《玻璃纤维》PPT课件.pptx

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1、第三篇第三篇复合材料增强材料复合材料增强材料 增强材料：在复合材料中，能提高基体材料增强材料：在复合材料中，能提高基体材料机械强度、机械强度、弹性模量等力学性能弹性模量等力学性能的材料。的材料。增强材料不仅能提高复合材料的强度和弹性模量，而且增强材料不仅能提高复合材料的强度和弹性模量，而且能能降低收缩率降低收缩率，提高热变形温度，并在热、电、磁等方面，提高热变形温度，并在热、电、磁等方面赋赋予复合材料新的性能予复合材料新的性能增强材料种类增强材料种类物理形态：纤维状、片状、颗粒状增强材料等物理形态：纤维状、片状、颗粒状增强材料等玻璃纤维、碳纤维玻璃纤维、碳纤维与石墨纤维、硼纤与石墨纤维、硼纤维

2、、芳纶纤维等维、芳纶纤维等3增强材料共分为三类：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4纤纤 维维 如如，植物纤维棉花、麻类；，植物纤维棉花、麻类；动物纤维动物纤维丝、毛；丝、毛；矿物纤维矿物纤维石棉。石棉。天然纤维天然纤维 强度较低，强度较低，现代现代复合材料的增强材料复合材料的增强材料 用合成纤维。用合成纤维。5纤维纤维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增强作用增强作用，是主要，是主要承力承力承力承力组分组分组分组分。纤维纤维纤维纤维不仅能使材料显示出不仅能使材料显示出较高的抗张强度较高的抗张强度较高的抗张强度较高的抗张强度和和刚度刚度刚度刚度，而且

3、能，而且能减少收缩减少收缩减少收缩减少收缩，提高，提高热变形温度热变形温度热变形温度热变形温度和和低温低温低温低温冲击强度冲击强度冲击强度冲击强度等。等。6复合材料的性能复合材料的性能复合材料的性能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纤维的性能纤维的性能、含量含量含量含量及及使用状态使用状态使用状态使用状态。如如聚苯乙烯塑料聚苯乙烯塑料聚苯乙烯塑料聚苯乙烯塑料，加入，加入玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维后，后，拉伸强度拉伸强度拉伸强度拉伸强度可可从从600 600 MPaMPa提高到提高到1000 1000 MPaMPa，弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量可从可

4、从3000 3000 MPaMPa提提高到高到8000 8000 MPaMPa，其其热变形温度热变形温度热变形温度热变形温度可从可从8585提高到提高到105105 ，使使-40-40 以下的以下的冲击强度冲击强度冲击强度冲击强度可提高可提高1010倍。倍。7 7 玻璃纤维及其制品玻璃纤维及其制品本节主要内容7.1 概述概述7.1.1 玻璃纤维的发展状况玻璃纤维的发展状况7.1.2 玻璃纤维的分类玻璃纤维的分类7.2 玻璃纤维的结构与组成玻璃纤维的结构与组成7.2.1 玻璃纤维的物态玻璃纤维的物态7.2.2 玻璃纤维的结构玻璃纤维的结构7.2.3 玻璃纤维的化学组成玻璃纤维的化学组成7.3 玻

5、璃纤维的性能玻璃纤维的性能7.3.1 玻璃纤维的物理性能玻璃纤维的物理性能7.3.2 玻璃纤维的物理性能玻璃纤维的物理性能7.4 玻璃纤维及其制品玻璃纤维及其制品7.4.1 玻璃纤维及其制品的生产工艺玻璃纤维及其制品的生产工艺7.4.2 玻璃纤维纱的规格及性能玻璃纤维纱的规格及性能玻璃是一种以脆闻名的物质。有趣的玻璃是一种以脆闻名的物质。有趣的是，玻璃一旦经加热，被拉制成比头发还是，玻璃一旦经加热，被拉制成比头发还要细得多的玻璃纤维之后，它就变得像合要细得多的玻璃纤维之后，它就变得像合成纤维那样柔软，而坚韧的程度甚至超过成纤维那样柔软，而坚韧的程度甚至超过了同样粗细的不锈钢丝！了同样粗细的不锈

6、钢丝！玻璃纤维有啥用处呢？玻璃纤维有啥用处呢？玻璃绳玻璃绳 玻璃布玻璃布 绝缘材料绝缘材料 玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料 玻璃棉玻璃棉 纤维内窥镜纤维内窥镜 光导纤维光导纤维 用于内窥镜的照明、冷光传导用于内窥镜的照明、冷光传导单丝直径单丝直径3535微米微米,通光口径通光口径1-30 mm,1-30 mm,保护层为不锈保护层为不锈钢金属软管钢金属软管+硅胶管硅胶管透光率高，柔软性好透光率高，柔软性好 u纤维光缆的结纤维光缆的结构和单个的纤维。构和单个的纤维。注意光缆的横切注意光缆的横切面至少面至少30被低被低折射指数的金属折射指数的金属包层和非传导性包层和非传导性填充材料所占据。填充材料

7、所占据。工业内窥镜工业内窥镜玻璃纤维是复合材料中使用量最大的一种增强材料。玻璃纤维是复合材料中使用量最大的一种增强材料。7.1.1 玻璃纤维的发展状况玻璃纤维的发展状况国外玻璃纤维特点：国外玻璃纤维特点：1.技术上先进，普遍采用池窑拉丝技术，发展多排多技术上先进，普遍采用池窑拉丝技术，发展多排多孔拉丝工艺孔拉丝工艺 2.直径越来越粗，纤维直径为直径越来越粗，纤维直径为1424m，甚至达到，甚至达到27m 3.大量生产无碱玻纤，无纺织玻璃纤维织物大量生产无碱玻纤，无纺织玻璃纤维织物4.无捻粗纱的短切纤维毡片所占比例增加，偶联无捻粗纱的短切纤维毡片所占比例增加，偶联剂的品种不断增加剂的品种不断增加

