3.1-玻璃纤维

玻璃纤维绳玻璃纤维布玻璃纤维绳玻璃纤维纸纳米碳管纤维碳纤维绳第三章复合材料的增强材料reinforcingmaterial概述generalization•增强材料的主要功能，是赋予复合材料以高强度和高模量等力学性质。•另外,赋予热,电,磁等新的性能.概述generalization•纤维状增强材料，它的抗拉强度和拉伸弹性模量，有时要比同一块材料要大几个数量级。概述generalization•增强材料纤维fiber晶须whisker粉体particle•纤维增强材料应用最广泛，如玻璃纤维（glassfiber）碳纤维（carbonfiber)芳纶纤维(aramidfiber)3.1玻璃纤维及其制品（glassfiber）3.1玻璃纤维及其制品（glassfiber）•1893年美国研究成功。•世界上三十国家生产，4000－5000种。•我国玻璃纤维工业始于1958年。1、玻璃纤维的分类分类单丝直径纤维外观玻璃原料纤维特性1、玻璃纤维的分类(1)按玻璃原料分类碱性氧化物含量有碱玻璃纤维大于12％中碱玻璃纤维6％－12％低碱玻璃纤维2％－6％无碱玻璃纤维小于1％(1)按玻璃原料分类无碱玻纤亦称E-玻纤，系一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分.具有良好的电气绝缘性及机械性能，化学稳定性好,广泛用于复合材料的增强材料.它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。(1)按玻璃原料分类中碱玻纤亦称C-玻纤，其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10%～20%，(2)按单丝直径分类单丝直径um粗纤维30初级纤维20中级纤维10-20高级纤维3-10(3)按纤维外观分类按纤维外观分类•连续纤维：无捻粗纱，有捻粗纱•短切纤维•空心玻璃纤维•玻璃粉(4)按纤维特性分类按纤维特性分类•高强度纤维：S玻纤，强度高。•低介纤维：D玻纤，电绝缘性好。•耐化学药品纤维：C玻纤，耐腐蚀。•耐电腐蚀纤维：E-CR玻纤(4)按纤维特性分类1、高强玻璃纤维（S玻纤）其特点是高强度、高模量，它的单纤维抗拉强度为2800MPa，比无碱玻纤抗拉强度高25%左右，弹性模量86000MPa，比E-玻璃纤维的强度高。用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹盔甲及运动器械。(4)按纤维特性分类2、D玻璃纤亦称低介电玻璃，用于生产介电强度好的低介电玻璃纤维。(4)按纤维特性分类3、AR玻璃纤维亦称耐碱玻璃纤维，主要是为了增强水泥而研制的。(4)按纤维特性分类4、A玻璃亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻璃纤维。2、玻璃纤维的组成和结构（1）玻璃纤维的化学组成•玻璃纤维的化学组成主要是SiO2，以及碱金属氧化物。•玻璃纤维的化学组成对玻璃纤维的性质和工艺特性起决定性作用。•以SiO2为主的硅酸盐玻璃，以B2O3为主的称为硼酸盐玻璃。2、玻璃纤维的组成和结构（2）玻璃纤维的结构•由二氧化硅的四面体组成的三维网络结构。•Ca、Na、K等在网络间的空隙。3、玻璃纤维性能（1）外观和密度•外观是光滑的圆柱体状，其截面几乎是完整的圆形。•两个特点：表面光滑使纤维的握固力小，不利于与树脂粘结；圆形截面，能使纤维间的空隙填充得较为密实.3、玻璃纤维性能（1）外观和密度•玻璃纤维的比重比有机纤维大，比金属纤维小，几乎与铝纤维相当。•其比重与玻璃的成分有密切关系，一般为2.4~2.7左右。（2）玻璃纤维的力学性能1）玻璃纤维的拉伸强度（tensilestrength）•拉伸强度高•玻纤高强的原因：微裂纹假说，有微裂纹存在，产生应力集中。