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　　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。纤维及其织物纤维及其织物颗粒颗粒如，植物纤维－－－棉花、麻类；动物纤维－－－丝、毛；矿物纤维－－－石棉。天然纤维强度较低，现代复合材料的增强材料用合成纤维。纤维纤维在复合材料中起增强作用增强作用，是主要承承力组分力组分。纤维纤维不仅能使材料显示出较高的抗张强度较高的抗张强度和刚度刚度，而且能减少收缩减少收缩，提高热变形温度热变形温度和低温冲击强度低温冲击强度等。复合材料的性能复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性纤维的性能能、含量含量及使用状态使用状态。如聚苯乙烯塑料聚苯乙烯塑料，加入玻璃纤维玻璃纤维后，拉伸强度拉伸强度可从600MPa提高到1000MPa，弹性模量弹性模量可从3000MPa提高到8000MPa，其热变形温度热变形温度可从85提高到105，使-40以下的冲击强度冲击强度可提高10倍。芳纶纤维聚乙烯聚乙烯纤维尼龙尼龙纤维芳纶纤维芳纶纤维是指日前巳工业化生产并广泛应用的聚芳酰胺纤维聚芳酰胺纤维。国外商品牌号叫凯芙拉凯芙拉KevlarKevlar纤维纤维，我国暂命名为芳纶纤维芳纶纤维，有时也称有机纤维有机纤维。芳纶纤维的历史芳纶纤维的历史很短，发展很快。1968午美国杜邦公司杜邦公司开始研制。1972年以BB纤维为名纤维为名发表了专利并提供产品。1972年又研制了以PRDPRD----4949命名的纤维。1973年正式登记的商品名称为ARAMIDARAMID纤维。10ARAMIDARAMID纤维纤维包括三种牌号的产品，并重改名称。PRDPRD----4949----IVIV改称为芳纶--2929；PRDPRD----4949----IIIIII改称为芳纶--4949；BB纤维纤维改称为芳纶--2929、芳纶--4949这三种牌号纤维的用途各不相同。芳纶主要用于橡胶增强，制造轮胎、三角皮带、同步带等；--2929主要用于绳索、电缆、涂漆织物、带和带状物，以及防弹背心等。--4949用于航空、宇航、造船工业的复合材料制件。12自1972年芳纶纤维芳纶纤维作为商品出售以来，产量逐年增加。其原因是由于该纤维具有独特的功能纤维具有独特的功能，使之广泛应用到军工军工和国民经济国民经济各个部门。、芳纶纤维的力学性能力学性能；Ｂ、芳纶纤维的热稳定性热稳定性；Ｃ、芳纶纤维的化学性能化学性能。芳纶纤维的特点是拉伸强度高拉伸强度高。单丝强度可达3773MPa；254mm长的纤维束的拉伸强度为2744MPa，大约为铝的5倍。芳纶纤维的冲击性能好冲击性能好，大约为石墨纤维的6倍，为硼纤维的3倍，为玻璃纤维08倍。15芳纶纤维芳纶纤维的弹性模量高弹性模量高，可达1271577MPa，比玻璃纤维高一倍，为碳纤维08倍。芳纶纤维芳纶纤维的断裂伸长断裂伸长在3％左右，接近玻璃纤维，高于其他纤维。16芳纶纤维芳纶纤维与碳纤维碳纤维混杂将能大大提高提高纤维复合材料的冲击性能冲击性能。芳纶纤维芳纶纤维的密度小密度小，比重为144145，只有铝的一半。因此，它有高的比强度比强度与比模量比模量。17下表为芳纶纤维的基本性能18芳纶纤维芳纶纤维有良好的热稳定性良好的热稳定性，耐火而不耐火而不熔熔，当温度达487时尚不熔化不熔化，但开始碳化碳化。19因此，芳纶纤维芳纶纤维在高温作用下，不发生变形，直至分解。如，能长期在180下使用；在150下作用一周后强度强度、模量模量不会下降；即使在200下，一周后强度降低强度降低15％，模量降低模量降低4％；另外，在低温-60不发生脆化脆化亦不降解降解。