8、5.重视纤维树脂界面的研究，玻璃纤维的前处重视纤维树脂界面的研究，玻璃纤维的前处理受到普遍重视理受到普遍重视国内玻璃纤维特点：国内玻璃纤维特点：较国外起步较晚，中碱玻璃纤维仍然占大多较国外起步较晚，中碱玻璃纤维仍然占大多数，正向粗纤维方向发展，池窑拉丝工艺正在推数，正向粗纤维方向发展，池窑拉丝工艺正在推广，新型偶联剂不断出现，改善了纤维树脂界广，新型偶联剂不断出现，改善了纤维树脂界面，重视纤维面，重视纤维-树脂界面的研究。树脂界面的研究。7.1.2 玻璃纤维玻璃纤维的分类的分类 玻璃纤维的分类方法很多，一般可从玻璃纤维的分类方法很多，一般可从玻璃原料成分、单丝直径、纤维外观玻璃原料成分、单丝直

9、径、纤维外观及及纤纤维特性维特性等方面进行分类。等方面进行分类。(1)以玻璃原料成分分类以玻璃原料成分分类 这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。一般以不同的含碱量来区分：一般以不同的含碱量来区分：无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维(通称通称E玻璃玻璃)：国内目前规定国内目前规定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，国外一般为一般为1左右；左右；中碱玻璃纤维：中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量为碱金属氧化物含量为11.512.5；特种玻璃纤维：特种玻璃纤维：如由纯如由纯镁铝硅三镁铝硅三元组成的高强玻璃元组成的高强玻璃纤维；镁铝硅系高强、高弹玻璃纤

10、维；硅铝钙镁系纤维；镁铝硅系高强、高弹玻璃纤维；硅铝钙镁系耐化学介质腐蚀玻璃纤维；含铅纤维；高硅氧纤维；耐化学介质腐蚀玻璃纤维；含铅纤维；高硅氧纤维；石英纤维等。石英纤维等。(2)以单丝直径分类以单丝直径分类 玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分成几种：成几种：粗纤维：粗纤维：30m；初级纤维：；初级纤维：20m中级纤维：中级纤维：10m20m；高级纤维：高级纤维：3m10m(亦称纺织纤维亦称纺织纤维)；超细纤维：单丝直径小于超细纤维：单丝直径小于4m。单单丝丝直直径径的的不不同同，不不仅仅纤纤维维的的性性能能有有差差异异，而而且且影影响响到到纤

11、纤维维的的生生产产工工艺艺、产产量量和和成成本本。一一般般5m10m纤纤维维作作为为纺纺织织制制品品用用；10m14m的的纤纤维维一一般般做做无无捻捻粗粗纱纱、无无纺纺布布、短短切切纤纤维维毡毡等等较为适宜。较为适宜。(3)以纤维外观分类以纤维外观分类 有有连连续续纤纤维维，其其中中有有无无捻捻粗粗纱纱及及有有捻捻粗粗纱纱(用用于于纺纺织织)；短短切切纤纤维维；空空心心玻玻璃璃纤纤维维；玻玻璃璃粉及磨细纤维等。粉及磨细纤维等。(4)以纤维特性分类以纤维特性分类 以以纤纤维维本本身身具具有有的的性性能能可可分分为为：高高强强玻玻璃璃纤纤维维；高高模模量量玻玻璃璃纤纤维维；耐耐高高温温玻玻璃璃纤纤

12、维维；耐耐碱碱玻玻璃璃纤纤维维；耐耐酸酸玻玻璃璃纤纤维维；普普通通玻玻璃璃纤纤维维(指无碱及中碱玻璃纤维指无碱及中碱玻璃纤维)。无捻粗纱无捻粗纱短切纤维短切纤维玻璃粉玻璃粉7.2 玻璃纤维的结构与组成玻璃纤维的结构与组成7.2.1 玻璃纤维的物态玻璃纤维是纤维状的玻璃。玻璃纤维是纤维状的玻璃。玻璃是无色透明具有光泽的脆性固体。玻璃是无色透明具有光泽的脆性固体。定义：定义：由由熔熔融融态态过过冷冷时时因因粘粘度度增增加加而而具具有有固固体体物物理理机械性能的机械性能的无定形无定形物体，物体，各向同性的均质材料各向同性的均质材料。特点：特点：没有固定的熔点没有固定的熔点7.2.2 玻璃纤维的结构玻

13、璃纤维的结构微晶结构假说：微晶结构假说：玻玻璃璃是是由由硅硅酸酸块块或或二二氧氧化化硅硅的的“微微晶晶子子”组组成成，在在“微晶子微晶子”之间由硅酸块过冷溶液所填充。之间由硅酸块过冷溶液所填充。网络结构假说网络结构假说 玻玻璃璃是是由由二二氧氧化化硅硅的的四四面面体体、铝铝氧氧三三面面体体或或硼硼氧氧三三面面体体相相互互连连成成不不规规则则三三维维网网络络，网网络络间间的的空空隙隙由由Na、K、Ca、Mg等等阳阳离离子子所所填填充充。二二氧氧化化硅硅四四面面体体的的三三维维网网状状结结构构是是决决定定玻玻璃璃性性能能的的基基础础，填填充充的的Na、Ca等阳离子称为网络改性物。等阳离子称为网络改

