3复合材料的增强材料(精品).ppt

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1、复合材料原理复合材料原理江苏大学材料学院1第二章第二章 复合材料的复合原理及界面复合材料的复合原理及界面2.1 复合原则复合原则2.2 弥散增强及颗粒增强原理弥散增强及颗粒增强原理 2.3 单向连续纤维增强原理单向连续纤维增强原理 2.4 短纤维增强原理短纤维增强原理2.5 混杂增强原理混杂增强原理2.6 复合材料界面及其改性复合材料界面及其改性2.7 复合材料界面表征复合材料界面表征22.7 复合材料界面表征复合材料界面表征v界面形态及界面层结构的表征v界面结合强度的表征v界面残余应力的表征v增强体表面性能的表征3思考题思考题v1、界面结合强度表征有哪些方法？你认为哪一种或哪几种方法比较具有

2、发展前途，为什么？(脱粘脱粘、顶出、拔出、动态加载动态加载、声发射声发射、扭辫分析、宏观)v2、你认为在复合材料界面结构表征与复合材料宏观力学性能之间还有哪些工作需要完善，你有什么好的建议？(界面层厚度与结构图像分析，快速获得统计结果和分布、结构与界面结合强度之间的关系、非破坏性观察)4在复合材料中，粘结在基体内以改进其机械性能的高强度材料高强度材料称为增强材料增强材料。增强材料增强材料有时也称作增强体增强体、增强剂增强剂等。增强材料共分为三类：纤维及其织物纤维及其织物、晶须晶须、颗粒颗粒。第三章第三章 复合材料的增强材料复合材料的增强材料5一、纤维及其织物一、纤维及其织物v玻璃纤维v碳纤维v

3、硼纤维v氧化铝纤维v碳化硅纤维v芳纶纤维 6纤维简介纤维简介l天然纤维强度较低，来源有限。天然纤维强度较低，来源有限。l如如，植植物物纤纤维维棉棉花花、麻麻类类；动动物物纤纤维维丝丝、毛毛；矿物纤维矿物纤维石棉。石棉。l现代复合材料的增强材料用现代复合材料的增强材料用合成纤维合成纤维。l纤维纤维在复合材料中起在复合材料中起增强作用增强作用，是主要，是主要承力组分承力组分。l纤纤维维不不仅仅能能使使材材料料显显示示出出较较高高的的抗抗拉拉强强度度和和刚刚度度，而而且能且能减少收缩减少收缩，提高，提高热变形温度热变形温度和和低温冲击强度低温冲击强度等。等。7l纤维纤维可分为可分为无机纤维无机纤维和

4、和有机纤维有机纤维。l纤维增强复合材料的性能纤维增强复合材料的性能在很大程度上取决于在很大程度上取决于纤维的性能纤维的性能、含含量量及及使用状态使用状态。l如如聚苯乙烯塑料聚苯乙烯塑料，加入，加入玻璃纤维玻璃纤维后，后，拉伸强度拉伸强度可从可从600 600 MPaMPa提提高到高到1000 1000 MPaMPa，弹性模量弹性模量可从可从3000 3000 MPaMPa提高到提高到8000 8000 MPaMPa，其其热热变形温度变形温度可从可从8585提高到提高到105105 ，-40-40 以下的以下的冲击强度冲击强度可提可提高高1010倍。倍。81、玻璃玻璃纤维纤维2、碳碳纤维纤维 3

5、、硼硼纤维纤维4、氧化铝氧化铝纤维纤维5、碳化硅碳化硅纤维纤维6、其他其他纤维纤维（一）一）无机纤维无机纤维9l玻璃纤维玻璃纤维简介简介及及分类分类l玻璃纤维的玻璃纤维的结构结构及及化学组成化学组成l玻璃纤维的玻璃纤维的物理性能物理性能与与化学性能化学性能l玻璃纤维及其制品的玻璃纤维及其制品的制造工艺制造工艺l玻璃纤维玻璃纤维制品的性能及应用制品的性能及应用、玻璃纤维（玻璃纤维（Glass Fibre,GF）101）玻璃纤维简介及分类）玻璃纤维简介及分类v随着随着玻璃钢玻璃钢玻璃钢玻璃钢工业的发展，工业的发展，玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维工业也得到迅速工业也得到迅速发展。发展。vv国外国外

