，可達(dá)2000 ~12000 MPa，但實(shí)測(cè)強(qiáng)度很低：在玻璃或玻璃纖維中存在著數(shù)量不等、尺寸不同的微裂紋，大大降低了強(qiáng)度。微裂紋分布在玻璃或玻璃纖

13、維的整個(gè)體積內(nèi)，但以表面的微裂紋危害最大。由于微裂紋的存在，使玻璃在外力作用下受力不均，微裂紋處產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而使強(qiáng)度下降。 玻璃纖維高溫成型時(shí)減少了玻璃溶液的不均一性，使微裂紋產(chǎn)生的機(jī)會(huì)減少；玻璃纖維的斷面較小，使微裂紋存在的幾率也減少，從而使玻璃纖維強(qiáng)度增高。,分子取向假說(shuō)：,在玻璃纖維成型過(guò)程中，由于拉絲機(jī)的牽引作用，使玻璃纖維分子產(chǎn)生定向排列，從而提高了玻璃纖維強(qiáng)度。,影響玻璃纖維強(qiáng)度的因素：,① 纖維直徑和

14、長(zhǎng)度對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響直徑越細(xì)，拉伸強(qiáng)度越高隨著纖維長(zhǎng)度的增加，拉伸強(qiáng)度顯著下降,② 化學(xué)組成對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響含堿量越高，強(qiáng)度越低。無(wú)堿玻璃纖維比有堿玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度高20%。,無(wú)堿玻璃纖維成型溫度高、硬化速度快、結(jié)構(gòu)鍵能大 氧化鈉、氧化鉀等堿性氧化物為助熔氧化物，它主要通過(guò)破壞玻璃骨架，使結(jié)構(gòu)疏松，從而達(dá)到助溶的目的。 氧化鈉和氧化鉀的含量越高，玻璃纖維的強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)的降低,③ 存放時(shí)間對(duì)強(qiáng)度的影響玻璃

15、纖維存放一段時(shí)間后其強(qiáng)度會(huì)降低—纖維的老化。原因：空氣中的水分和氧氣對(duì)纖維侵蝕,④ 施加負(fù)荷時(shí)間對(duì)強(qiáng)度的影響玻璃纖維強(qiáng)度隨著施加負(fù)荷時(shí)間的增長(zhǎng)而降低環(huán)境濕度較高時(shí)，尤其明顯原因：吸附在微裂紋中的水分，在外力作用下，使微裂紋擴(kuò)展速度加速。,(2)玻璃纖維的彈性玻璃纖維的延伸率：纖維在外力作用下直至拉斷時(shí)的伸長(zhǎng)百分率玻璃纖維的彈性模量：在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系的比例常數(shù)影響玻璃纖維的彈性模量的主要因素：化學(xué)組成加入BeO、

16、MgO能提高玻璃纖維的彈性模量,(3)玻璃纖維的耐磨性和耐折性玻璃纖維的耐磨性和耐折性能很差，尤其在潮濕環(huán)境下玻璃纖維表面吸附水分后能加速微裂紋的擴(kuò)展改進(jìn)玻璃纖維的柔性措施：表面處理0.2%陽(yáng)離子活性劑水溶液處理,3. 玻璃纖維的熱性能(1) 玻璃纖維的導(dǎo)熱性玻璃導(dǎo)熱系數(shù)：0.7W/(m·K)~1.3W/(m·K)玻璃纖維導(dǎo)熱系數(shù)：0.034W/(m·K)原因：纖維間的空隙較大，容積密度較小

17、，空氣導(dǎo)熱系數(shù)低,(2) 玻璃纖維的耐熱性玻璃纖維的耐熱性較高，軟化點(diǎn)為550℃~580℃，熱膨脹系數(shù)為4.8×10-6 ℃；200℃ ~250℃以下，玻璃纖維強(qiáng)度不變,7.3.2 玻璃纖維的化學(xué)性能,化學(xué)成分對(duì)玻璃纖維化學(xué)穩(wěn)定性的影響： 玻璃纖維除氫氟酸(HF)、濃堿(NaOH)、濃磷酸外，對(duì)所有化學(xué)藥品和有機(jī)溶劑有很好的化學(xué)穩(wěn)定性。,無(wú)堿與中堿玻璃纖維性能對(duì)比,中堿玻璃纖維耐酸性好,酸與玻璃纖維表面的金