14、性物。玻璃纤维结构示意图玻璃纤维结构示意图 7.2.3 玻璃纤维的化学组成玻璃纤维的化学组成 玻璃纤维的化学组成主要是二氧化硅玻璃纤维的化学组成主要是二氧化硅(SiO2)、三氧、三氧化二硼化二硼(B2O3)、氧化钙、氧化钙(CaO)、三氧化二铝、三氧化二铝(Al2O3)等等 以二氧化硅为主的称为硅酸盐玻璃；以二氧化硅为主的称为硅酸盐玻璃；以三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃。以三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃。氧化钠、氧化钾氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为等碱性氧化物为助熔氧化物助熔氧化物，它可，它可以以降低玻璃的熔化温度和粘度降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃溶液中的气泡容，使玻璃溶液中的气泡容易排除，

15、它主要通过易排除，它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，从而达到助溶的目的。达到助溶的目的。氧化钠和氧化钾的氧化钠和氧化钾的含量越高含量越高，玻璃纤维的，玻璃纤维的强度、电强度、电绝缘性和化学稳定性绝缘性和化学稳定性会相应的会相应的降低降低!加入氧化钙、三氧化二铝能在一定条件下构成玻加入氧化钙、三氧化二铝能在一定条件下构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质和工艺性。璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质和工艺性。玻璃纤维化学成分的制定一方面要满足玻璃纤维玻璃纤维化学成分的制定一方面要满足玻璃纤维物理和化学性能的要求，具有良好的化学稳定性；另物理和化学性能的要求，具有良

16、好的化学稳定性；另一方面要满足制造工艺的要求，如合适的成型温度、一方面要满足制造工艺的要求，如合适的成型温度、硬化速度及粘度范围。硬化速度及粘度范围。玻璃纤玻璃纤维种类维种类国内外常用玻璃纤维的成分国内外常用玻璃纤维的成分SiO2Al2O3CaOMgOZrO2B2O3Na2OK2O无碱无碱1#54.10.715.00.516.50.54.5 0.59.0 0.50.5无碱无碱2#54.50.713.80.516.20.54.0 0.59.0 0.52.0无碱无碱5#67.50.76.6 0.59.5 0.54.2 0.511.5 0.50.5中碱中碱B1766.84.78.54.2312E53

17、.516.317.34.4803C65.0414368S64.325.010.30.3G-2071.01.016.02.49A72.00.6102.514.2E无碱玻璃纤维；无碱玻璃纤维；C耐酸；耐酸；S高强；高强；G-20抗碱；抗碱；A普通有碱普通有碱7.3 玻璃纤维的性能玻璃纤维的性能7.3.1 玻璃纤维的物理性能玻璃纤维的物理性能1.外观和密度外观和密度 玻璃纤维呈表面光滑的圆柱体，表面光滑，玻璃纤维呈表面光滑的圆柱体，表面光滑，纤维之间的抱合力非常小，不利于和树脂粘结。纤维之间的抱合力非常小，不利于和树脂粘结。玻璃纤维彼此相靠近时，空隙填充得较为密实，玻璃纤维彼此相靠近时，空隙填充得较

18、为密实，有利于提高玻璃钢制品的玻璃含量。有利于提高玻璃钢制品的玻璃含量。纤维纤维名称名称羊毛羊毛蚕丝蚕丝棉花棉花人造丝人造丝尼龙尼龙碳纤维碳纤维玻璃纤维玻璃纤维无碱无碱有碱有碱密度密度g/cm31.281.331.301.451.501.601.50 1.601.141.42.62.72.4 2.6 玻璃钢使用的玻璃纤维直径玻璃钢使用的玻璃纤维直径5m20m，其密，其密度较有机纤维大很多，但比一般金属密度要低。度较有机纤维大很多，但比一般金属密度要低。2.力学性能力学性能(1)拉伸强度拉伸强度玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高几十倍玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高几十倍例：块状有碱玻

19、璃纤维的拉伸强度：例：块状有碱玻璃纤维的拉伸强度：40MPa100MPa 玻璃纤维强度：玻璃纤维强度：2000MPa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羊毛羊毛亚麻亚麻棉花棉花生丝生丝尼龙尼龙高强合高强合金钢金钢铝合铝合金金玻璃玻璃玻璃玻璃纤维纤维纤维纤维直径直径(m)1516 5010 2018块状块状块状块状块状块状块状块状58拉伸拉伸强度强度(MPa)100300350300700440300600160040 46020 12010003000微裂纹假说：微裂纹假说：玻璃的理论强度很高，可达玻璃的理论强度很高，可达2000 12000 MPa，但，但实测强度很低：在

20、玻璃或玻璃纤维中存在着数量不等、实测强度很低：在玻璃或玻璃纤维中存在着数量不等、尺寸不同的微裂纹，大大降低了强度。微裂纹分布在玻尺寸不同的微裂纹，大大降低了强度。微裂纹分布在玻璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹危害最璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹危害最大。由于微裂纹的存在，使玻璃在外力作用下受力不均，大。由于微裂纹的存在，使玻璃在外力作用下受力不均，微裂纹处产生应力集中，从而使强度下降。微裂纹处产生应力集中，从而使强度下降。玻玻璃璃纤纤维维高高温温成成型型时时减减少少了了玻玻璃璃溶溶液液的的不不均均一一性性，使使微微裂裂纹纹产产生生的的机机会会减减少少；玻玻璃璃纤纤维维的的

