玻璃纖維介紹

關(guān)于玻璃纖維介紹第一頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日增強(qiáng)材料的作用：

承受外界施加載荷，提高樹(shù)脂基體的力學(xué)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(xué)、電學(xué)等功能，功能體）增強(qiáng)材料的外觀(guān)形狀：

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

一般以不同的堿金屬氧化物含量來(lái)區(qū)分。無(wú)堿玻璃纖維（E玻璃纖維）

堿金屬氧化物含量0.05%

化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性能、強(qiáng)度好主要用作電絕緣材料、玻璃鋼的增強(qiáng)材料等第六章玻璃纖維及其制品第三頁(yè)，共四十五頁(yè)，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(xué)穩(wěn)定性和強(qiáng)度尚好。一般用作乳膠布、方格布基材、酸性過(guò)濾布、窗紗基材等，也可作對(duì)電性能和強(qiáng)度要求不很?chē)?yán)格的玻璃鋼增強(qiáng)材料。成本較低，用途較廣。

第四頁(yè)，共四十五頁(yè)，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(lèi)?？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(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日特種玻璃纖維

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

第六頁(yè)，共四十五頁(yè)，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(diǎn)。堿金屬氧化物含量越高，玻璃纖維的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性能、強(qiáng)度都會(huì)相應(yīng)下降。第七頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日2）以單絲直徑分類(lèi)

粗纖維：?jiǎn)谓z直徑一般為30um初級(jí)纖維：?jiǎn)谓z直徑大于20um；中級(jí)纖維：?jiǎn)谓z直徑10-20um高級(jí)纖維：（紡織纖維）其單絲直徑3-10um。超細(xì)纖維：?jiǎn)谓z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(wú)捻粗紗、無(wú)紡布、短切纖維氈等較為適宜。第八頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日3）按纖維性能分類(lèi)

這是一類(lèi)為適應(yīng)特殊使用要求，新發(fā)展起來(lái)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(qiáng)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(wú)堿及中堿玻璃纖維）；光學(xué)纖維；低介電常數(shù)玻璃纖維；導(dǎo)電纖維等第九頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1.2GF的結(jié)構(gòu)及組成1）GF的特點(diǎn)

玻璃：無(wú)規(guī)則的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，近程有序，遠(yuǎn)程無(wú)序玻璃的共性：各向同性無(wú)固定熔點(diǎn)亞穩(wěn)定性性質(zhì)變化的連續(xù)性，可逆性

第十頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日亞穩(wěn)定性

玻璃是由熔融液體過(guò)冷得到的，在冷卻過(guò)程中粘度急劇提高，質(zhì)點(diǎn)來(lái)不及做有規(guī)則的排列而形成晶體，沒(méi)有釋放出結(jié)晶潛熱(凝固熱)。所以玻璃態(tài)物質(zhì)比相應(yīng)的結(jié)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(yè)，共四十五頁(yè)，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(guò)程中，其物理化學(xué)性質(zhì)變化是逐漸、連續(xù)的變化，而且是可逆的。

第十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日2）GF的結(jié)構(gòu)關(guān)于GF的結(jié)構(gòu)有兩種學(xué)說(shuō)：無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)：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(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)間的空隙由Ca、Na、K、Mg等陽(yáng)離子所填充。微晶學(xué)說(shuō)：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(guò)冷溶液填充。第十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日3）GF的化學(xué)組成

玻璃纖維的化學(xué)組成主要有SiO2、Be2O3、CaO、Al2O3等。這些物質(zhì)對(duì)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(chēng)硅酸鹽玻璃以Be2O3為主——稱(chēng)硼酸鹽玻璃以P2O5為主——稱(chēng)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(fù)雜的。第十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1.3GF的性能1)物理性能a.外觀(guān)：光滑，圓柱形。纖維之間抱合力小，影響了與樹(shù)脂的復(fù)合效果。但光滑表面對(duì)氣體和液體通過(guò)的阻力小，所以制作過(guò)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(dá)3。第十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日2)力學(xué)性能a.拉伸強(qiáng)度

GF的拉伸強(qiáng)度比玻璃高幾十倍？微裂紋假說(shuō)：玻璃結(jié)構(gòu)的不均勻性，使玻璃易產(chǎn)生微裂紋，外力作用下，形成應(yīng)力集中點(diǎn)。玻璃纖維，更多地保留著高溫熔體的結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)均一性提高)，微裂紋產(chǎn)生機(jī)會(huì)減少，且GF截面小，所以表面微裂紋比塊狀玻璃少。第十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日影響玻璃纖維強(qiáng)度的因素：纖維直徑和長(zhǎng)度：直徑越小，長(zhǎng)度越小，強(qiáng)度越大；化學(xué)組成：含堿量越大，強(qiáng)度越小；存放時(shí)間：存放時(shí)間越長(zhǎng)，強(qiáng)度越小(空氣中水分的侵蝕)施加負(fù)荷時(shí)間：施加負(fù)荷時(shí)間越長(zhǎng)，強(qiáng)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(qiáng)度。第十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，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(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

