玻璃纖維及其制品

1、玻璃纖維及其制品第1頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四 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、芳綸纖維等第2頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7 玻璃纖維及其制品第3頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四本節(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 玻璃纖維的分類7.

2、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)格及性能第4頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四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，它就變得像合成纖維那樣柔軟，而堅(jiān)韌的程度甚至超過了同樣粗細(xì)的不銹鋼絲！玻璃纖維有啥用處呢？第5頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四玻璃繩 玻

3、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 第6頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四用于內(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 第7頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四纖維光纜的結(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)。第8頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四第9頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四第10頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四第11

4、頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四工業(yè)內(nèi)窺鏡第12頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四第13頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四第14頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四第15頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四第16頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四玻璃纖維是復(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. 直徑越來越粗，纖維直徑為1424m，甚至達(dá)到27m

5、 3. 大量生產(chǎn)無堿玻纖，無紡織玻璃纖維織物第17頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四4. 無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內(nèi)玻璃纖維特點(diǎn)： 較國外起步較晚，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。第18頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7.1.2 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。 第19頁，共92頁

6、，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四(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區(qū)分： 無堿玻璃纖維(通稱E玻璃)： 國內(nèi)目前規(guī)定堿金屬氧化物含量不大于0.5，國外一般為1左右； 中堿玻璃纖維：堿金屬氧化物含量為11.512.5； 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。 第20頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四(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： 30m；初級(jí)纖

7、維：20m中級(jí)纖維：10m20m；高級(jí)纖維：3m10m(亦稱紡織纖維)；超細(xì)纖維：?jiǎn)谓z直徑小于4m。 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5m10m纖維作為紡織制品用；10m14m的纖維一般做無捻粗紗、無紡布、短切纖維氈等較為適宜。第21頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四(3) 以纖維外觀分類 有連續(xù)纖維，其中有無捻粗紗及有捻粗紗(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；耐堿玻璃纖維；耐酸玻璃纖維；普通玻璃纖維(指

8、無堿及中堿玻璃纖維)。 第22頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四無捻粗紗短切纖維玻璃粉第23頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7.2 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。玻璃是無色透明具有光澤的脆性固體。定義：由熔融態(tài)過冷時(shí)因粘度增加而具有固體物理機(jī)械性能的無定形物體，各向同性的均質(zhì)材料。特點(diǎn)：沒有固定的熔點(diǎn)第24頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7.2.2 玻璃纖維的結(jié)構(gòu)微晶結(jié)構(gòu)假說： 玻璃是由硅酸塊或二氧化硅的“微晶子”組成，在“微晶子”之間由硅酸塊過冷溶液所填充。 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)假說 玻璃

9、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等陽離子稱為網(wǎng)絡(luò)改性物。 第25頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四玻璃纖維結(jié)構(gòu)示意圖 第26頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7.2.3 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；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

10、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)的降低第27頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四 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，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。 第28頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四玻璃纖維種類國內(nèi)外常用玻

11、璃纖維的成分SiO2Al2O3CaOMgOZrO2B2O3Na2OK2O無堿1#54.10.715.00.516.50.54.5 0.59.0 0.50.5無堿2#54.50.713.80.516.20.54.0 0.59.0 0.52.0無堿5#67.50.76.6 0.59.5 0.54.2 0.511.5 0.50.5中堿B1766.84.78.54.2312E53.516.317.34.4803C65.0414368S64.325.010.30.3G-2071.01.016.02.49A72.00.6102.514.2E無堿玻璃纖維；C耐酸；S高強(qiáng)；G-20抗堿；A普通有堿第29頁，共

12、92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7.3 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。第30頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四纖維名稱羊毛蠶絲棉花人造絲尼龍?zhí)祭w維玻璃纖維無堿有堿密度g/cm31.281.331.301.451.501.601.50 1.601.141.42.62.72.4 2.6 玻璃鋼使用的玻璃纖維直徑5m20m，其密度較有機(jī)纖維大很多，但比一般金屬密度要低。第3