18、屬氧化物作用，金屬氧化物(Na2O、K2O)離析、溶解；酸與玻璃纖維中硅酸鹽作用生成硅酸，硅酸迅速聚合并凝成膠體，在玻璃表面形成一層極薄的氧化硅保護(hù)膜，實(shí)踐證明Na2O、K2O有利于這層保護(hù)膜的形成。,無(wú)堿玻璃纖維耐水性好,水與玻璃纖維作用，首先是侵蝕玻璃纖維表面的堿金屬氧化物，水呈現(xiàn)堿性，隨著時(shí)間增加，玻璃纖維與堿液繼續(xù)作用，直至使二氧化硅骨架破壞。,玻璃纖維的化學(xué)穩(wěn)定性主要取決于其成分中的二氧化硅及堿金屬氧化物的含量。二氧化硅含量多

19、能提高玻璃纖維的化學(xué)穩(wěn)定性；堿金屬氧化物會(huì)使化學(xué)穩(wěn)定性降低。,7.4 玻璃纖維及其制品,7.4.1.1 玻璃纖維的生產(chǎn)工藝,坩堝法拉絲、池窯漏板法拉絲,(1) 坩堝法拉絲工藝,生產(chǎn)工藝由制球和拉絲兩部分組成整個(gè)拉絲過(guò)程中加球和拉絲溫度控制是由自動(dòng)控制裝置來(lái)完成的,7.4.1 玻璃纖維及其制品的生產(chǎn)工藝,1—加料孔；2—鉑針；3—坩堝； 4—電極板；5—玻璃液；6—漏板；7—玻璃纖維單絲；8—集束輪；9—玻璃纖維原紗；10—拉絲

20、卷筒,(2) 池窯漏板法拉絲工藝,池窯拉絲是連續(xù)玻璃纖維生產(chǎn)的一種新的工藝方法。池窯拉絲是將玻璃配合料投入熔窯熔化后直接拉制成各種支數(shù)的連續(xù)玻璃纖維。,池窯拉絲與坩堝拉絲相比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)：,1. 省去制球工藝，簡(jiǎn)化工藝流程，效率高；2. 池窯拉絲一窯可安裝10塊到上百塊漏板，熔量大，生產(chǎn)能力高；3. 易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；4. 適于多孔大漏板生產(chǎn)玻璃鋼適用的粗纖維；5. 生產(chǎn)的廢紗便于回爐。,池窯拉絲是國(guó)際上普遍采用的玻璃纖維生產(chǎn)新

21、工藝，該技術(shù)特點(diǎn)是，采用重油或燃?xì)饧訜釂卧G，粉料直接熔化成玻璃，經(jīng)燃?xì)饧訜岬某尚屯?，由多臺(tái)（數(shù)十到上百臺(tái)）漏板同時(shí)拉制各種規(guī)格的玻璃纖維原絲。具有生產(chǎn)規(guī)模大、效率高、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)800至4000孔大漏板拉絲成型的要求，是生產(chǎn)高質(zhì)量、低成本玻璃纖維材料的最佳方法。,7.4.1.2 玻璃纖維制品的生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)玻璃纖維制品的主要設(shè)備是紡紗機(jī)和織布機(jī),1—電熔池窯爐；2—漏板；3—加浸潤(rùn)劑；4—機(jī)械裝置；5—噴射粘接