20和碳纤维一样，芳纶纤维的热膨胀系数热膨胀系数具有各向异性各向异性的特点。如，芳纶纤维的纵向热膨胀系数纵向热膨胀系数在0100时为-210-6；在100200时为-410。横向热膨胀系数横向热膨胀系数为5910-621芳纶纤维芳纶纤维具有良好的耐介质耐介质性能，对中性化学药品的抵抗力抵抗力一般是很强的，但易受各种酸碱的侵蚀酸碱的侵蚀，尤其是强酸的侵蚀强酸的侵蚀；22芳纶纤维的耐水性耐水性也不好，这是由于在分子结构中存在着极性酰氨基极性酰氨基；湿度湿度对纤维的影响，类似于尼龙或聚酯。在低湿度低湿度20％相对湿度下芳纶纤维的吸湿率为1％，但在高湿度高湿度85％相对湿度下，可达到7％。23芳纶纤维是对苯二甲酰与对苯二胺的聚合体，经溶解转为液晶纺丝而成。它的化学结构式如下：24从上述化学结构可知，芳纶纤维芳纶纤维材料的基体结构是长链状聚酰胺聚酰胺，即结构中含有酰氨键25键合在芳香环上刚硬的直线状分子键在纤维轴纤维轴向向是高度定向的，各聚合物链是由氢键氢键作横向连结。这种在沿纤维方向的强共价键沿纤维方向的强共价键和横向弱的氢键横向弱的氢键，是造成芳纶纤维力学性能各向异性力学性能各向异性的原因，即纤维的纵向强度高纵向强度高，而横向强度低横向强度低。26芳纶纤维的化学链主要由芳环芳环组成。这种芳环结构具有高的刚性高的刚性，并使聚合物链呈伸展伸展状态而不是折叠折叠状态，形成棒状棒状结构，因而纤维具有高的模量高的模量。27芳纶纤维分子链是线性结构线性结构，这又使纤维能有效地利用空间有效地利用空间而具有高的填充效率高的填充效率的能力，在单位体积内可容纳很多聚合物。这种高密度的聚合物具有较高的强度较高的强度。28由于芳纶纤维芳纶纤维具有规整的晶体结构规整的晶体结构，因此，它具有化学稳定性化学稳定性、高温尺寸稳定性高温尺寸稳定性、不发生不发生高温分解高温分解以及在很高温度下不致热塑化不致热塑化等特点。29通过电镜对纤维观察表明，芳纶是一种沿轴向排列向排列的有规则的褶叠层结构褶叠层结构。这种褶叠层褶叠层结构的模型，可以很好地解释横横向强度低向强度低、压缩和剪切性能差压缩和剪切性能差及容易劈裂容易劈裂的现象。目前，芳纶纤维的总产量43％用于轮胎的轮胎的帘子线％用于复合材料复合材料，175％用于绳索类绳索类和防弹衣防弹衣，85％用于其他其他。31以树脂树脂作为基体基体，芳纶纤维芳纶纤维作为增强相增强相所形成的增强塑料增强塑料，简称KFRP，它在航空航天方面的应用，仅次于碳纤维碳纤维，成为必不可少的材料。32Polyethylene,PEPolyethylene,PE聚乙烯纤维作为目前国际上最新的国际上最新的一种有机纤维，它具有以下四个特点：超轻超轻、高比强度高比强度、高比模量高比模量、成本较低。33通常情况下，聚乙烯纤维 聚乙烯纤维的分子量 分子量大于10 纤维的拉伸强度拉伸强度为35 GPa，弹性模量为11 GPa，延伸率 延伸率为34%，密度 密度为097 。可用于制做武器装甲、防弹背心、航天航空部件等。 34相比于其它各种纤维材料，聚乙烯纤维 聚乙烯纤维具有 许多种优点 优点。 如：高比强度 比强度、高比模量 比模量以及耐冲击 耐冲击、耐磨 耐磨、 自润滑 自润滑、耐腐蚀 耐腐蚀、耐紫外线 耐紫外线、耐低温 耐低温、电绝缘 电绝缘等。 35聚乙烯纤维 聚乙烯纤维的不足之处： 1熔点较低熔点较低（约135） 2高温容易蠕变高温容易蠕变。 因此仅能在100以下使用。 