13、1頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四2. 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：40MPa100MPa 玻璃纖維強(qiáng)度：2000MPa幾種纖維材料和金屬材料的強(qiáng)度羊毛亞麻棉花生絲尼龍高強(qiáng)合金鋼鋁合金玻璃玻璃纖維纖維直徑(m)1516 5010 2018塊狀塊狀塊狀塊狀58拉伸強(qiáng)度(MPa)100300350300700440300600160040 46020 12010003000第32頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四微裂紋假說： 玻璃的理論強(qiáng)度很高，可達(dá)2000 12000 MPa

14、，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。第33頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四分子取向假說： 在玻璃纖維成型過程中，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。第34頁，共92頁，2022年，5月20日，16

15、點(diǎn)29分，星期四影響玻璃纖維強(qiáng)度的因素： 纖維直徑和長度對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響直徑越細(xì)，拉伸強(qiáng)度越高隨著纖維長度的增加，拉伸強(qiáng)度顯著下降 直徑(m)性能457911拉伸強(qiáng)度(MPa)3000 38002400 29001750 21501250170010501250玻璃纖維長度(mm)纖維直徑(m)平均拉伸強(qiáng)度(MPa)51315002012.512109012.7360156013720第35頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四 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。無堿玻璃纖維比有堿玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度高20%。玻璃纖維纖維直徑(m)拉伸強(qiáng)度(MPa)無堿5.012

16、000有堿4.701600 無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)的降低第36頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四 存放時(shí)間對(duì)強(qiáng)度的影響玻璃纖維存放一段時(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 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。第37頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29

17、分，星期四(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、MgO能提高玻璃纖維的彈性模量纖維種類彈性模量(MPa)延伸率(%)無堿纖維(E)720003.0有堿纖維(A)660002.7棉纖維10000120007.8羊毛纖維60002535亞麻纖維300005000023芳綸纖維30002025高合金鋼160000鋁合金4200046000第38頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四(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

18、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%陽離子活性劑水溶液處理第39頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四3. 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/(mK)1.3W/(mK)玻璃纖維導(dǎo)熱系數(shù)：0.034W/(mK)原因：纖維間的空隙較大，容積密度較小，空氣導(dǎo)熱系數(shù)低物質(zhì)種類容積密度(kg/m3)導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK)物質(zhì)種類容積密度(kg/m3)導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK)羊毛800.0340.046玻璃纖維800.034蠶絲1000.0460.052玻璃0.71.3亞麻1300.0460.0

19、53空氣0.0246原棉810.0580.062水0.60第40頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四(2) 玻璃纖維的耐熱性玻璃纖維的耐熱性較高，軟化點(diǎn)為550580，熱膨脹系數(shù)為4.810-6 ；200 250以下，玻璃纖維強(qiáng)度不變第41頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7.3.2 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。無堿與中堿玻璃纖維性能對(duì)比種類耐酸性耐水性機(jī)械強(qiáng)度防老化性電絕緣性成本浸潤劑適用條件無堿一般好高較好好較高樹脂易滲

20、透強(qiáng)度高的場(chǎng)合中堿好差較低較差低低樹脂滲透性差強(qiáng)度低的場(chǎng)合第42頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四中堿玻璃纖維耐酸性好 酸與玻璃纖維表面的金屬氧化物作用，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。第43頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四 玻璃纖維的化學(xué)穩(wěn)定

21、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。第44頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7.4 玻璃纖維及其制品 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)拉絲過程中加球和拉絲溫度控制是由自動(dòng)控制裝置來完成的 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拉絲卷筒第45頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四(2) 池窯漏

22、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。第46頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四池窯拉絲是國際上普遍采用的玻璃纖維生產(chǎn)新工藝，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

23、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。 第47頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四第48頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7.4.1.2 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加浸潤劑；4機(jī)械裝置；5噴射粘接劑；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)示意圖第49頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7.4.2 玻璃纖維紗的規(guī)格及性能 玻璃纖維紗可分

24、無捻紗及有捻紗兩種。 無捻紗一般用增強(qiáng)型浸潤劑，由原紗直接并股、絡(luò)紗制成 有捻紗則多用紡織型浸潤劑，原紗經(jīng)過退繞、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，使無捻紗和有捻紗的規(guī)格有許多種。 第50頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四 纖維支數(shù)有兩種表示方法： (1) 定質(zhì)量法 用質(zhì)量為1g的原紗的長度來表示，即： 例如：40支紗，就是指質(zhì)量為1g的原紗長40m。(2) 定長法 目前國際上統(tǒng)一使用的方法，通稱“TEX”(公制號(hào)數(shù))。 1000m長的原紗的克質(zhì)量。 例如：4“TEX”就是指1000m原紗質(zhì)量為4g。第51頁，共92頁，2022年，