22、劑；6—金屬網(wǎng)帶；7—固化裝置；8—卷筒,連續(xù)玻璃纖維氈生產(chǎn)示意圖,7.4.2 玻璃纖維紗的規(guī)格及性能,玻璃纖維紗可分無(wú)捻紗及有捻紗兩種。 無(wú)捻紗一般用增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑，由原紗直接并股、絡(luò)紗制成 有捻紗則多用紡織型浸潤(rùn)劑，原紗經(jīng)過(guò)退繞、加捻、并股、絡(luò)紗而制成。,由于生產(chǎn)玻璃纖維紗的纖維直徑、支數(shù)及股數(shù)不同，使無(wú)捻紗和有捻紗的規(guī)格有許多種。,纖維支數(shù)有兩種表示方法：,(1) 定質(zhì)量法,用質(zhì)量為1g的原紗的長(zhǎng)度來(lái)表示，即：,,

23、例如：40支紗，就是指質(zhì)量為1g的原紗長(zhǎng)40m。,(2) 定長(zhǎng)法,目前國(guó)際上統(tǒng)一使用的方法，通稱“TEX”(公制號(hào)數(shù))。,1000m長(zhǎng)的原紗的克質(zhì)量。,例如：4“TEX”就是指1000m原紗質(zhì)量為4g。,捻度,單位長(zhǎng)度內(nèi)纖維與纖維之間所加的轉(zhuǎn)數(shù)，以捻／m為單位,Z捻(左捻)，順時(shí)針?lè)较蚣幽?；S捻(右捻)，逆時(shí)針?lè)较蚣幽怼?通過(guò)加捻可提高纖維的抱合力，改善單纖維的受力狀況，有利于紡織工序的進(jìn)行。捻度過(guò)大不易被樹脂浸透。,無(wú)捻粗紗中的纖維

24、是平行排列的，拉伸強(qiáng)度很高，易被樹脂浸透，故無(wú)捻粗紗多用于纏繞高壓容器及管道等，同時(shí)也用于拉擠成型、噴射成型等工藝中。,作業(yè) 1. 為什么玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度比同成分的塊狀玻璃高？ 2. 影響玻璃纖維強(qiáng)度的因素有哪些？如何影響？解釋原因。,玻璃纖維及玻璃纖維制品,1、無(wú)捻粗紗,無(wú)捻粗紗是由平行原絲或平行單絲集束而成。無(wú)捻粗紗是加工方格布、網(wǎng)格布的基本原料，是玻璃鋼基材最基本的原材料。,噴射用無(wú)捻粗紗，纏繞型無(wú)捻粗紗，拉擠用無(wú)捻粗紗及織

25、造用無(wú)捻粗紗等，用途十分廣泛。,種類,2、無(wú)堿布,無(wú)堿布是用無(wú)堿玻纖紗織造而成，具有優(yōu)異的電氣絕緣性、力學(xué)性能、耐熱性及抗吸濕性。主要用于生產(chǎn)各種電絕緣層壓板、印刷線路板、各種車輛車體、貯罐、船艇、模具等 無(wú)堿布還適合用作玻璃漆布，玻璃布層壓制品與覆銅箔層壓的基材，以及玻璃云母制品等的補(bǔ)強(qiáng)材料。,3、短切玻璃纖維,短切玻璃纖維，適應(yīng)于各種不同的用途。采用適當(dāng)?shù)慕?rùn)劑和集束數(shù)，切成不同長(zhǎng)度的玻璃纖維，在熱固性，熱塑性樹脂增強(qiáng)材料

26、中獲得廣泛的應(yīng)用。,4、無(wú)捻方格布,以無(wú)捻粗紗織成的方格布，廣泛應(yīng)用于手糊玻璃鋼(FRP)產(chǎn)品領(lǐng)域。,5、玻璃纖維耐堿網(wǎng)布,玻璃纖維耐堿網(wǎng)布是以中堿或無(wú)堿玻璃纖維織物為基礎(chǔ)，經(jīng)耐堿涂層處理而成。該產(chǎn)品強(qiáng)度高、粘結(jié)性好、服帖性、定位性極佳，廣泛應(yīng)用于墻體增強(qiáng)，外墻保溫，屋面防水等方面，還可應(yīng)用于水泥、塑料、瀝青、大理石、馬賽克等墻體材料的增強(qiáng)，是建筑行業(yè)理想的工程材料。,6、膨體紗與膨體布,膨體紗由玻璃纖維紗經(jīng)過(guò)高壓空氣裝置，特殊膨化而成