GF的彈性伸長(zhǎng)率低，如E玻璃纖維僅3%左右，S玻璃纖維5.4%，這說(shuō)明GF只存在彈性變形，是完全彈性體，拉伸時(shí)，不存在屈服點(diǎn)。第十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，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(lái)表征。彎曲半徑越小，說(shuō)明GF的柔性越好。第十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日4)耐熱性與有機(jī)纖維比，GF是有很高的耐熱性，因?yàn)镚F的軟化點(diǎn)達(dá)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(qiáng)度不損失。但如果加熱到250℃以上再冷卻(熱處理)，則強(qiáng)度明顯下降。如經(jīng)600-700℃熱處理后，其強(qiáng)度只有原始的20-30%。第二十頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日5）GF的化學(xué)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(duì)除HF、濃堿、H3PO4以外的化學(xué)藥品及有機(jī)溶劑具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。第二十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日影響GF化學(xué)穩(wěn)定性的因素：a.玻璃纖維的化學(xué)組成無(wú)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(shí)，破壞作用更加劇烈。第二十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，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(guó)自行研究開(kāi)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(yè)，共四十五頁(yè)，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(jìn)工藝，規(guī)模及生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于坩堝拉絲。我國(guó)在1990年才有第一座從國(guó)外引進(jìn)的年產(chǎn)4000噸無(wú)堿玻璃纖維池窯拉絲投產(chǎn)，其生產(chǎn)能力不足當(dāng)年全國(guó)產(chǎn)量的百分之五。第二十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日池窯拉絲法的特點(diǎn)：不經(jīng)制球、坩堝再熔工序。工序簡(jiǎn)化，原絲質(zhì)量好。玻璃熔量大，產(chǎn)量高(可以實(shí)現(xiàn)1600孔，2000孔，更多孔的大漏板拉絲)。第二十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1.5GF的表面處理1）浸潤(rùn)劑a.浸潤(rùn)劑的作用潤(rùn)滑—保護(hù)作用粘結(jié)—集束作用防止GF表面靜電荷的積累使GF獲得與基體樹(shù)脂有良好的相容性及界面化學(xué)結(jié)合或化學(xué)吸附等性能第二十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日b.浸潤(rùn)劑的分類(lèi)增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑

增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑的主要成分：偶聯(lián)劑紡織型浸潤(rùn)劑目的：滿(mǎn)足紡織工序的要求，該浸潤(rùn)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(diǎn)：由于浸潤(rùn)劑中的成分影響了纖維與基體之間的粘合，因此需通過(guò)熱清洗及后處理工藝，將GF表面的浸潤(rùn)劑除去，再經(jīng)偶聯(lián)劑處理后方可使用。第二十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日2）表面處理劑

又稱(chēng)為偶聯(lián)劑，架橋劑，是一種能夠改變GF增強(qiáng)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(huì)改善GF與基體的界面狀態(tài)，可提高CM的強(qiáng)度、耐水性、耐老化性及使用壽命。a.偶聯(lián)劑的分類(lèi)二種基團(tuán)：一種可與GF表面結(jié)合，另一種可與基體通過(guò)物理或化學(xué)作用相結(jié)合。

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

其中：R為有機(jī)功能基團(tuán)，如-NH2，-SH等

X為易水解基團(tuán)，水解后(一般為-OH)可與GF作用

n多數(shù)為1第三十頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日偶聯(lián)機(jī)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(guò)程中，硅烷偶聯(lián)劑與GF表面以氫鍵形式結(jié)合的-OH，在高溫下發(fā)生醚化反應(yīng)，脫去1分子水形成醚鍵，以形成的共價(jià)鍵結(jié)合。第三十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日

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

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

第三十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日其他偶聯(lián)劑

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

鎂類(lèi)偶聯(lián)劑

錫類(lèi)偶聯(lián)劑

等第三十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，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(shù)脂間發(fā)生作用，從而增強(qiáng)界面的粘結(jié)）保護(hù)作用（保護(hù)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(diǎn)，改善界面狀態(tài)，使應(yīng)力有效傳遞）改善復(fù)合材料的性能（改善玻璃鋼性能，如耐水性、耐化學(xué)腐蝕性、力學(xué)性能、耐熱性等）第三十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，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(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日后處理法又稱(chēng)為普通處理法特點(diǎn)：

各道工序都需要專(zhuān)門(mén)設(shè)備，初投資較大；

GF強(qiáng)度