21、断断面面较较小小，使使微微裂纹存在的几率也减少，从而使玻璃纤维强度增高。裂纹存在的几率也减少，从而使玻璃纤维强度增高。分子取向假说：分子取向假说：在玻璃纤维成型过程中，由于拉丝机在玻璃纤维成型过程中，由于拉丝机的牵引作用，使玻璃纤维分子产生定向排的牵引作用，使玻璃纤维分子产生定向排列，从而提高了玻璃纤维强度。列，从而提高了玻璃纤维强度。影响玻璃纤维强度的因素：影响玻璃纤维强度的因素：纤维直径和长度对拉伸强度的影响纤维直径和长度对拉伸强度的影响直径直径越细，拉伸强度越高越细，拉伸强度越高随着纤维长度的增加，拉伸强度显著下降随着纤维长度的增加，拉伸强度显著下降 直径直径(m)性能性能457911拉

22、伸强度拉伸强度(MPa)3000 38002400 29001750 21501250170010501250玻璃纤维长度玻璃纤维长度(mm)纤维直径纤维直径(m)平均拉伸强度平均拉伸强度(MPa)51315002012.512109012.7360156013720含含碱量越高，强度越低。碱量越高，强度越低。无碱玻璃纤维比有碱玻璃纤维的拉伸强度高无碱玻璃纤维比有碱玻璃纤维的拉伸强度高20%。玻璃纤维玻璃纤维纤维直径纤维直径(m)拉伸强度拉伸强度(MPa)无碱无碱5.012000有碱有碱4.701600 无碱玻璃纤维成型温度高、硬化速度快、结构键能无碱玻璃纤维成型温度高、硬化速度快、结构键能大

23、大;氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它主要氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它主要通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从而达到助溶的目的。通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从而达到助溶的目的。氧化钠和氧化钾的含量越高，玻璃纤维的强度会相应氧化钠和氧化钾的含量越高，玻璃纤维的强度会相应的降低的降低 化学组成对拉伸强度的影响化学组成对拉伸强度的影响 存放时间对强度的影响存放时间对强度的影响 玻璃纤维玻璃纤维存放一段时间后其强度会降低存放一段时间后其强度会降低纤维的老化。纤维的老化。原因：空气中的水分和氧气对纤维侵蚀原因：空气中的水分和氧气对纤维侵蚀 施加负荷时间对强度的影响施加负荷时间对强度的

24、影响 玻璃纤维玻璃纤维强度随着施加负荷时间的增长而强度随着施加负荷时间的增长而降低，环降低，环境境湿度较高时，尤其明显湿度较高时，尤其明显 原因原因：吸附在微裂纹中的水分，在外力作用下，使：吸附在微裂纹中的水分，在外力作用下，使微裂纹扩展速度加速。微裂纹扩展速度加速。(2)玻璃纤维的弹性玻璃纤维的弹性玻璃纤维的延伸率：纤维在外力作用下直至拉断时的伸长玻璃纤维的延伸率：纤维在外力作用下直至拉断时的伸长百分率百分率玻璃纤维玻璃纤维的弹性模量：在弹性范围内应力和应变关系的的弹性模量：在弹性范围内应力和应变关系的比例常数比例常数影响影响玻璃纤维的弹性模量的主要因素：化学组成玻璃纤维的弹性模量的主要因素

25、：化学组成加入加入BeO、MgO能提高玻璃纤维的弹性模量能提高玻璃纤维的弹性模量纤维种类纤维种类弹性模量弹性模量(MPa)延伸率延伸率(%)无碱纤维无碱纤维(E)720003.0有碱纤维有碱纤维(A)660002.7棉纤维棉纤维10000120007.8羊毛纤维羊毛纤维60002535亚麻纤维亚麻纤维300005000023芳纶纤维芳纶纤维30002025高合金钢高合金钢160000铝合金铝合金4200046000(3)玻璃纤维的耐磨性和耐折性玻璃纤维的耐磨性和耐折性 玻璃纤维玻璃纤维的耐磨性和耐折性能很差，尤其在潮湿环境的耐磨性和耐折性能很差，尤其在潮湿环境下玻璃纤维表面吸附水分后能加速微裂

26、纹的扩展下玻璃纤维表面吸附水分后能加速微裂纹的扩展 改进改进玻璃纤维的柔性措施：表面处理玻璃纤维的柔性措施：表面处理 0.2%阳离子活性剂水溶液处理阳离子活性剂水溶液处理3.玻璃纤维的热性能玻璃纤维的热性能(1)玻璃纤维的导热性玻璃纤维的导热性玻璃导热系数：玻璃导热系数：0.7W/(mK)1.3W/(mK)玻璃纤维导热系数：玻璃纤维导热系数：0.034W/(mK)原因：纤维间的空隙较大，容积密度较小，空气导热系数低原因：纤维间的空隙较大，容积密度较小，空气导热系数低物物质种种类容容积密度密度(kg/m3)导热系数系数W/(mK)物物质种种类容容积密度密度(kg/m3)导热系数系数W/(mK)羊