25、5月20日，16點(diǎn)29分，星期四捻度 單位長度內(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)針方向加捻；S捻(右捻)，逆時(shí)針方向加捻。 通過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。捻度過大不易被樹脂浸透。 無捻粗紗中的纖維是平行排列的，拉伸強(qiáng)度很高，易被樹脂浸透，故無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。 第52頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四作業(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。第53頁，共92頁，2022年，5月

26、20日，16點(diǎn)29分，星期四玻璃纖維及玻璃纖維制品1、無捻粗紗 無捻粗紗是由平行原絲或平行單絲集束而成。無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。 噴射用無捻粗紗，纏繞型無捻粗紗，拉擠用無捻粗紗及織造用無捻粗紗等，用途十分廣泛。 種類第54頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四2、無堿布 無堿布是用無堿玻纖紗織造而成，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。第55頁，共92頁

27、，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四第56頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四3、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檮┖图鴶?shù)，切成不同長度的玻璃纖維，在熱固性，熱塑性樹脂增強(qiáng)材料中獲得廣泛的應(yīng)用。 第57頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四4、無捻方格布 以無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。 第58頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四5、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

28、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。第59頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四6、膨體紗與膨體布 膨體紗由玻璃纖維紗經(jīng)過高壓空氣裝置，特殊膨化而成，該產(chǎn)品兼有連續(xù)長纖維的高強(qiáng)度，又有短切纖維的蓬松性，具有耐高溫、耐腐蝕、高過濾效果、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于過濾布、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。 第60頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四 膨體布是由膨體紗制造而成，具有透氣性好，容塵量大、過濾效率高等特點(diǎn)。主

29、要用于鋼鐵、水泥、發(fā)電等行業(yè)的高溫袋過濾器；包裝材料；裝飾材料等。 第61頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7、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，浸透速度非常快。通過拉擠成型與聚酯或環(huán)氧樹脂結(jié)合成高強(qiáng)度的玻璃鋼制品。 第62頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四擠拉紗產(chǎn)品特性：品名產(chǎn)品代號(hào)浸潤劑類型含水率選用樹脂卷裝量(Kg)無堿拉擠紗ERL-1200硅烷類0.18聚酯或環(huán)氧200.5無堿拉擠紗ERL-2400硅烷類0.18聚酯或環(huán)氧200.5中堿拉擠紗CRL-1200硅烷類0.2聚酯或環(huán)氧200.5中堿拉

30、擠紗CRL-2400硅烷類0.2聚酯或環(huán)氧200.5第63頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四8、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。品名產(chǎn)品代號(hào)浸潤劑類型含水率選用樹脂卷裝量(Kg)無堿纏繞紗ERC-1200硅烷類0.18聚酯或環(huán)氧200.5無堿纏繞紗ERC-2400硅烷類0.18聚酯或環(huán)氧200.5中堿纏繞紗CRC-2400硅烷類0.2聚酯或環(huán)氧200.5第64頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四9、噴射紗 具有較好的短切性能

31、、無靜電、與苯乙烯有良好的相溶性、浸透速度較快。通過連續(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。第65頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四10、玻璃纖維套管 玻璃纖維套管是由無堿紗編織而成，用于電視、儀表、無線電、電視機(jī)、電扇及其他家用電器上。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。第66頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四11、短切氈 把玻璃纖維短切成約50mm長，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。

32、第67頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四12、連續(xù)原絲氈 連續(xù)原絲氈是新型玻纖無紡增強(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)度無紡氈，產(chǎn)品規(guī)格為225900克/平方米第68頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四13、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。第69頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四14、無堿纖維帶 無堿玻璃纖維帶是電機(jī)及電器的良好的包