6、国外国外玻璃纤维的主要特点如下：玻璃纤维的主要特点如下：、普遍采用、普遍采用池窑拉丝池窑拉丝池窑拉丝池窑拉丝新技术；新技术；、大力发展、大力发展多排多孔拉丝多排多孔拉丝多排多孔拉丝多排多孔拉丝工艺；工艺；、用于玻璃钢的、用于玻璃钢的纤维纤维纤维纤维逐渐向逐渐向粗直径方向粗直径方向粗直径方向粗直径方向发展，发展，纤维直径为纤维直径为1424um，甚至达甚至达27um；11、大量生产、大量生产无碱纤维无碱纤维无碱纤维无碱纤维；、大力发展、大力发展无纺织无纺织无纺织无纺织玻璃纤维织物玻璃纤维织物，无捻粗纱无捻粗纱无捻粗纱无捻粗纱和和短短短短切纤维毡片切纤维毡片切纤维毡片切纤维毡片所占比例增加；所占比

7、例增加；、重视纤维、重视纤维树脂树脂界面界面界面界面的研究，的研究，偶联剂的品种偶联剂的品种偶联剂的品种偶联剂的品种不不断增加，玻璃纤维的断增加，玻璃纤维的前处理前处理前处理前处理受到普遍重视。受到普遍重视。12图图1 玻璃纤维和玻璃钢制品玻璃纤维和玻璃钢制品13v我国我国玻璃纤维工业玻璃纤维工业玻璃纤维工业玻璃纤维工业诞生于诞生于1950年，当时只能生产绝年，当时只能生产绝缘材料用的缘材料用的初级纤维初级纤维。v1958年以后，年以后，玻璃纤维工业得到迅速发展玻璃纤维工业得到迅速发展，纤维品，纤维品种呈现出多样化特点。种呈现出多样化特点。v现在全国有大、小玻璃纤维厂家现在全国有大、小玻璃纤维

8、厂家200多个，玻璃纤维多个，玻璃纤维年产量为年产量为5万吨，万吨，纤维直径纤维直径多数为多数为6-8um，正向粗纤正向粗纤维方向发展。维方向发展。14玻璃纤维的分类玻璃纤维的分类v玻璃纤维的分类方法很多。通常从玻璃玻璃纤维的分类方法很多。通常从玻璃原料成分原料成分原料成分原料成分、单丝直径单丝直径单丝直径单丝直径、纤维外观纤维外观纤维外观纤维外观及及纤维特性纤维特性纤维特性纤维特性等方面进行分类等方面进行分类。vv以玻璃原料成分分类以玻璃原料成分分类以玻璃原料成分分类以玻璃原料成分分类主要用于主要用于连续玻璃纤维连续玻璃纤维连续玻璃纤维连续玻璃纤维的分类。的分类。一般以不同的一般以不同的含碱

9、量含碱量含碱量含碱量分为四类。分为四类。vv无碱无碱无碱无碱玻璃纤维、玻璃纤维、中碱中碱中碱中碱玻璃纤维、玻璃纤维、有碱有碱有碱有碱玻璃纤维、玻璃纤维、特特特特种种种种玻璃纤维。玻璃纤维。15v无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维(通称通称E玻纤玻纤)，以，以钙铝硼硅酸盐钙铝硼硅酸盐钙铝硼硅酸盐钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维，组成的玻璃纤维，强度较高强度较高强度较高强度较高，耐热性耐热性耐热性耐热性和和电性能电性能电性能电性能优良，能优良，能抗大气侵蚀抗大气侵蚀抗大气侵蚀抗大气侵蚀，化学稳定性化学稳定性化学稳定性化学稳定性也好也好(但但不耐酸不耐酸不耐酸不耐酸)。vv无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维无碱玻

10、璃纤维最大的特点是最大的特点是电性能好电性能好电性能好电性能好，因此也把它称做，因此也把它称做电气玻电气玻电气玻电气玻璃璃璃璃。v国内外大多数都使用这种国内外大多数都使用这种破璃纤维破璃纤维破璃纤维破璃纤维作为复合材料的作为复合材料的原材料原材料。v国内规定其国内规定其碱金属氧化物含量碱金属氧化物含量碱金属氧化物含量碱金属氧化物含量不大于不大于0.5，国外一般为国外一般为1左左右。右。无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维16中碱玻璃纤维中碱玻璃纤维v它是指碱金属氧化物含量在它是指碱金属氧化物含量在11.5 12.5之间之间的玻璃纤维。的玻璃纤维。v国外没有这种玻璃纤维，它的主要特点是国外没有这种玻璃纤维，