27、毛羊毛800.0340.046玻璃玻璃纤维800.034蚕蚕丝1000.0460.052玻璃玻璃0.71.3亚麻麻1300.0460.053空气空气0.0246原棉原棉810.0580.062水水0.60(2)玻璃纤维的耐热性玻璃纤维的耐热性 玻璃纤维玻璃纤维的耐热性较高，软化点为的耐热性较高，软化点为550580，热膨胀系数为，热膨胀系数为4.810-6；200 250以下，玻璃纤维强度不变以下，玻璃纤维强度不变7.3.2 玻璃纤维的化学性能玻璃纤维的化学性能化学成分对玻璃纤维化学稳定性的影响：化学成分对玻璃纤维化学稳定性的影响：玻璃纤维除氢氟酸玻璃纤维除氢氟酸(HF)、浓碱、浓碱(NaOH

28、)、浓磷酸外，对、浓磷酸外，对所有化学药品和有机溶剂有很好的化学稳定性。所有化学药品和有机溶剂有很好的化学稳定性。无碱与中碱玻璃纤维性能对比无碱与中碱玻璃纤维性能对比种类种类耐酸耐酸性性耐水耐水性性机械机械强度强度防老防老化性化性电绝电绝缘性缘性成本成本浸润剂浸润剂适用条适用条件件无碱无碱一般一般好好高高较好较好好好较高较高树脂易树脂易渗透渗透强度高强度高的场合的场合中碱中碱好好差差较低较低较差较差低低低低树脂渗树脂渗透性差透性差强度低强度低的场合的场合中碱玻璃纤维耐酸性好中碱玻璃纤维耐酸性好 酸与玻璃纤维表面的金属氧化物作用，金属氧化物酸与玻璃纤维表面的金属氧化物作用，金属氧化物(Na2O、

29、K2O)离析、溶解；酸与玻璃纤维中硅酸盐作用离析、溶解；酸与玻璃纤维中硅酸盐作用生成硅酸，硅酸迅速聚合并凝成胶体，在玻璃表面形成生成硅酸，硅酸迅速聚合并凝成胶体，在玻璃表面形成一层极薄的氧化硅保护膜，实践证明一层极薄的氧化硅保护膜，实践证明Na2O、K2O有利于有利于这层保护膜的形成。这层保护膜的形成。无碱玻璃纤维耐水性好无碱玻璃纤维耐水性好 水与玻璃纤维作用，首先是侵蚀玻璃纤维表面的碱水与玻璃纤维作用，首先是侵蚀玻璃纤维表面的碱金属氧化物，水呈现碱性，随着时间增加，玻璃纤维金属氧化物，水呈现碱性，随着时间增加，玻璃纤维与碱液继续作用，直至使二氧化硅骨架破坏。与碱液继续作用，直至使二氧化硅骨架

30、破坏。玻璃纤维的化学稳定性主要取决于其成分中的玻璃纤维的化学稳定性主要取决于其成分中的二氧化硅及碱金属氧化物的含量。二氧化硅含量多二氧化硅及碱金属氧化物的含量。二氧化硅含量多能提高玻璃纤维的化学稳定性；碱金属氧化物会使能提高玻璃纤维的化学稳定性；碱金属氧化物会使化学稳定性降低。化学稳定性降低。7.4 玻璃纤维及其制品玻璃纤维及其制品 玻璃纤维的生产工艺玻璃纤维的生产工艺 坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝(1)坩埚法拉丝工艺坩埚法拉丝工艺 生产生产工艺由制球和拉丝两部分工艺由制球和拉丝两部分组成整个组成整个拉丝过程中加球和拉丝温拉丝过程中加球和拉丝温度控制是由自动控制装置来完

31、成的度控制是由自动控制装置来完成的 7.4.1 玻璃纤维及其制品的生产工艺玻璃纤维及其制品的生产工艺1加料孔；加料孔；2铂针；铂针；3坩埚；坩埚；4电极板；电极板；5玻璃液；玻璃液；6漏板；漏板；7玻璃纤维单丝；玻璃纤维单丝；8集束轮；集束轮；9玻璃纤维原纱；玻璃纤维原纱；10拉丝卷筒拉丝卷筒(2)池窑漏板法拉丝工艺池窑漏板法拉丝工艺 池窑拉丝是连续玻璃纤维生产的一种新的工艺方法。池窑池窑拉丝是连续玻璃纤维生产的一种新的工艺方法。池窑拉丝是将玻璃配合料投入熔窑熔化后直接拉制成各种支数的连拉丝是将玻璃配合料投入熔窑熔化后直接拉制成各种支数的连续玻璃纤维。续玻璃纤维。池窑拉丝与坩埚拉丝相比较，具有

32、如下优点：池窑拉丝与坩埚拉丝相比较，具有如下优点：1.省去制球工艺，简化工艺流程，效率高；省去制球工艺，简化工艺流程，效率高；2.池窑拉丝一窑可安装池窑拉丝一窑可安装10块到上百块漏板，熔量大，生产能力高；块到上百块漏板，熔量大，生产能力高；3.易实现自动化；易实现自动化；4.适于多孔大漏板生产玻璃钢适用的粗纤维；适于多孔大漏板生产玻璃钢适用的粗纤维；5.生产的废纱便于回炉。生产的废纱便于回炉。池池窑窑拉拉丝丝是是国国际际上上普普遍遍采采用用的的玻玻璃璃纤纤维维生生产产新新工工艺艺，该该技技术术特特点点是是，采采用用重重油油或或燃燃气气加加热热单单元元窑窑，粉粉料料直直接接熔熔化化成成玻玻璃璃