27、，該產(chǎn)品兼有連續(xù)長(zhǎng)纖維的高強(qiáng)度，又有短切纖維的蓬松性，具有耐高溫、耐腐蝕、高過(guò)濾效果、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于過(guò)濾布、裝飾布、絕緣織物等，是石棉制品理想的替代材料，在環(huán)保工業(yè)方面應(yīng)用廣泛。,膨體布是由膨體紗制造而成，具有透氣性好，容塵量大、過(guò)濾效率高等特點(diǎn)。主要用于鋼鐵、水泥、發(fā)電等行業(yè)的高溫袋過(guò)濾器；包裝材料；裝飾材料等。,7、拉擠紗,具有良好的耐磨性、柔軟成性好、纖維光滑毛紗少、與苯乙烯有極好的相溶性，浸透速度非?？?。通過(guò)拉擠成型

28、與聚酯或環(huán)氧樹脂結(jié)合成高強(qiáng)度的玻璃鋼制品。,8、纏繞紗,具有較好的成帶性、柔軟、纖維光滑、與苯乙烯有很好的相溶性、浸透速度快。制成的玻璃鋼耐水性好。通過(guò)管道纏繞成型與聚酯或環(huán)氧樹脂結(jié)合成高強(qiáng)度的玻璃鋼制品。,9、噴射紗,具有較好的短切性能、無(wú)靜電、與苯乙烯有良好的相溶性、浸透速度較快。通過(guò)連續(xù)噴射法與聚酯或環(huán)氧樹脂結(jié)合成高強(qiáng)度的玻璃鋼制品。,10、玻璃纖維套管,玻璃纖維套管是由無(wú)堿紗編織而成，用于電視、儀表、無(wú)線電、電視機(jī)、電扇及其他家

29、用電器上。應(yīng)用玻璃纖維套管的電線和電纜能提供良好的性能和可靠的絕緣。,11、短切氈,把玻璃纖維短切成約50mm長(zhǎng)，然后均勻沉降在成型帶上，并敷上特種粘結(jié)劑形成短切氈，它具有各向同性與樹脂結(jié)合良好的親和性，脫泡性、易成型等特點(diǎn)，廣泛使用于手糊玻璃鋼(FRP)及玻纖層壓板材上。,12、連續(xù)原絲氈,連續(xù)原絲氈是新型玻纖無(wú)紡增強(qiáng)材料，廣泛用于高質(zhì)量玻璃鋼的模壓和拉擠成型工藝。該技術(shù)以玻璃纖維原絲為原料，經(jīng)機(jī)械鋪疊制成高強(qiáng)度無(wú)紡氈，產(chǎn)品規(guī)格為22

30、5～900克/平方米,13、玻璃纖維方格布,玻璃纖維方格布具有高強(qiáng)、耐腐、絕緣等特點(diǎn)。是制造玻璃鋼制品基布。廣泛應(yīng)用于儀表、無(wú)線電貯槽建筑構(gòu)件、制造游艇、汽車車體、透明玻璃鋼及手糊玻璃鋼工藝上。,14、無(wú)堿纖維帶,無(wú)堿玻璃纖維帶是電機(jī)及電器的良好的包扎絕緣材料，也是玻璃鋼(FRP)用基材。,7.5 玻璃纖維的表面處理,單絲處理(浸潤(rùn)劑)纖維織物的表面處理(中間粘合劑)7.5.1 浸潤(rùn)劑 在拉絲工藝中，當(dāng)玻璃液從漏板拉出單