11、它的主要特点是耐酸耐酸耐酸耐酸性好性好性好性好，但，但强度强度强度强度不如不如E玻璃纤维高。玻璃纤维高。v它主要用于它主要用于耐腐蚀领域耐腐蚀领域耐腐蚀领域耐腐蚀领域中，中，价格较便宜价格较便宜价格较便宜价格较便宜。17有碱玻璃有碱玻璃(A玻璃玻璃)纤维纤维v有碱玻璃有碱玻璃称称A玻璃玻璃，类似于窗玻璃及玻璃瓶，类似于窗玻璃及玻璃瓶的的钠钙玻璃钠钙玻璃。v此种玻璃由于此种玻璃由于含碱量高含碱量高，强度低强度低，对，对潮气潮气侵侵蚀极为蚀极为敏感敏感，因而很少作为增强材料，因而很少作为增强材料。18特种玻璃纤维特种玻璃纤维v如由纯如由纯镁铝硅镁铝硅三元组成的三元组成的高强玻璃纤维高强玻璃纤维，镁

12、铝硅系镁铝硅系高强高弹玻璃纤维高强高弹玻璃纤维，硅铝钙镁系硅铝钙镁系耐化学介质腐蚀耐化学介质腐蚀玻璃纤维，玻璃纤维，含铅含铅纤维，纤维，高硅氧高硅氧纤维，纤维，石英石英纤维等。纤维等。19玻璃纤维的其它分类方法玻璃纤维的其它分类方法vv以单丝直径分类以单丝直径分类以单丝直径分类以单丝直径分类，单丝单丝单丝单丝呈呈圆柱形圆柱形圆柱形圆柱形，以其，以其直径的不同直径的不同直径的不同直径的不同可以分为可以分为以下几种。以下几种。名称名称粗粗粗粗纤维纤维初级初级初级初级纤维纤维中级中级中级中级纤维纤维高级高级高级高级纤维纤维（纺织纺织纺织纺织纤维纤维)超细超细超细超细纤维纤维直径直径（um）30 20

13、 um10 20 um3 10um4 um20vv单丝直径单丝直径单丝直径单丝直径不同，不仅使纤维的不同，不仅使纤维的性能性能性能性能有差异，而且影有差异，而且影响到纤维的响到纤维的生产工艺生产工艺生产工艺生产工艺、产量产量产量产量和和成本成本成本成本。v一般一般5 10 um的纤维作为的纤维作为纺织制品纺织制品纺织制品纺织制品使用，使用，10 14 um的纤维一般做的纤维一般做无捻粗纱无捻粗纱无捻粗纱无捻粗纱、无纺布无纺布无纺布无纺布、短切纤维毡短切纤维毡短切纤维毡短切纤维毡等等较为适宜。较为适宜。21v以纤维外观分类以纤维外观分类，有有连续纤维连续纤维，其中有，其中有无捻粗纱无捻粗纱及及加

14、捻粗纱加捻粗纱(用于纺织用于纺织)、短切纤维短切纤维、空心玻璃纤维空心玻璃纤维、玻璃粉玻璃粉及及磨细纤维磨细纤维等。等。v以纤维特性分类以纤维特性分类，高强高强玻璃纤维、玻璃纤维、高模量高模量玻璃纤维、玻璃纤维、耐碱耐碱玻璃纤维、玻璃纤维、耐酸耐酸玻璃纤维、玻璃纤维、普通普通玻璃纤维玻璃纤维(指指无无碱碱及及中碱中碱玻璃纤维玻璃纤维)。222）玻璃纤维的结构及化学组成）玻璃纤维的结构及化学组成v玻璃纤维玻璃纤维的的拉伸强度拉伸强度比比块状玻璃块状玻璃高许多倍，但高许多倍，但经研究证明，经研究证明，玻璃纤维玻璃纤维的的结构结构与与玻璃玻璃相同。相同。v关于玻璃结构的假说到目前为止，比较能够反关于

15、玻璃结构的假说到目前为止，比较能够反映实际情况的是映实际情况的是“微晶结构假说微晶结构假说”和和“网络结网络结构假说构假说”。23v微晶结构假说的要点微晶结构假说的要点：玻璃是由玻璃是由硅酸块硅酸块或或二氧化硅二氧化硅的的“微微晶子晶子”组成，在组成，在“微晶子微晶子”之间由之间由硅酸块过冷溶液硅酸块过冷溶液所填充。所填充。v网络结构假说的要点网络结构假说的要点：玻璃是由玻璃是由二氧化硅的四面体二氧化硅的四面体、铝氧铝氧三面体三面体或或硼氧三面体硼氧三面体相互连成不规则相互连成不规则三维网络三维网络；网络间的；网络间的空隙空隙由由Na、K、Ca、Mg等等阳离子所填充阳离子所填充。v二氧化硅四面