33、，经经燃燃气气加加热热的的成成型型通通路路，由由多多台台（数数十十到到上上百百台台）漏漏板板同同时时拉拉制制各各种种规规格格的的玻玻璃璃纤纤维维原原丝丝。具具有有生生产产规规模模大大、效效率率高高、能能耗耗低低、产产品品质质量量好好等等优优点点，能能适适应应800至至4000孔孔大大漏漏板板拉拉丝丝成成型型的的要要求求，是是生生产产高高质质量量、低低成成本本玻玻璃璃纤纤维维材材料料的的最佳方法。最佳方法。7.4.1.2 玻璃纤维制品的生产工艺玻璃纤维制品的生产工艺生产玻璃纤维制品的主要设备是纺纱机和织布机生产玻璃纤维制品的主要设备是纺纱机和织布机 1 1电熔池窑炉；电熔池窑炉；2 2漏板；漏板

34、；3 3加浸润剂；加浸润剂；4 4机械装置；机械装置；5 5喷射粘接剂；喷射粘接剂；6 6金属网带；金属网带；7 7固化装置；固化装置；8 8卷筒卷筒连续玻璃纤维毡生产示意图连续玻璃纤维毡生产示意图7.4.2 玻璃纤维纱的规格及性能玻璃纤维纱的规格及性能 玻璃纤维纱可分无捻纱及有捻纱两种。玻璃纤维纱可分无捻纱及有捻纱两种。无无捻捻纱纱一一般般用用增增强强型型浸浸润润剂剂，由由原原纱纱直直接接并并股股、络络纱纱制成制成 有有捻捻纱纱则则多多用用纺纺织织型型浸浸润润剂剂，原原纱纱经经过过退退绕绕、加加捻捻、并股、络纱而制成。并股、络纱而制成。由于生产玻璃纤维纱的纤维直径、支数及股数不同，由于生产玻

35、璃纤维纱的纤维直径、支数及股数不同，使无捻纱和有捻纱的规格有许多种。使无捻纱和有捻纱的规格有许多种。纤维支数有两种表示方法：纤维支数有两种表示方法：(1)定质量法定质量法 用质量为用质量为1g的原纱的长度来表示，即：的原纱的长度来表示，即：例如：例如：40支纱，就是指质量为支纱，就是指质量为1g的原纱长的原纱长40m。(2)定长法定长法 目前国际上统一使用的方法，通称目前国际上统一使用的方法，通称“TEXTEX”(公制号数公制号数)。1000m长的原纱的克质量。长的原纱的克质量。例如：例如：4“TEX”就是指就是指1000m原纱质量为原纱质量为4g。捻度捻度 单位长度内纤维与纤维之间所加的转数

36、，以捻单位长度内纤维与纤维之间所加的转数，以捻m为单位为单位 Z捻捻(左捻左捻)，顺时针方向加捻；，顺时针方向加捻；S捻捻(右捻右捻)，逆时针方向加捻。，逆时针方向加捻。通过加捻可提高纤维的抱合力，改善单纤维的受力状况，通过加捻可提高纤维的抱合力，改善单纤维的受力状况，有利于纺织工序的进行。捻度过大不易被树脂浸透。有利于纺织工序的进行。捻度过大不易被树脂浸透。无无捻捻粗粗纱纱中中的的纤纤维维是是平平行行排排列列的的，拉拉伸伸强强度度很很高高，易易被被树树脂脂浸浸透透，故故无无捻捻粗粗纱纱多多用用于于缠缠绕绕高高压压容容器器及及管管道道等等，同时也用于拉挤成型、喷射成型等工艺中。同时也用于拉挤成

37、型、喷射成型等工艺中。作业作业 1.为什么玻璃纤维的拉伸强度比同成分为什么玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高？的块状玻璃高？2.影响玻璃纤维强度的因素有哪些？如影响玻璃纤维强度的因素有哪些？如何影响？解释原因。何影响？解释原因。玻璃纤维及玻璃纤维制品玻璃纤维及玻璃纤维制品1、无捻粗纱无捻粗纱 无捻粗纱是由平行原无捻粗纱是由平行原丝或平行单丝集束而成。丝或平行单丝集束而成。无捻粗纱是加工方格布、无捻粗纱是加工方格布、网格布的基本原料，是网格布的基本原料，是玻璃钢基材最基本的原玻璃钢基材最基本的原材料。材料。喷射喷射用无捻粗纱，缠绕型无捻粗纱，拉挤用无捻粗纱用无捻粗纱，缠绕型无捻粗纱，拉挤用无

38、捻粗纱及织造用无捻粗纱等，用途十分广泛。及织造用无捻粗纱等，用途十分广泛。种类种类2 2、无碱布、无碱布 无无碱碱布布是是用用无无碱碱玻玻纤纤纱纱织织造造而而成成，具具有有优优异异的的电电气气绝绝缘缘性性、力力学学性性能能、耐耐热热性性及及抗抗吸吸湿湿性性。主主要要用用于于生生产产各各种种电电绝绝缘缘层层压压板板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、船艇、模具等印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、船艇、模具等 无无碱碱布布还还适适合合用用作作玻玻璃璃漆漆布布，玻玻璃璃布布层层压压制制品品与与覆覆铜铜箔箔层层压压的基材，以及玻璃云母制品等的补强材料。的基材，以及玻璃云母制品等的补强材料。3 3、短切玻璃