31、絲以后，要經(jīng)過(guò)浸潤(rùn)槽把浸潤(rùn)劑涂敷在玻璃纖維表面上。浸潤(rùn)劑可分為紡織型浸潤(rùn)劑和增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑。,1. 浸潤(rùn)劑的作用 玻璃纖維突出的弱點(diǎn)：較脆而且不耐磨，纖維之間的摩擦系數(shù)大。在拉絲和紡織過(guò)程中，纖維就難免出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，而且剛拉出的纖維容易受到空氣中水蒸汽的侵蝕，使其強(qiáng)度下降。浸潤(rùn)劑的作用：使多根單絲集中成股，增加原紗的耐磨性和提高拉伸強(qiáng)度；保護(hù)纖維免受大氣和水分的侵蝕作用。,2. 浸潤(rùn)劑的種類,(1) 紡織型浸潤(rùn)劑

32、 主要是滿足紡織工序的要求。 使用該類浸潤(rùn)劑的玻璃纖維和織物作為玻璃鋼的增強(qiáng)材科時(shí)，事先必須對(duì)纖維和織物進(jìn)行表面處理。因?yàn)榻?rùn)劑中含石蠟和油劑，影響與樹脂的粘結(jié)。,紡織型浸潤(rùn)劑,,淀粉浸潤(rùn)劑,石蠟乳劑,淀粉為主要的成膜劑優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用低、成膜性好、易除掉,主要成分：石蠟、凡士林、硬脂酸、變壓器油等優(yōu)點(diǎn)：潤(rùn)滑性、集束 性好,(2)增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑 由中間粘合劑、潤(rùn)滑劑、乳化劑等組分，配成拉絲用

33、的浸潤(rùn)劑，在拉絲過(guò)程中直接被覆于玻璃纖維表面。增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑在一定程度上能滿足拉絲工藝要求，而且對(duì)纖維與樹脂粘結(jié)影響不大。因此，在玻璃鋼成型時(shí)不必除去，可直接使用。在選用玻璃纖維及其織物時(shí)。必須根據(jù)樹脂類型考慮采用何種浸潤(rùn)劑。,7.5.2 玻璃纖維表面處理劑,1. 表面處理的意義 表面處理：在玻璃纖維表面被覆一種叫做表面處理劑的特殊物質(zhì)，使玻璃纖維與合成樹脂牢固地粘結(jié)在一起，以達(dá)到提高玻璃鋼性能的目的。表面處理劑處于玻璃

34、纖維與合成樹脂之間而使這兩種性質(zhì)不同的材料牢固地連接在一起。 事實(shí)證明，玻璃纖維及織物經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗?，不僅改進(jìn)了玻璃纖維的耐磨、防水、電磁絕緣等性能，而且對(duì)玻璃鋼的強(qiáng)度，特別是濕態(tài)下的強(qiáng)度提高有顯著的效果。,無(wú)論是自然老化還是人工加速老化試驗(yàn)，玻璃纖維未經(jīng)處理劑處理而制作的玻璃鋼，因老化而強(qiáng)度下降嚴(yán)重；經(jīng)處理的強(qiáng)度下降緩慢，且有更高的強(qiáng)度保留值。,處理劑對(duì)聚酯玻璃鋼人工氣候老化強(qiáng)度的影響1—沃蘭處理；2-A-151

35、處理；3—A-172處理；4—未處理,處理劑對(duì)聚酯玻璃鋼自然曝曬后強(qiáng)度的影響1—沃蘭處理；2-A-151處理；3—A-172處理；4—未處理,處理劑對(duì)玻璃鋼海水浸泡后強(qiáng)度也有明顯的影響。玻璃鋼經(jīng)處理的比末處理的原始強(qiáng)度只提高0.5倍左右，而經(jīng)海水浸泡1年后強(qiáng)度保留率卻高1倍以上。其中以沃蘭處理的效果更好，在經(jīng)1-3年的浸泡后，競(jìng)比未處理的高近2倍或更多。,處理劑對(duì)聚酯玻璃鋼海水浸泡后強(qiáng)度的影響1—沃蘭處理；2-A-151處理；3—A

