玻璃纖維的物理性能與加工工藝

1、.玻璃纖維的物理性能和加工工藝一物理性能1. 外觀特點一般天然或人造的有機纖維，其表面都有較深的皺紋。而玻璃纖維表面呈光滑的圓柱體，其橫斷面幾乎都是完整的圓形，宏觀來看，表面光滑，所以纖維之間的抱合力非常小，不利于和樹脂粘結(jié)。由于呈圓柱體，所以玻璃纖維彼此靠近時，空隙填充的較密實。這對提高玻璃鋼制品的玻璃含量是有利的。2.密度玻璃纖維的密度較其它有機纖維為大，但比一般金屬密度要低，幾乎和鋁一祥。因此在航空工業(yè)上用玻璃鋼代替鋁鈦合金就成為可能。玻璃纖維的密度與成分有密切的關(guān)系，一般為2.5-2.7g/cm3左右，但含有大量重金屬的高彈玻璃纖維密布度可達2.9g/cm3，一般來說無堿纖維的密度比有

2、堿纖維密度要大，見下表。名稱羊毛蠶絲棉花人造絲尼龍?zhí)祭w維玻璃纖維（有堿）玻璃纖維（無堿）密度g/cm21.281.331.31.451.501.601.501.601.141.42.62.72.42.63.抗拉強度玻璃纖維的抗拉強度比同成分的玻璃高幾十倍，例如有堿玻璃的抗拉強度只有 40-100MPa，而用它拉制的玻璃纖維強度可達2000MPa，其強度提高了20-50倍，從下表可以看出，玻璃纖維的拉伸強度比高強合金鋼還要高。高強合金鋼鋁合金玻璃玻璃纖維直徑 m58拉伸強度MPa16004046040120100030004. 耐磨性和耐折性玻璃纖維的耐磨性是指纖維抗摩擦的能力；玻璃纖維的耐折性

3、是指纖維抵抗折斷的能力。玻璃纖維這兩個性能都很差。當(dāng)纖維表面吸附水分后能加速微裂紋擴展，使纖維耐磨性和耐折性降低。為了提高玻璃纖維的柔性以滿足紡織工藝的要求，可以采用適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?。如?jīng)0.2%陽離子活性劑水溶液處理后，玻璃纖維的耐磨性比未處理的高200倍，纖維的柔性一般以斷裂前彎曲半徑的大小表示。彎曲半徑越小，柔性越好。如玻璃纖維直徑為9m時，其彎曲半徑為0.094mm，而超細纖維直徑為3.6m時，其彎曲半徑為0.038mm。5. 彈性玻璃纖維的延伸率纖維的延伸率是指纖維在外力作用下，直至拉斷時的伸長百分率。玻璃纖維的延伸率比其它有機纖維的延伸率低，其伸長的程度與所施加的力成正比，直到纖維斷

4、裂為止，不存在屈服點。負荷去掉后可以恢復(fù)原來長度，因此玻璃纖維是完全的彈性體。6. 電性能由于玻璃纖維的介電性好，耐熱性良好，吸濕性小，并且不燃燒，所以無堿玻璃纖維制品在電氣、電機工業(yè)中得到了廣泛而有效的應(yīng)用。7.熱性能玻璃纖維的導(dǎo)熱性低，特別是玻璃棉制品密度小，壽命長和耐高溫，廣泛用于建筑和工業(yè)的保溫、隔熱和隔冷，是一種優(yōu)良的熱絕緣材料。玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)（通過單位傳熱面積13溫度梯度為1/m，時間為1h所通過的熱量）為0.7-1.28W(m.K），但拉制玻璃纖維后，其導(dǎo)熱系數(shù)只有0.035W(m.K產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，主要是纖維間的空隙較大，密度較小。密度越小，其導(dǎo)熱系數(shù)越小，主要是因為空氣導(dǎo)