16、体的二氧化硅四面体的三维网状结构三维网状结构是决定是决定玻璃性能玻璃性能的基础，的基础，填充的填充的Na、Ca等阳离子称为等阳离子称为网络改性物网络改性物。24图图2 微晶结构和网络结构模型微晶结构和网络结构模型25v大量资料证明，大量资料证明，玻璃结构玻璃结构是是近似有序近似有序的。的。v在玻璃结构中存在一定数量和大小比较在玻璃结构中存在一定数量和大小比较有规则排列有规则排列的区域的区域，这种规则性是由一定数目的多面体遵循类，这种规则性是由一定数目的多面体遵循类似似晶体结构的规则排列晶体结构的规则排列造成的。造成的。v但是，但是，玻璃结构玻璃结构的这种的这种有序区域有序区域不像晶体结构那样不

17、像晶体结构那样有严格的周期性，有严格的周期性，微观上是不均匀的微观上是不均匀的，宏观上却又宏观上却又是均匀的是均匀的，反映到玻璃的，反映到玻璃的性能性能上是上是各向同性的各向同性的。26v玻璃纤维的玻璃纤维的化学组成化学组成主要是主要是二氧化硅二氧化硅、三氧化二硼三氧化二硼、氧化钙氧化钙、三氧化二铝三氧化二铝等。等。v玻璃纤维的玻璃纤维的化学组成化学组成对玻璃纤维的对玻璃纤维的性质和生产工艺性质和生产工艺起决定性作起决定性作用，以用，以二氧化硅二氧化硅为主的称为为主的称为硅酸盐破璃硅酸盐破璃，以，以三氧化二硼三氧化二硼为主的为主的称为称为硼酸盐玻璃硼酸盐玻璃。v氧化钠氧化钠、氧化钾氧化钾等碱性

18、氧化物为等碱性氧化物为助熔氧化物助熔氧化物，它可以降低玻璃，它可以降低玻璃的的熔化温度熔化温度和和粘度粘度，使玻璃熔液中的气泡容易排除。，使玻璃熔液中的气泡容易排除。v助熔氧化物助熔氧化物主要通过主要通过破坏玻璃骨架破坏玻璃骨架，使，使结构疏松结构疏松，从而达到助，从而达到助熔的目的。熔的目的。v氧化钠和氢化钾的含量越高，玻璃纤维的氧化钠和氢化钾的含量越高，玻璃纤维的强度强度、电绝缘性能电绝缘性能和和化学稳定性化学稳定性都会相应的降低。都会相应的降低。27v加入加入氧化钙氧化钙、三氧化二铝三氧化二铝等，能在一定条件下等，能在一定条件下构成构成玻璃网络的一部分玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质

19、和工艺性，改善玻璃的某些性质和工艺性能。能。v例如，用例如，用氧化钙氧化钙取代取代二氧化硅二氧化硅可可降低拉丝温度降低拉丝温度；加入三加入三氧化二铝氧化二铝可可提高耐水性提高耐水性。v玻璃纤维玻璃纤维化学成分的制定，化学成分的制定，一方面要一方面要满足玻璃纤维满足玻璃纤维物理和化学性能的要求物理和化学性能的要求，具有良好的，具有良好的化学稳定性化学稳定性；另一方面要另一方面要满足制造工艺的要求满足制造工艺的要求，如合适的，如合适的成型温成型温度度、硬化速度硬化速度及及粘度范围粘度范围。283）玻璃纤维的物理性能与化学性能）玻璃纤维的物理性能与化学性能v玻璃纤维具有一系列玻璃纤维具有一系列优良的

20、物理性能优良的物理性能优良的物理性能优良的物理性能，拉伸强度高拉伸强度高拉伸强度高拉伸强度高，防火防火防火防火、防霉防霉防霉防霉、防蛀防蛀防蛀防蛀、耐高温耐高温耐高温耐高温和和电绝缘性能好电绝缘性能好电绝缘性能好电绝缘性能好等。等。v玻璃纤维的玻璃纤维的缺点缺点缺点缺点是具有是具有脆性脆性脆性脆性，不耐腐蚀不耐腐蚀不耐腐蚀不耐腐蚀，对人的皮，对人的皮肤有刺激性等肤有刺激性等。vv外观外观外观外观：一般天然或人造的有机纤维表面都有较深的：一般天然或人造的有机纤维表面都有较深的皱纹，而皱纹，而玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维表面表面呈呈光滑的圆柱光滑的圆柱光滑的圆柱光滑的圆柱，其，其横断面横断面几