39、纤维、短切玻璃纤维 短切玻璃纤维，适应于各种不同的用途。采用适当短切玻璃纤维，适应于各种不同的用途。采用适当的浸润剂和集束数，切成不同长度的玻璃纤维，在热固的浸润剂和集束数，切成不同长度的玻璃纤维，在热固性，热塑性树脂增强材料中获得广泛的应用。性，热塑性树脂增强材料中获得广泛的应用。4 4、无捻方格布、无捻方格布 以以无无捻捻粗粗纱纱织织成成的的方方格格布布，广广泛泛应应用用于于手手糊糊玻玻璃璃钢钢(FRP)产品领域。产品领域。5 5、玻璃纤维耐碱网布、玻璃纤维耐碱网布 玻玻璃璃纤纤维维耐耐碱碱网网布布是是以以中中碱碱或或无无碱碱玻玻璃璃纤纤维维织织物物为为基基础础，经经耐耐碱碱涂涂层层处处理

40、理而而成成。该该产产品品强强度度高高、粘粘结结性性好好、服服帖帖性性、定定位位性性极极佳佳，广广泛泛应应用用于于墙墙体体增增强强，外外墙墙保保温温，屋屋面面防防水水等等方方面面，还还可可应应用用于于水水泥泥、塑塑料料、沥沥青青、大大理理石石、马马赛赛克克等等墙墙体体材材料料的的增增强强，是建筑行业理想的工程材料。是建筑行业理想的工程材料。6 6、膨体纱与膨体布、膨体纱与膨体布 膨膨体体纱纱由由玻玻璃璃纤纤维维纱纱经经过过高高压压空空气气装装置置，特特殊殊膨膨化化而而成成，该该产产品品兼兼有有连连续续长长纤纤维维的的高高强强度度，又又有有短短切切纤纤维维的的蓬蓬松松性性，具具有有耐耐高高温温、耐

41、耐腐腐蚀蚀、高高过过滤滤效效果果、高高强强度度等等特特点点，被被广广泛泛应应用用于于过过滤滤布布、装装饰饰布布、绝绝缘缘织织物物等等，是是石石棉棉制制品品理想的替代材料，在环保工业方面应用广泛。理想的替代材料，在环保工业方面应用广泛。膨膨体体布布是是由由膨膨体体纱纱制制造造而而成成，具具有有透透气气性性好好，容容尘尘量量大大、过过滤滤效效率率高高等等特特点点。主主要要用用于于钢钢铁铁、水水泥泥、发发电电等等行行业业的的高高温温袋袋过过滤滤器器；包包装装材材料料；装装饰饰材料等。材料等。7 7、拉挤纱、拉挤纱 具具有有良良好好的的耐耐磨磨性性、柔柔软软成成性性好好、纤纤维维光光滑滑毛毛纱纱少少、

42、与与苯苯乙乙烯烯有有极极好好的的相相溶溶性性，浸浸透透速速度度非非常常快快。通通过过拉拉挤挤成成型型与与聚聚酯酯或或环环氧氧树树脂脂结结合合成成高高强强度度的的玻玻璃钢制品。璃钢制品。挤拉纱产品特性：品名品名产品产品代号代号浸润剂类浸润剂类型型含水率含水率选用选用树脂树脂卷装量卷装量(Kg)无碱拉挤无碱拉挤纱纱ERL-1200硅烷类硅烷类0.18聚酯或环聚酯或环氧氧200.5无碱拉挤无碱拉挤纱纱ERL-2400硅烷类硅烷类0.18聚酯或环聚酯或环氧氧200.5中碱拉挤中碱拉挤纱纱CRL-1200硅烷类硅烷类0.2聚酯或环聚酯或环氧氧200.5中碱拉挤中碱拉挤纱纱CRL-2400硅烷类硅烷类0.

43、2聚酯或环聚酯或环氧氧200.58 8、缠绕纱、缠绕纱 具具有有较较好好的的成成带带性性、柔柔软软、纤纤维维光光滑滑、与与苯苯乙乙烯烯有有很很好好的的相相溶溶性性、浸浸透透速速度度快快。制制成成的的玻玻璃璃钢钢耐耐水水性性好好。通通过过管管道道缠绕成型与聚酯或环氧树脂结合成高强度的玻璃钢制品。缠绕成型与聚酯或环氧树脂结合成高强度的玻璃钢制品。品名品名产品产品代号代号浸润剂浸润剂类型类型含水率含水率选用选用树脂树脂卷装量卷装量(Kg)无碱缠无碱缠绕纱绕纱ERC-1200硅烷类硅烷类0.18聚酯或聚酯或环氧环氧200.5无碱缠无碱缠绕纱绕纱ERC-2400硅烷类硅烷类0.18聚酯或聚酯或环氧环氧2

44、00.5中碱缠中碱缠绕纱绕纱CRC-2400硅烷类硅烷类0.2聚酯或聚酯或环氧环氧200.59 9、喷射纱、喷射纱 具具有有较较好好的的短短切切性性能能、无无静静电电、与与苯苯乙乙烯烯有有良良好好的的相相溶溶性性、浸浸透透速速度度较较快快。通通过过连连续续喷喷射射法法与与聚聚酯酯或或环环氧氧树树脂脂结结合合成成高高强强度度的的玻璃钢制品。玻璃钢制品。1010、玻璃纤维套管、玻璃纤维套管 玻璃纤维套管是由无碱纱编织而成，用于电视、仪表、玻璃纤维套管是由无碱纱编织而成，用于电视、仪表、无线电、电视机、电扇及其他家用电器上。应用玻璃纤维无线电、电视机、电扇及其他家用电器上。应用玻璃纤维套管的电线和电