36、-172處理；4—未處理,處理劑對(duì)玻璃鋼的耐化學(xué)腐蝕性能的影響也很大。如將玻璃鋼試樣浸在酸堿液中，通過(guò)觀察表面樹脂脫落布紋顯露的情況證明，未經(jīng)處理的樹脂脫落嚴(yán)重，凡經(jīng)過(guò)處理的效果均好，特別是經(jīng)KH—550前處理的效果更為明顯。 表面處理劑不但能改善玻璃纖維及織物的性能，而且在玻璃鋼中還有它的獨(dú)特作用。它既能與玻璃相連，又能與樹脂作用；既保護(hù)了玻璃纖維表面，又大大地增強(qiáng)了玻璃與樹脂界面的粘結(jié)，防止水分或其他有害介質(zhì)的侵入，減少或消除界面

37、的弱點(diǎn)，改善了界面狀態(tài)，有效地傳遞了應(yīng)力，使玻璃鋼這種復(fù)合材料的多種材料間能形成一個(gè)牢固的整體。同時(shí)，使用表面化學(xué)處理劑的玻璃鋼比未使用處理劑的，其長(zhǎng)期耐候性、耐水性、耐化學(xué)腐蝕性能均有大幅度改善；機(jī)械強(qiáng)度有成倍的提高；耐熱性和電性能也有很大改善。,2. 界面理論,解釋玻璃/樹脂界面的理論：偶聯(lián)理論、化學(xué)處理膜理論、物理吸附理論等，各種理論均存在一些不盡完善之處。 偶聯(lián)理論 偶聯(lián)劑是一種高分子化合物，這種化合物

38、一般都含有兩部分性質(zhì)不同的基團(tuán)。一種官能團(tuán)能很好與玻璃纖維表面結(jié)合；另一種官能團(tuán)能很好與合成樹脂結(jié)合(產(chǎn)生共聚)。通過(guò)表面處理劑把兩種性能截然不同的物質(zhì)聯(lián)合起來(lái)，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。因此，把表面處理劑叫“架橋劑”，也叫“偶聯(lián)劑”。這種中間連接作用叫架橋作用或偶聯(lián)作用。,3. 玻璃纖維表面處理劑的種類,有機(jī)鉻、有機(jī)硅和鈦酸酯有機(jī)鉻處理劑中最有名的屬“沃蘭(Vo1an)”，它的化學(xué)名稱叫做甲基丙烯酸氯化鉻絡(luò)合物物。有機(jī)硅處理劑：結(jié)構(gòu)通

39、式為RnSiX4-n。。 R是有機(jī)基團(tuán)，含有能與合成樹脂作用形成化學(xué)鍵的活性基團(tuán)。如；不飽和雙鍵 、環(huán)氧基團(tuán)、氨基-NH2、巰基-SH等。X是易于水解的基團(tuán)，水解后能與玻璃作用。n 為1、2或3，絕大多數(shù)為1,常用玻璃纖維表面處理劑,7.5.3 玻璃纖維表面處理方法,后處理法、前處理法和遷移法。1. 后處理法 凡是使用紡織型浸潤(rùn)劑，制得的玻璃纖維及織物，在用于制作玻璃鋼之前原則上都采用此法進(jìn)行表面處理。

40、 分兩步進(jìn)行：首先除去玻璃纖維表面的紡織型浸潤(rùn)劑，然后經(jīng)處理劑溶液浸漬、水洗、烘干等工藝，使玻璃纖維表面被覆上一層處理劑。 特點(diǎn)：處理的各道工序都需要專門的設(shè)備，初投資較大，玻璃纖維強(qiáng)度損失大．但處理效果好，比較穩(wěn)定．是目前國(guó)內(nèi)外最常使用的處理方法。,2. 前處理法 適當(dāng)改變浸潤(rùn)劑的配方，使之既能滿足拉絲、退并、紡織各道工序的要求，又不妨礙樹脂對(duì)玻璃纖維的浸潤(rùn)和粘結(jié)。將化學(xué)處理劑加入到浸潤(rùn)劑中