21、几乎都是乎都是完整的圆形完整的圆形完整的圆形完整的圆形。由于表面光滑，纤维之由于表面光滑，纤维之间抱合力非常小，不利间抱合力非常小，不利于和树脂粘结；又由于于和树脂粘结；又由于呈圆柱状，所以玻璃纤呈圆柱状，所以玻璃纤维彼此相靠近时，空隙维彼此相靠近时，空隙填充得较为密实。填充得较为密实。29v玻璃纤维的密度玻璃纤维的密度为为2.16 4.30 gcm3，其比重较有其比重较有机纤维大很多，但比一般的金属比重要低，与铝相机纤维大很多，但比一般的金属比重要低，与铝相比几乎一样。比几乎一样。v由于玻璃纤维的由于玻璃纤维的表面积大表面积大，使得纤维，使得纤维表面处理的效表面处理的效果果对对性能的影响性能

22、的影响很大。很大。30v玻璃纤维的最大特点是玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高拉伸强度高拉伸强度高拉伸强度高。v一般一般玻璃制品玻璃制品玻璃制品玻璃制品的拉伸强度只有的拉伸强度只有40 100 MPa，而直径而直径3 9 um的的玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维拉伸强度则高达拉伸强度则高达1500 4000 MPa，较一般合较一般合成纤维高约成纤维高约10倍，比合金钢还高倍，比合金钢还高2倍。倍。v对玻璃纤维高强的原因，许多学者提出了不同的假说，其对玻璃纤维高强的原因，许多学者提出了不同的假说，其中比较有说服力的是中比较有说服力的是微裂纹假说微裂纹假说微裂纹假说微裂纹假说。vv微裂纹假说微裂纹假说

23、微裂纹假说微裂纹假说认为，认为，玻璃的理论强度玻璃的理论强度取决于取决于分子或原子间的分子或原子间的分子或原子间的分子或原子间的引力引力引力引力，其，其理论强度很高理论强度很高理论强度很高理论强度很高，可达到，可达到200 l 200kgmm2。31几种几种纤维和全属纤维和全属纤维和全属纤维和全属材料的强度如表材料的强度如表1所示。所示。表表1 几种纤维材料和金属材料的强度几种纤维材料和金属材料的强度32l l玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维比玻璃的比玻璃的强度高强度高强度高强度高很多，主要有两方面的原因：很多，主要有两方面的原因：a）玻璃纤维）玻璃纤维高温成型时高温成型时高温成型时高温成型时

24、减少了玻璃溶液的不均一性，减少了玻璃溶液的不均一性，使微裂纹产生的机会减少。使微裂纹产生的机会减少。b）玻璃纤维的）玻璃纤维的断面较小断面较小断面较小断面较小，随着，随着表面积的减小表面积的减小表面积的减小表面积的减小，使，使微微微微裂纹存在的几率裂纹存在的几率裂纹存在的几率裂纹存在的几率也减少，从而使纤维强度增高。也减少，从而使纤维强度增高。l l直径小的直径小的直径小的直径小的玻璃纤维强度比玻璃纤维强度比直径粗的直径粗的直径粗的直径粗的纤维强度高的原因纤维强度高的原因是由于是由于表面微裂纹尺寸和数量较小表面微裂纹尺寸和数量较小表面微裂纹尺寸和数量较小表面微裂纹尺寸和数量较小，从而，从而减少

25、了应力减少了应力减少了应力减少了应力集中集中集中集中，使纤维具有较高的强度。，使纤维具有较高的强度。33表表2 玻璃纤维拉伸强度与直径的关系玻璃纤维拉伸强度与直径的关系34表表3 玻璃纤维拉伸强度与纤维长度的关系玻璃纤维拉伸强度与纤维长度的关系35l一般来说，含碱量越高，纤维的强度越低。一般来说，含碱量越高，纤维的强度越低。高强玻璃高强玻璃高强玻璃高强玻璃纤维纤维纤维纤维强度明显地高于强度明显地高于无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维，而，而有碱纤维有碱纤维有碱纤维有碱纤维强度强度更低。更低。l研究表明，研究表明，高强高强高强高强和和无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维

26、由于由于成型温度高成型温度高成型温度高成型温度高、硬硬硬硬化速度快化速度快化速度快化速度快、结构键能大结构键能大结构键能大结构键能大等原因，而具有很等原因，而具有很高的拉伸强高的拉伸强高的拉伸强高的拉伸强度度度度。l当纤维当纤维存放一段时间存放一段时间存放一段时间存放一段时间后，会出现后，会出现强度下降强度下降强度下降强度下降的现象，称的现象，称为为纤维的老化纤维的老化纤维的老化纤维的老化。l l纤维的老化纤维的老化纤维的老化纤维的老化主要取决于纤维对主要取决于纤维对大气水分大气水分的化学稳定性。的化学稳定性。36表表4 纤维强度与化学组成、纤维强度与化学组成、表面缺陷表面缺陷的关系的关系37