361、玻璃 玻璃纤维 2、特种玻璃 特种玻璃纤维 3、碳碳纤维 、氧化铝纤维6、碳化硅 碳化硅纤维 、氮化硼氮化硼纤维 8、其他 其他纤维 37Glass Fibre, GF Glass Fibre, GF Gt Gt 11 玻璃纤维 玻璃纤维及其制品 制品； 12 玻璃纤维的结构 结构及化学组成 化学组成； 13 玻璃纤维的物理性能 物理性能； 14 玻璃纤维的化学性能 化学性能。 3811 11 随着玻璃钢 玻璃钢工业的发展，玻璃纤维 玻璃纤维工 业也得到迅速发展。 国外 国外玻璃纤维的主要特点如下： 39Ａ、普遍采用池窑拉丝 池窑拉丝新技术； Ｂ、大力发展多排多孔拉丝 多排多孔拉丝工艺； Ｃ、用于玻璃钢的纤维直径 纤维直径逐渐向粗的方向 向粗的方向发展， 纤维直径为14--24um，甚至达27um； Ｄ、大量生产无碱纤维 无碱纤维； 40Ｅ、大力发展无纺织 无纺织玻璃纤维织物，无捻粗纱 无捻粗纱 短切纤维毡片所占比例增加；Ｆ、重视纤维--树脂界面 界面的研究，偶联剂的品 偶联剂的品 种种不断增加，玻璃纤维的前处理 前处理受到普遍重视。 41我国玻璃纤维工业 玻璃纤维工业诞生于1950年，当时只能 生产绝缘材料用的初级纤维 初级纤维。 1958年以后，玻璃纤维工业 玻璃纤维工业得到迅速发展。 现在全国有大、小玻璃纤维厂家200多个，玻璃 纤维年产量为5万吨，其中无碱纤维占20％，中 碱纤维占80％，纤维直径多数为6--8um，正向粗 纤维方向发展。 42池窑拉丝工艺 池窑拉丝工艺正在推广，重视纤维 纤维-- --树脂界 树脂界 面面的研究，新型偶联剂 新型偶联剂不断出现，许多玻璃纤维 厂使用前处理工艺 前处理工艺，玻璃纤维工业的不断发展促 进了我国复合材料及尖端科学技术的发展。 43玻璃纤维的分类方法很多。通常从玻 璃原料成分 原料成分、单丝直径 单丝直径、纤维外观 纤维外观及纤维 纤维 特性 特性等方面进行分类。 4411 这种分类方法主要用于连续玻璃纤维 连续玻璃纤维的分类。 一般以不同的含碱量 有碱玻璃纤维4特种 特种玻璃纤维 是以钙铝硼硅酸盐钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维，这种纤 维强度较高 强度较高，耐热性 耐热性和电性能 电性能优良，能抗大气侵 抗大气侵 蚀蚀，化学稳定性 化学稳定性也好但不耐酸 不耐酸。 46无碱玻璃纤维 无碱玻璃纤维最大的特点是电性能好 电性能好，因此 也把它称做电气玻璃 电气玻璃。 现在，国内外大多数都使用这种Ｅ破璃纤维 Ｅ破璃纤维 作为复合材料的原材料。 目前，国内规定其碱金属氧化物含量 碱金属氧化物含量不大于 05％，国外一般为1％左右。 它是指碱金属氧化物含量在115％~125 ％之间的玻璃纤维。 国外没有这种玻璃纤维，它的主要特点是 耐酸性 耐酸性好，但强度 强度不如E玻璃纤维高。它主要 用于耐腐蚀领域 耐腐蚀领域中，价格较便宜 价格较便宜。 有碱玻璃有碱玻璃称AA玻璃 玻璃，类似于窗玻璃及玻璃瓶 的钠钙玻璃。 此种玻璃由于含碱量高 强度低，对潮气侵蚀极为敏感，因而很少作为增强材料。 镁铝硅三元组成的高强玻璃纤维高强玻璃纤维，镁镁 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 耐化学介 质腐蚀 质腐蚀玻璃纤维，含铅铅纤维，高硅氧 高硅氧纤维，石英 石英 纤维等。 5022 玻璃纤维单丝 单丝呈圆柱形 圆柱形，以其直径的不同 直径的不同可以分 为以下几种： 粗粗纤维：30 um； 初级 初级纤维：20 um; 中级 中级纤维：10 20um 高级高级纤维：3 10um亦称纺织 纺织纤维。 对于单丝直径 单丝直径小于4 um的玻璃纤维称为超细纤维 超细纤维。 51单丝直径 单丝直径不同，不仅使纤维的性能 性能有差异， 而且影响到纤维的生产工艺 生产工艺、产量 产量和成本 成本。 