5、熱系數(shù)低所致。導(dǎo)熱系數(shù)越小，隔熱性能越好。當(dāng)玻璃纖維受潮時，導(dǎo)熱系數(shù)增 大，隔熱性能降低。8.吸聲性能玻璃纖維還有優(yōu)良的吸聲、隔聲性能，在建筑、機械和交通運輸方面得到廣泛的應(yīng)用。吸聲系數(shù)是當(dāng)聲波傳到物體表面時，物體表面所吸收的聲能與落在表面總聲能的比值。一般材料的吸聲系數(shù)大小與聲源物體振動頻率有關(guān)。例如用棉花制成的隔聲物質(zhì)，當(dāng)音頻為變到時，吸聲系數(shù)可由.09變到0.92，所以各種材料的吸聲系數(shù)都有一定的音頻特性。玻璃棉的吸聲系數(shù)、頻率特性與玻璃纖維容積密度、厚度、纖維直徑等指標(biāo)密切有關(guān)。一般的規(guī)律是：隨著密度的增加，吸聲系數(shù)不斷增加。2 加工工藝生產(chǎn)玻璃纖維的主要原料是為石英砂、氧化鋁、葉蠟石

6、、石灰石、白云石、硼酸、純堿、芒硝、螢石等。玻纖需要將礦物放在1600度以上的熔窯內(nèi)溶制，一旦點火后就會連續(xù)生產(chǎn)7-8年，很少停車，否則窯內(nèi)的耐火材料等需要重新更換。在玻纖的成本中，能源和葉臘石等礦石占比較大。玻璃纖維生產(chǎn)工藝可分為坩堝法拉絲工藝及池窯拉絲工藝兩種。生產(chǎn)玻璃纖維的主要原料是為石英砂、氧化鋁、葉蠟石、石灰石、白云石、硼酸、純堿、芒硝、螢石等。玻纖需要將礦物放在1600度以上的熔窯內(nèi)溶制，一旦點火后就會連續(xù)生產(chǎn)7-8年，很少停車，否則窯內(nèi)的耐火材料等需要重新更換。在玻纖的成本中，能源和葉臘石等礦石占比較大。玻璃纖維生產(chǎn)工藝可分為坩堝法拉絲工藝及池窯拉絲工藝兩種。1、坩鍋法拉絲工藝坩

7、鍋法拉絲工藝被稱為二次成型工藝。即先把玻璃配合料經(jīng)高溫熔化制成玻璃球，再將玻璃球二次加熱至熔化，再高速拉制成一定直徑的玻璃纖維原絲。這種生產(chǎn)工藝工序繁多，又由于玻璃球二次加熱熔化，給生產(chǎn)及產(chǎn)品帶來很多弊端，諸如能耗高、成型工藝不穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量不高、勞動生產(chǎn)率低，使生產(chǎn)規(guī)模和自動化水平受到一定限制。因此，目前大的玻纖生產(chǎn)廠家基本已經(jīng)淘汰了這種生產(chǎn)工藝。2、池窯法拉絲工藝另一種為池窯法拉絲工藝，又被稱為一次成型工藝。這種生產(chǎn)工藝是將各種玻璃配合料在池窯熔化部經(jīng)高溫熔成玻璃液，在澄清部排除氣泡成為均勻的玻璃液，再在成型通路中輔助加熱，經(jīng)池窯漏板，高速拉制成一定直徑的玻璃纖維原絲。一座窯爐可以通過數(shù)條

8、成型通路，安裝上百臺拉絲漏板同時生產(chǎn)。池窯拉絲工藝溫度控制合理，節(jié)約能源消耗，也使生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量得以提高。采用這種池窯法拉絲工藝能實現(xiàn)大規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，并容易實施最先進的全自動控制技術(shù)，使勞動生產(chǎn)效率得以大幅度提高。因此，池窯法拉絲工藝已經(jīng)成為當(dāng)前國際上的主流拉絲工藝。用這種方法生產(chǎn)的玻璃纖維總量約占全球總量的 85%90%。泊素葉定律：Q= V=Q-單位時間的體積流量P-毛細管兩端的流體靜壓力差D-毛細管直徑R-毛細管半徑L-毛細管長度R-所研究的毛細管截面上的半徑V-所研究的半徑處的流動速度-液體的粘度假定：1.液體是牛頓液體，即溫度一定的條件下，剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變呈現(xiàn)線性關(guān)系2.液體在毛細管中等溫流動，粘度恒定不變3.液體在毛細管中為層流，Re=20),可以忽略入口效應(yīng)和出口效應(yīng)玻璃纖維力學(xué)性能指標(biāo)4 5 -6材料性質(zhì)E玻璃纖維S玻璃纖維C玻璃纖維A玻璃纖維A3鋼比例極限p兆帕34340193強度極限b兆帕34340402彈性模量E兆帕7.3*1048.5*1047.3*1047.3*1042*105密度（g/cm3)2.542.452.412.467.8伸長率（%）