玻纤，微裂纹存在的几率减小。（2）玻璃纤维的力学性能•影响玻纤强度的因素纤维直径、长度化学组成存放时间纤维的疲劳玻纤的成型方法玻璃纤维丝玻璃纤维的成分、直径、编织结构直接影响着复合材料的机械、物理、化学电性能.纤维类别性能有碱A化学C低介电D无碱E高强度S粗纤维R高模量M拉伸强度，GPa3.13.12.53.44.584.43.5弹性模量，GPa737455718586110延伸率%3.63.374.65.2密度，g/cm32.462.462.142.52.52.552.89玻璃纤维品种性能一览表（2）玻璃纤维的力学性能2）玻纤的弹性•断裂伸长率（breakingelongation)3％，比有机纤维低•弹性模量(elasticmodulus)比金属低（2）玻璃纤维的力学性能3）玻纤的耐磨、耐折性能差，可采用表面处理来提高。贮运成型铺糊（3）玻璃纤维的热性能•耐热性较高：软化点550－580℃•导热系数小：0.034w/m.k•不燃烧（4）玻璃纤维的电性能•电绝缘材料：无碱玻纤•半导体：加入氧化铁、氧化铝、氧化铜•导电纤维：涂金属或石墨（5）玻璃纤维的光学性能•优良的透光材料•做各种采光材料（6）玻纤的化学性能•耐化学药品•有碱纤维耐酸性好•中碱、无碱耐碱性好•中碱比无碱耐酸性好4、玻璃纤维的制造最常用的制造方法是把熔融的玻璃液迅速（每分钟600~4800米）拉出坩埚漏孔，成为直径3~30μ的细的连续纤维，然后经过浸润槽，加上浸润剂使分散的单丝结成一股原丝。浸润剂•浸润剂在拉丝和纺织过程中的作用很大，它主要是使纤维粘合集束、润滑耐磨、消除静电等，保证拉丝和纺织顺利进行。•浸润剂一般分为两类：一类称为纺织型浸润剂，主要适应拉丝、纺织加工的需要，其成分含有石蜡、凡士林、硬脂酸、变压器油、固色剂、表面活性剂和水。浸润剂另一类是增强型浸润剂。主要是树脂型的，并在其中加入某些化学处理剂，用增强型浸润剂的玻璃纤维及制品制造玻璃钢时，不必另行处理，从而避免了玻璃纤维及制品在后处理中的强度损失。5、玻璃纤维制品及规格玻璃纤维的单丝直径与原纱号数(支数)•从拉丝漏板的每个漏孔中拉出的细玻璃丝，称为单纤维。•从坩埚漏板拉丝孔中拉出来的多根纤维浸以浸润剂集束而成一股纤维束，称为玻璃纤维原纱。5、玻璃纤维制品及规格•玻璃纤维原纱:表示玻璃纤维原纱精细的量度标准有很多种，我国规定用公制号数表示，代替以往常用的支数单位。•号数的定义是1000米纤维纱重量的克数。•支数的含义是一克重原纱的米数长度。玻璃纤维制品将集束原纱加捻、退解、并股成为玻璃纤维线，再经织造成为玻璃纤维布或玻璃纤维带等织物，或者将无捻原纱并股成无捻粗纱，或者再将无捻粗纱织成无捻粗纱布，或者将无捻粗纱切成短切纤维制成玻璃纤维毡片等。玻璃纤维制品玻璃纤维制品1.无捻粗纱•将一组许多股基本平行的原丝，集束成一束缠绕在园柱形的纱管上。1.无捻粗纱•无捻粗纱没有捻度，单纤维是比较疏松的平行排列，容易浸透树脂，适合于制造玻璃钢制品。玻璃纤维制品1.无捻粗纱•无捻粗纱可以直接用于缠绕玻璃钢制品，也可以加工成为无纬布，也可以织成无捻粗纱格子布。•无捻粗纱格子布适用于手糊成型工艺，其典型的玻璃钢产品有船壳和容器等。•无捻粗纱可切成短纤维，用于预混料模压，也可以用于增强热塑性塑料及喷射成型工艺。1.无捻粗纱（1）喷射用无捻粗纱：适合于玻璃钢喷射成型使用的无捻粗纱要具备如下性能：①良好的切割性，在连续高速切割时产生的静电少；②无捻粗纱切割后分散成原丝的效率要高，也即分束率高，通常要求90%以上；③短切后的原丝具有优良的覆模性，可覆盖在模具的各个角落；④树脂浸透快，易于被辊子辊平并易于驱赶气泡；⑤原丝筒退解性能好，粗纱线密度均匀，适合于各种喷枪及纤维输送系统。1.无捻粗纱（2）SMC用无捻粗纱：SMC即片状模塑料，主要用于压制汽车部件、浴缸、水箱板、净化槽、各种座椅等。