一般5 10um的纤维作为纺织制品 纺织制品使用， 10 14um的纤维一般做无捻粗纱 无捻粗纱、无纺布 无纺布、 短切纤维毡 短切纤维毡等较为适宜。 5233 有连续纤维 连续纤维，其中有无捻粗纱 无捻粗纱及有捻粗纱 捻粗纱 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 玻璃 粉粉及磨细纤维 磨细纤维等。 5344 根据纤维本身 纤维本身具有的的性能 性能可分为：高强 高强玻璃 纤维、高模量 高模量玻璃纤维、耐碱 耐碱玻璃纤维、耐酸 耐酸玻 璃纤维、普通 普通玻璃纤维指无碱 5412 12 玻璃纤维的结构 玻璃纤维的结构 玻璃纤维 玻璃纤维的拉伸强度 拉伸强度比块状玻璃 块状玻璃高许多倍，但 经研究证明，玻璃纤维 玻璃纤维的结构 结构与玻璃 玻璃相同。 关于玻璃结构的假说到目前为止，比较能够反 映实际情况的是“微晶结构假说 微晶结构假说”和“网络结构假 网络结构假 说说”。 55玻璃是由硅酸块 硅酸块或二氧化硅 二氧化硅的“微晶 微晶子”之间由硅酸块过硅酸块过 冷溶液 冷溶液所填充。 56玻璃是由二氧化硅的四面体 二氧化硅的四面体、铝氧三面体 铝氧三面体或 硼氧三面体 硼氧三面体相互连成不规则三维网络 三维网络；网络间的 空隙 空隙由Na、K、Ca、Mg等阳离子所填充 阳离子所填充。 二氧化硅四面体的三维网状结构 三维网状结构是决定玻璃 玻璃 性能 性能的基础，填充的Na、Ca等阳离子称为网络 网络 改性物 改性物。 57大量资料证明，玻璃结构 玻璃结构是近似有序 近似有序的。主 要是因为在玻璃结构中存在一定数量和大小比较 有规则排列的区域 有规则排列的区域，这种规则性是由一定数目的 多面体遵循类似晶体结构的规则排列 晶体结构的规则排列造成的。 58但是，玻璃结构 玻璃结构的这种有序区域 有序区域不像晶体结 构那样有严格的周期性，微观上是不均匀 微观上是不均匀的，宏宏 观上却又是均匀的 观上却又是均匀的，反映到玻璃的性能 性能上是各向 各向 同性的 同性的。 59玻璃纤维的化学组成 化学组成主要是二氧化硅 二氧化硅、三氧 化二硼、氧化钙氧化钙、三氧化二铝 三氧化二铝等。 玻璃纤维的化学组成 化学组成对玻璃纤维的性质和生 性质和生 产工艺 产工艺起决定性作用，以二氧化硅 二氧化硅为主的称为硅硅 酸盐破璃 酸盐破璃，以三氧化二硼 三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃 硼酸盐玻璃。 60氧化钠 氧化钠、氧化钾 氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物 助熔氧化物， 它可以降低玻璃的熔化温度 熔化温度和粘度 粘度，使玻璃熔液中 的气泡容易排除。 助熔氧化物 助熔氧化物主要通过破坏玻璃骨架 破坏玻璃骨架，使结构疏 结构疏 松松，从而达到助熔的目的。 因此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 电绝缘性能和化学稳定性 化学稳定性都会相应的降低。 61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 下构成玻璃网络的一部分 构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质 和工艺性能。 例如，用氧化钙 氧化钙取代二氧化硅 二氧化硅．可降低拉丝 降低拉丝 温度 温度；加入三氧化二铝 氧化二铝可提高耐水性。 提高耐水性。 