33、扎絕緣材料，也是玻璃鋼(FRP)用基材。第70頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7.5 玻璃纖維的表面處理單絲處理(浸潤劑)纖維織物的表面處理(中間粘合劑)7.5.1 浸潤劑 在拉絲工藝中，當(dāng)玻璃液從漏板拉出單絲以后，要經(jīng)過浸潤槽把浸潤劑涂敷在玻璃纖維表面上。浸潤劑可分為紡織型浸潤劑和增強(qiáng)型浸潤劑。第71頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四1. 浸潤劑的作用 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。浸潤劑的作用：使多根單絲集中成股

34、，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。第72頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四 2. 浸潤劑的種類 (1) 紡織型浸潤劑 主要是滿足紡織工序的要求。 使用該類浸潤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檮┲泻灪陀蛣绊懪c樹脂的粘結(jié)。紡織型浸潤劑淀粉浸潤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)：潤滑性、集束 性好第73頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四(2)增強(qiáng)型浸潤劑 由中間粘合劑、潤滑劑、乳化劑等組分，

35、配成拉絲用的浸潤劑，在拉絲過程中直接被覆于玻璃纖維表面。增強(qiáng)型浸潤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劑。第74頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四 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)過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗?/p>

36、，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。第75頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四無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處理；3A-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；3A-172處理；4未處理第76頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四處理劑對(duì)聚酯玻璃鋼海水浸泡后強(qiáng)度

37、的影響1沃蘭處理；2-A-151處理；3A-172處理；4未處理第77頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四處理劑對(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)過處理的效果均好，特別是經(jīng)KH550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

38、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。第78頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四2. 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)。通過表面處理劑把兩種性能截然不同的物質(zhì)聯(lián)合起來，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。因此

39、，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。第79頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四3. 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第80頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四牌號(hào)化學(xué)名稱結(jié)構(gòu)式適用

40、范圍國內(nèi)國外熱固性熱塑性沃蘭Volan甲基丙烯酸氯化鉻鹽酚醛聚酯環(huán)氧聚乙烯聚甲基丙烯酸甲酯A-151乙烯基三乙氧基硅烷聚酯硅樹脂聚酰亞胺聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯KH-550A-1100AYM-9-胺基丙基三乙氧基硅烷環(huán)氧酚醛三聚氰胺PVC聚碳酸酯尼龍聚乙烯聚丙烯KH-560A-187Y-4087Z-6040KBM-403-縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷聚酯、環(huán)氧、酚醛、三聚氰胺聚碳酸酯尼龍聚苯乙烯聚丙烯常用玻璃纖維表面處理劑第81頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四牌號(hào)化學(xué)名稱結(jié)構(gòu)式適用范圍國內(nèi)國外熱固性熱塑性KH-570A-174Z-6030KBM-503-甲基丙烯酸丙基三甲氧

41、基硅烷聚酯環(huán)氧聚苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚乙烯聚丙烯南大-42苯胺甲基三乙氧基硅烷環(huán)氧酚醛尼龍A-172乙烯基三(-甲氧乙氧基)硅烷聚酯環(huán)氧聚丙烯KH-580-巰基丙基三乙氧基硅烷環(huán)氧酚醛PVC聚苯乙烯聚胺酯第82頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四牌號(hào)化學(xué)名稱結(jié)構(gòu)式適用范圍國內(nèi)國外熱固性熱塑性KH-590A-189Z-6060Y-5712-巰基丙基三甲氧基硅烷大部分都適用聚苯乙烯B201二乙烯三胺基丙基三乙氧基硅烷酚醛三聚氰胺尼龍聚碳酸酯A-186Y-4086KBM-303-(3, 4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷環(huán)氧聚酯酚醛三聚氰胺A-1120Z-6020X-6030B

42、BM-603-(乙二胺基)丙基三甲氧基硅烷環(huán)氧酚醛三聚氰胺尼龍聚乙烯聚丙烯第83頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四7.5.3 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。 分兩步進(jìn)行：首先除去玻璃纖維表面的紡織型浸潤劑，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)定是目前國內(nèi)外最常使用的處理方法。第84頁，共92頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)29分，星期四2. 前處理法 適當(dāng)改變浸潤劑的配方，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)玻璃纖維的浸潤和粘結(jié)。將化學(xué)處理劑加入到浸潤劑中。 與后處理法比較優(yōu)點(diǎn)：省去了