45、缆能提供良好的性能和可靠的绝缘。套管的电线和电缆能提供良好的性能和可靠的绝缘。1111、短切毡、短切毡 把把玻玻璃璃纤纤维维短短切切成成约约50mm长长，然然后后均均匀匀沉沉降降在在成成型型带带上上，并并敷敷上上特特种种粘粘结结剂剂形形成成短短切切毡毡，它它具具有有各各向向同同性性与与树树脂脂结结合合良良好好的的亲亲和和性性，脱脱泡泡性性、易易成成型型等等特特点点，广广泛泛使使用用于于手手糊玻璃钢糊玻璃钢(FRP)及玻纤层压板材上。及玻纤层压板材上。1212、连续原丝毡、连续原丝毡 连续原丝毡是新型玻纤无纺增强材料，广泛用于高质量玻璃连续原丝毡是新型玻纤无纺增强材料，广泛用于高质量玻璃钢的模压

46、和拉挤成型工艺。该技术以玻璃纤维原丝为原料，经机钢的模压和拉挤成型工艺。该技术以玻璃纤维原丝为原料，经机械铺叠制成高强度无纺毡，产品规格为械铺叠制成高强度无纺毡，产品规格为225900克克/平方米平方米1313、玻璃纤维方格布、玻璃纤维方格布 玻璃纤维方格布具有高强、耐腐、绝缘等特点。是制造玻璃纤维方格布具有高强、耐腐、绝缘等特点。是制造玻璃钢制品基布。广泛应用于仪表、无线电贮槽建筑构件、玻璃钢制品基布。广泛应用于仪表、无线电贮槽建筑构件、制造游艇、汽车车体、透明玻璃钢及手糊玻璃钢工艺上。制造游艇、汽车车体、透明玻璃钢及手糊玻璃钢工艺上。1414、无碱纤维带、无碱纤维带 无无碱玻璃纤维带是电机

47、及电器的良好的包扎绝缘材碱玻璃纤维带是电机及电器的良好的包扎绝缘材料，也是玻璃钢料，也是玻璃钢(FRP)用基材。用基材。7.5 玻璃纤维的表面处理玻璃纤维的表面处理单丝处理单丝处理(浸润剂浸润剂)纤维织物的表面处理纤维织物的表面处理(中间粘合剂中间粘合剂)7.5.1 浸润剂浸润剂 在拉丝工艺中，当玻璃液从漏板拉出单丝以后，要经过浸在拉丝工艺中，当玻璃液从漏板拉出单丝以后，要经过浸润槽把浸润剂涂敷在玻璃纤维表面上。浸润剂可分为纺织型润槽把浸润剂涂敷在玻璃纤维表面上。浸润剂可分为纺织型浸润剂和增强型浸润剂。浸润剂和增强型浸润剂。1.浸润剂的作用浸润剂的作用 玻璃纤维玻璃纤维突出的弱点：较脆而且不耐

48、磨，纤维之间突出的弱点：较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。在拉丝和纺织过程中，纤维就难免出的摩擦系数大。在拉丝和纺织过程中，纤维就难免出现断裂现象，而且刚拉出的纤维容易受到空气中水蒸现断裂现象，而且刚拉出的纤维容易受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其强度下降。汽的侵蚀，使其强度下降。浸润浸润剂的作用：使多根单丝集中成股，增加原纱的剂的作用：使多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和提高拉伸强度；保护纤维免受大气和水分的耐磨性和提高拉伸强度；保护纤维免受大气和水分的侵蚀作用。侵蚀作用。2.浸润剂的种类浸润剂的种类 (1)纺织型浸润剂纺织型浸润剂 主要是满足纺织工序的要求主要是满足纺织工序的要求。使用使用

49、该类浸润剂的玻璃纤维和织物作为玻璃钢的增强材科时，该类浸润剂的玻璃纤维和织物作为玻璃钢的增强材科时，事先必须对纤维和织物进行表面处理。因为浸润剂中含石蜡和事先必须对纤维和织物进行表面处理。因为浸润剂中含石蜡和油剂，影响与树脂的粘结。油剂，影响与树脂的粘结。纺织型浸润剂纺织型浸润剂淀粉浸润剂淀粉浸润剂石蜡乳剂石蜡乳剂淀粉为主要的成膜剂优淀粉为主要的成膜剂优点：费用低、成膜性好、点：费用低、成膜性好、易除掉易除掉主要成分：石蜡、凡主要成分：石蜡、凡士林、硬脂酸、变压士林、硬脂酸、变压器油等器油等优点：润滑性、集束优点：润滑性、集束 性好性好(2)增强型浸润剂增强型浸润剂 由中间粘合剂、润滑剂、乳化

50、剂等组分，配成拉由中间粘合剂、润滑剂、乳化剂等组分，配成拉丝用的浸润剂，在拉丝过程中直接被覆于玻璃纤维表丝用的浸润剂，在拉丝过程中直接被覆于玻璃纤维表面。增强型浸润剂在一定程度上能满足拉丝工艺要求，面。增强型浸润剂在一定程度上能满足拉丝工艺要求，而且对纤维与树脂粘结影响不大。因此，在玻璃钢成而且对纤维与树脂粘结影响不大。因此，在玻璃钢成型时不必除去，可直接使用。在选用玻璃纤维及其织型时不必除去，可直接使用。在选用玻璃纤维及其织物时。必须根据树脂类型考虑采用何种浸润剂。物时。必须根据树脂类型考虑采用何种浸润剂。7.5.2 玻璃纤维表面处理剂玻璃纤维表面处理剂1.表面处理的意义表面处理的意义 表面