27、玻璃纤维的玻璃纤维的疲劳疲劳疲劳疲劳、成型方法成型方法成型方法成型方法和和条件条件条件条件对强度也有对强度也有很大影响。很大影响。玻璃玻璃硬化速度越快硬化速度越快硬化速度越快硬化速度越快，拉制的，拉制的纤维强度也越高纤维强度也越高纤维强度也越高纤维强度也越高。38l l玻璃纤维的延伸率玻璃纤维的延伸率玻璃纤维的延伸率玻璃纤维的延伸率比比有机纤维有机纤维低低低低，一般为，一般为3左右。左右。l玻璃纤维的玻璃纤维的弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量是指是指在弹性范围在弹性范围内内内内应力和应变应力和应变应力和应变应力和应变关系关系关系关系的的比例常数比例常数比例常数比例常数。l玻璃纤维的玻璃纤维的弹

28、性模量弹性模量弹性模量弹性模量约为约为7 104 MPa，与铝相当，与铝相当，只有普通钢的三分之一，致使复合材料的只有普通钢的三分之一，致使复合材料的刚度较低刚度较低刚度较低刚度较低。l对玻璃纤维的对玻璃纤维的弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量起主要作用的是其起主要作用的是其化学组成化学组成化学组成化学组成。加入加入BeOBeO、MgOMgO能够提高玻璃纤维的弹性模量。能够提高玻璃纤维的弹性模量。l不同直径的玻璃纤维不同直径的玻璃纤维弹性模量相同弹性模量相同弹性模量相同弹性模量相同，证明它们具有，证明它们具有近似的分子结构近似的分子结构。39l玻璃纤维的玻璃纤维的耐磨性耐磨性耐磨性耐磨性是指纤维

29、是指纤维抵抗抵抗磨擦磨擦磨擦磨擦的能力的能力，耐折性耐折性耐折性耐折性是指纤是指纤维维抵抗抵抗折断折断折断折断的能力的能力。l玻璃纤维这玻璃纤维这两个性能都很差两个性能都很差两个性能都很差两个性能都很差，经过揉搓摩擦容易受伤或断裂，经过揉搓摩擦容易受伤或断裂，这是玻纤的严重缺点。这是玻纤的严重缺点。l l玻璃玻璃玻璃玻璃的的导热系数导热系数为为0.6 1.10.6 1.1千卡千卡/米米度度时，但拉制成时，但拉制成玻璃玻璃玻璃玻璃纤维纤维纤维纤维后，其导热系数只有后，其导热系数只有0.030.03千卡米千卡米度度时。时。l l纤维间的空隙较大纤维间的空隙较大纤维间的空隙较大纤维间的空隙较大，容重

30、较小容重较小容重较小容重较小，其，其导热系数小导热系数小导热系数小导热系数小，主要是因为，主要是因为空气导热系数低空气导热系数低空气导热系数低空气导热系数低所致；而所致；而导热系数导热系数导热系数导热系数越小，越小，隔热性能隔热性能隔热性能隔热性能越好。越好。l l温度的变化对玻璃纤维的导热系数影响不大温度的变化对玻璃纤维的导热系数影响不大温度的变化对玻璃纤维的导热系数影响不大温度的变化对玻璃纤维的导热系数影响不大。40v玻璃纤维玻璃纤维耐热性较高耐热性较高耐热性较高耐热性较高，软化点为，软化点为550 580，其，其热热膨胀系数膨胀系数为为4.8 106/。vv玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤

31、维是一种是一种无机纤维无机纤维无机纤维无机纤维，不会引起燃烧。将玻璃，不会引起燃烧。将玻璃纤维加温，直到纤维加温，直到某一强度界限某一强度界限以前，强度基本不变。以前，强度基本不变。v一般情况下，一般情况下，钠钙钠钙钠钙钠钙玻璃纤维加热到玻璃纤维加热到470之前（不降之前（不降温），强度变化不大；温），强度变化不大；vv石英石英石英石英和和高硅氧高硅氧高硅氧高硅氧玻璃纤维的耐热性则可达到玻璃纤维的耐热性则可达到2000以以上。上。41v玻璃纤维的玻璃纤维的导电性导电性导电性导电性主要取决于主要取决于化学组成化学组成化学组成化学组成、温度温度温度温度和和湿湿湿湿度度度度。vv无碱无碱无碱无碱纤维