SMC用无捻粗纱在制造SMC片材时要切成25mm的长度，分散在树脂糊中，因此对SMC用无捻粗纱的要求是短切性好，毛丝少，抗静电性优良，在切割时短切丝不会粘附在刀辊上。对着色的SMC而言，无捻粗纱要在高颜料含量的树脂糊中被树脂浸透。1.无捻粗纱（3）缠绕用无捻粗纱：缠绕法用于制造各种口径的玻璃钢管、贮罐等。对缠绕用无捻粗纱的要求如下：①成带性好，呈扁带状；②无捻粗纱退解性好，在从纱筒退解时不脱圈，不形成鸟巢状乱丝；③张力均匀，无悬垂现象；④线密度均匀，一般须小于±7%；⑤无捻粗纱浸透性好，从树脂槽通过时易为树脂润湿及浸透。1.无捻粗纱（4）拉挤用无捻粗纱：拉挤用于制造断面一致的各种型材，其特点是玻纤含量高，单向强度大。拉挤用无捻粗纱可以是多股原丝并合的也可以是直接的无捻粗纱，其线密度范围为1100号到4400号。各种性能要求与缠绕无捻粗纱大体相同。1.无捻粗纱（5）织造用无捻粗纱：无捻粗纱的一个重要用途是织造各种厚度的方格布或单向无捻粗纱织物，它们大多用于手糊玻璃钢成型工艺中。对织造用无捻粗纱有如下要求：①良好的耐磨性；②良好的成带性；③织造用无捻粗纱在织造前需经强制烘干；④无捻粗纱张力均匀，悬垂度应符合一定标准；⑤无捻粗纱退解性好；⑥无捻粗纱浸透性好。2.玻璃纤维毡（1）短切玻璃纤维毡把无捻粗纱切断成适当长度（25~100mm，一般是50mm），随机地沉积在传送带上，同时将粉状或溶剂型粘结剂加在疏松的纤维上，随后滚压烘干冷却，即成玻璃毡。2.玻璃纤维毡（1）短切玻璃纤维毡•调节切割速度和传送带的速度可制得不同厚度的毡片。•短切纤维毡比织物成本低，变形性好，工艺上使用方便，用它制造的玻璃钢制品具有平面各向同性，制品的树脂含量可高达60~80%。2.玻璃纤维毡（2）连续原丝毡：将拉丝过程中形成的玻璃原丝或从原丝筒中退解出来的连续原丝呈8字形铺敷在连续移动网带上，经粉末粘结剂粘合而成。连续玻纤原丝毡中纤维是连续的，故其对复合材料的增强效果较短切毡好。主要用在拉挤法、RTM法、压力袋法及玻璃毡增强热塑料（GMT）等工艺中。2.玻璃纤维毡（3）表面毡•是把长的单纤维短切、无规均匀分散，用可溶性粘接剂粘成的薄毡。•它浸胶速度快，覆盖性能好、能吸收比较多的树脂，用其覆盖玻璃钢表面可形成所谓“富树脂层”其树脂含量可达90%，掩盖玻璃纤维，使制品表面光滑美观。防止风化和腐蚀。3.玻璃布玻璃布的品种除了以所用纱号数的大小、经纬密度、排列和布的厚度来区分外，还有不同结构的织法。3玻璃布1)平纹布•这种布的每一根经纱和纬纱都从一根纱下穿过并压在另一根纱上。•布面平整，但纱卷曲最大，铺覆性较差，强度较缎纹和斜纹布低。玻璃纤维制品1)平纹布•适宜于制作简单或平坦的玻璃钢制品，例如电绝缘制品常用玻璃布层压板。•目前常用的无捻粗纱布也是平纹布，它用无捻粗纱织成，一般织成粗格布。多数用于手糊成型制品，如船艇、化工贮罐等大型制品。玻璃纤维制品2)斜纹布它是一根或多根经纱，从二根至三根或多根经纱中的上下有规律地通过。玻璃纤维制品2)斜纹布它具有良好的铺覆性和变形性，适用于制造双曲面制品或复杂形状的玻璃钢制品。玻璃纤维制品3)缎纹布一个方向上的每根纱上面通过另一方向的几根纱。玻璃纤维的卷曲最少。玻璃纤维制品3)缎纹布缎纹布比斜纹布更柔软，有良好铺覆性，适用于铺复型面复杂的玻璃钢制品。玻璃纤维制品4)单向布•这种布在经向有较多的纤维量，而在纬向纤维量较少。•使用单向布可以使产品重量下降。•降低成本和提高质量。玻璃纤维制品5)套形织法•织成园锥形布套，适用于如雷达罩和一些具有双曲面的飞机部件。•也可以织成针织品的套管来成形畸形管道。4.玻璃带•与玻璃布的结构相似，仅宽度狭。一般宽度8~20毫米左右。•在电气绝缘方面用以包扎管道制作管子接头，在增强塑料方面也有应用。玻璃纤维绳玻璃纤维的应用