41、。 與后處理法比較優(yōu)點(diǎn)：省去了復(fù)雜的處理工藝及設(shè)備，使用簡(jiǎn)便；避免了因熱處理造成的玻璃纖維強(qiáng)度損失。 缺點(diǎn)：這種浸潤(rùn)劑一方面要滿足拉絲、紡織工序的要求，同時(shí)又要滿足與樹脂浸漬、粘結(jié)等要求，是一個(gè)比較復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，目前尚需進(jìn)一步研究。,3. 遷移法 遷移法是將化學(xué)處理劑直接加入到樹脂膠液中進(jìn)行整體滲合，在浸膠的同時(shí)將處理劑施于玻璃纖維上，借處理劑從樹脂膠液至纖維表面的“遷移”作用而與纖維

42、表面發(fā)生作用，從而在樹脂固化過(guò)程中產(chǎn)生偶聯(lián)作用。,7.6 特種玻璃纖維,7.6.1 高強(qiáng)度玻璃纖維 鎂鋁硅酸鹽玻璃和硼硅酸鹽玻璃兩個(gè)系統(tǒng)。 鎂鋁硅酸鹽玻璃的主要成分為(質(zhì)量％)：SiO2：65％，Al2O3：25％，MgO10％。拉絲成型溫度需要1500度以上．拉絲工藝特殊，成本也比較高。 實(shí)際生產(chǎn)的高強(qiáng)度玻璃纖維(稱為S玻璃纖維)．是對(duì)上述成分略加調(diào)整(引入了6.5％一10％的N

43、a2O和2.5％的Sb2O3)，以降低玻璃的熔制和拉絲成型溫度．并加入了3％~6％的CaO，以提高其彈性橫量。,硼硅酸鹽高強(qiáng)玻璃纖維的主要成分為(質(zhì)量％)：SiO2 40%~50%，Al2O319%~29%，B2O l0％~20％，Li2O 0.1%~1％。 硼硅酸鹽系統(tǒng)玻璃纖維的強(qiáng)度比E玻璃纖維雖只提高36％，但拉絲溫度降低，用一般鉑金坩堝即可拉絲。,7.6.2 高模量玻璃纖維,氧化鈹具有大幅度提高玻璃纖維彈性橫量的效能。高

44、彈玻璃纖維分為含鈹與不含鈹?shù)膬煞N。含鈹?shù)母邚棽ＡЮw維，如美國(guó)的YM—3A玻璃(M玻璃),氧化鈹有劇毒 在低鋁的鈣鎂硅酸鹽系統(tǒng)中加入鉻、釷、鉭、鈮等氧化物，也可以提高玻璃的彈性模量。其纖維的彈性模量高達(dá)12×104MPa，但拉絲成型較困難。,7.6.3 高硅氧纖維和石英纖維 高硅氧纖維的生產(chǎn)：將高鈣的硼硅酸鹽玻璃纖維用酸處理，溶析出可溶性成分，從而制得含SiO2高達(dá)90％~99％的纖維。也可用含堿纖維

45、的化學(xué)提純法制得。 這種纖維能耐1700 ℃以上高溫，但纖維強(qiáng)度低，只為無(wú)堿玻璃纖維的20％~50％。 石英纖維的生產(chǎn)：直接用高純度的石英棒喂送到高溫區(qū)熔化拉絲。一般在2000~2100℃下拉制．SiO2含量可達(dá)99％以上，可耐1700 ℃以上的高溫，強(qiáng)度也比較高，彈性模量與無(wú)堿纖維相當(dāng)，但纖維較脆，易磨損。石英纖維的直徑視拉絲工藝不同而異，一般在10~100μm之間。,7.6.4 空心玻璃纖維 采用