32、的纤维的电绝缘性能电绝缘性能电绝缘性能电绝缘性能比比有碱有碱有碱有碱纤维优越得多。纤维优越得多。v这主要是因为这主要是因为无碱纤维中碱金属离子少无碱纤维中碱金属离子少无碱纤维中碱金属离子少无碱纤维中碱金属离子少的缘故。碱的缘故。碱金属离子越少，电绝缘性能越好；金属离子越少，电绝缘性能越好；v玻璃纤维的玻璃纤维的电阻率电阻率电阻率电阻率随着随着温度的升高温度的升高温度的升高温度的升高而而下降下降下降下降。42表表5 空气湿度对玻璃布电阻率影响空气湿度对玻璃布电阻率影响43vv玻璃玻璃玻璃玻璃是优良的是优良的透光材料透光材料，但制成，但制成玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维制品后，制品后，其其透光性

33、透光性透光性透光性远不如玻璃。远不如玻璃。v玻璃纤维制品的玻璃纤维制品的光学性能光学性能光学性能光学性能以以反射系数反射系数反射系数反射系数、透光系数透光系数透光系数透光系数和和亮度系数亮度系数亮度系数亮度系数来表示。来表示。vv密度小而薄密度小而薄密度小而薄密度小而薄的玻璃布，透光系数可达的玻璃布，透光系数可达65；vv密度大而厚密度大而厚密度大而厚密度大而厚的玻璃布，透光系数只有的玻璃布，透光系数只有1820。44表表6 不同织纹玻璃布的光学性能不同织纹玻璃布的光学性能45l l玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维除对除对氢氟酸氢氟酸氢氟酸氢氟酸、浓碱浓碱浓碱浓碱、浓磷酸浓磷酸浓磷酸浓磷酸外，

34、对外，对所所所所有化学药品有化学药品有化学药品有化学药品和和有机溶剂有机溶剂有机溶剂有机溶剂都有都有良好的化学稳定性良好的化学稳定性良好的化学稳定性良好的化学稳定性。l l玻璃纤维单纤玻璃纤维单纤玻璃纤维单纤玻璃纤维单纤即使即使与水接触与水接触与水接触与水接触，强度也不发生变强度也不发生变强度也不发生变强度也不发生变化化化化。l只有在只有在含碱玻璃纤维含碱玻璃纤维含碱玻璃纤维含碱玻璃纤维中，由于玻璃纤维中所含中，由于玻璃纤维中所含的的碱分溶出碱分溶出碱分溶出碱分溶出，强度强度强度强度才会才会下降下降下降下降。l l影响玻璃纤维化学稳定性的因素影响玻璃纤维化学稳定性的因素影响玻璃纤维化学稳定性的

35、因素影响玻璃纤维化学稳定性的因素：化学成分：化学成分、纤维表面情况纤维表面情况、侵蚀介质体积和温度、玻璃纤侵蚀介质体积和温度、玻璃纤维纱的规格及性能。维纱的规格及性能。46l l玻璃玻璃玻璃玻璃是一种非常好的是一种非常好的耐腐蚀材料耐腐蚀材料耐腐蚀材料耐腐蚀材料，但拉制成，但拉制成玻璃纤玻璃纤玻璃纤玻璃纤维维维维后，其性能远不如玻璃。主要是由于后，其性能远不如玻璃。主要是由于玻璃纤维的玻璃纤维的玻璃纤维的玻璃纤维的比表面积大比表面积大比表面积大比表面积大所造成的。所造成的。l同样的玻璃纤维，受不同体积的侵蚀介质作用，其同样的玻璃纤维，受不同体积的侵蚀介质作用，其化学稳定性不同。化学稳定性不同。

36、介质的体积越大，对纤维的侵蚀介质的体积越大，对纤维的侵蚀介质的体积越大，对纤维的侵蚀介质的体积越大，对纤维的侵蚀越严重。越严重。越严重。越严重。l温度升高到温度升高到l00以上以上时，破坏作用将更剧烈。时，破坏作用将更剧烈。474）玻璃纤维及其制品的制造工艺）玻璃纤维及其制品的制造工艺v玻璃纤维的制造工艺有坩埚法和池窑法两种。玻璃纤维的制造工艺有坩埚法和池窑法两种。v坩埚法坩埚法的基本过程：也称的基本过程：也称“二步法二步法”，是将矿物原料根据要求，是将矿物原料根据要求的配方制成玻璃小球的配方制成玻璃小球，而后送入代铂拉丝坩埚内再熔后拉丝，而后送入代铂拉丝坩埚内再熔后拉丝。v坩埚法坩埚法不仅存

37、在能源的二次浪费，而且单机产量低，产品质量不仅存在能源的二次浪费，而且单机产量低，产品质量差，生产成本高，不能满足多品种生产的需要。差，生产成本高，不能满足多品种生产的需要。v池窑法池窑法的基本过程：也称的基本过程：也称“一步法一步法”，它不需要先制成玻璃小，它不需要先制成玻璃小球球，而是直接将各组分天然矿石原料按配比同时投人池窑内熔，而是直接将各组分天然矿石原料按配比同时投人池窑内熔融拉丝。融拉丝。48图图3 坩埚法的示意图及装置坩埚法的示意图及装置49图图4 池窑法的示意图池窑法的示意图50浸润剂的作用和类型浸润剂的作用和类型v玻璃纤维很容易由表面缺陷引起损伤，为了减少损伤玻璃纤维很容易由

38、表面缺陷引起损伤，为了减少损伤和便于纤维的操作，而采用浸润剂涂覆处理。和便于纤维的操作，而采用浸润剂涂覆处理。v润滑作用润滑作用，防止纤维间的磨损，使纤维的表面得到保，防止纤维间的磨损，使纤维的表面得到保护；护；v黏结作用黏结作用，使单丝集束成原纱或丝束；，使单丝集束成原纱或丝束；v抗静电作用抗静电作用，防止纤维表面聚集静电荷；，防止纤维表面聚集静电荷；v增强作用增强作用，使纤维能够获得与基体材料良好的黏结性，使纤维能够获得与基体材料良好的黏结性能。能。51图图5 典型的方格布浸润剂配方典型的方格布浸润剂配方环氧或聚酯乳液成膜剂，赋予玻纤以环氧或聚酯乳液成膜剂，赋予玻纤以良好的浸透性，良好的浸

39、透性，制成玻璃钢制品清制成玻璃钢制品清澈、透明，澈、透明，无白丝，界面结合力强，无白丝，界面结合力强，耐老化、耐候性好。耐老化、耐候性好。52v常用的浸润剂有石蜡乳剂石蜡乳剂和聚酯酸乙烯酯聚酯酸乙烯酯两种，前者属于纺织型，后者属于增强型。v石蜡乳剂石蜡乳剂有利于纺织加工，但严重阻碍树脂对玻璃布的浸润，因此使用时要经过脱蜡处理。v聚酯酸乙烯酯聚酯酸乙烯酯对玻璃钢的性能影响不大，使用时不需清除。535）玻璃纤维制品的性能及应用）玻璃纤维制品的性能及应用v玻璃纤维纱一般分为加捻纱加捻纱和无捻纱无捻纱两种。v玻璃纤维的规格玻璃纤维的规格，国际上通常用“tex”来表示，即1000m长原丝的质量（单位为g

40、）。v玻璃纤维作为聚酯、环氧树脂和酚醛树脂等的增强体被广泛使用，这种复合材料又称为“玻璃钢玻璃钢”。v玻璃纤维的主要制品有：无捻粗纱无捻粗纱、无捻粗纱方格布无捻粗纱方格布、玻璃纤玻璃纤维毡片维毡片、缝合毡缝合毡、加捻玻璃纤维布加捻玻璃纤维布、玻璃带玻璃带、三向织物三向织物、组合组合增强材料增强材料以及特种玻璃纤维（特种玻璃纤维（高强度、高模量、耐高温、空心高强度、高模量、耐高温、空心玻璃纤维玻璃纤维）等。54图图6 主要玻璃纤维制品（一）主要玻璃纤维制品（一）55图图7 主要玻璃纤维制品（二）主要玻璃纤维制品（二）56图图8 特种玻璃纤维制品（耐高温、中空玻璃纤维）特种玻璃纤维制品（耐高温、中空玻璃纤维）57l玻璃纤维简介及分类玻璃纤维简介及分类l玻璃纤维的结构及化学组成玻璃纤维的结构及化学组成l玻璃纤维的物理性能与化学性能玻璃纤维的物理性能与化学性能l玻璃纤维及其制品的制造工艺玻璃纤维及其制品的制造工艺l玻璃纤维制品的性能及应用玻璃纤维制品的性能及应用、玻璃纤维玻璃纤维58思考题思考题1、玻璃纤维有哪些主要物理和化学特性，这些性能在玻璃钢制品中发挥怎样的作用？2、玻璃纤维有哪些制品有哪些，它们主要应用在哪些场合？你觉得还可以开发哪些玻璃纤维制品？5960