62总之，玻璃纤维化学成分的制定， 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 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 化学稳定性；另一方面要满足制造工艺的要求 满足制造工艺的要求， 如合适的成型温度 成型温度、硬化速度 硬化速度及粘度范围 粘度范围。 6313 13 玻璃纤维具有一系列优良性能 优良性能，拉伸强度高 拉伸强度高， 防火 防火、防霉 防霉、防蛀 防蛀、耐高温 耐高温和电绝缘性能好 电绝缘性能好等。 玻璃纤维的缺点 缺点是具有脆性 脆性，不耐腐 不耐腐，对人 的皮肤有刺激性等。 一般天然或人造的有机纤维天然或人造的有机纤维，其表面都有较 深的皱纹 皱纹； 而对于玻璃纤维 玻璃纤维来说，其表面呈光滑的圆柱 光滑的圆柱， 其横断面几乎都是完整的圆形 完整的圆形。 65宏观看来，由于表面光滑 表面光滑，纤维之间的抱合力 非常小，不利于和树脂粘结 不利于和树脂粘结； 又由于呈圆柱状 呈圆柱状，所以玻璃纤维彼此相靠近时， 空隙填充的较为密实 空隙填充的较为密实，这对于提高复合材料制品的 玻璃含量是有利的。 66玻璃纤维直径 玻璃纤维直径从15 25um，大多数为4 14um。 玻璃纤维的密度 玻璃纤维的密度为216 430g／cm ，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 比几乎一样。所以在航空工业上用复合材料 复合材料代替铝钛 合金合金就成为可能。 此外，一般情况下，无碱玻璃纤维的比重 无碱玻璃纤维的比重大于有有 碱纤维 碱纤维。 由于玻璃纤维的表面积大，使得纤维表面处理的效果 表面处理的效果对性能的影响 性能的影响很大。 玻璃纤维的拉伸强度玻璃纤维的拉伸强度 玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高 拉伸强度高。一般玻玻 璃制品 璃制品的拉伸强度只有40 100MPa，而直径3 um的玻璃纤维玻璃纤维拉伸强度则高达1500 4000MPa， 较一般合成纤维高约10倍，比合金钢还高2倍。 69几种纤维和全属 纤维和全属材料的强度如下表所示： 几种纤维材料和金属材料的强度 70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微裂纹假说 微裂纹假说。 微裂纹假说 微裂纹假说认为，玻璃的理论强度取决于分分 子或原子间的引力 子或原子间的引力，其理论强度很高 理论强度很高，可达到 200 71但通常情况下，玻璃或玻璃纤维的实测 实测 强度 强度很低。这是因为，在它们当中，存在着 数量不等 数量不等，尺小不同 尺小不同的微裂纹 微裂纹，从而大大降 低了其强度。 72微裂纹 微裂纹分布在破璃或玻璃纤维的整个体积 整个体积内， 但以表面的微裂纹 表面的微裂纹危害最大。 出于微裂纹 微裂纹的存在，使玻璃在外力作用下受力 受力 不均 不均，在危害最大的微裂纹处，产生应力集中 应力集中，从 而使强度下降 强度下降。 73玻璃纤维 玻璃纤维比玻璃的强度高 强度高很多，主要有两方 面的原因： Ａ、玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的 减少了玻璃溶液的 不均一性 不均一性，使微裂纹产生的机会减少 微裂纹产生的机会减少。 Ｂ、玻璃纤维的断面较小 断面较小，随着表面积的减 表面积的减 小小，使微裂纹存在的几率 微裂纹存在的几率也减少，从而使纤维强 度增高。 74有人更明确地提出，直径小的 直径小的玻璃纤维强度 比直径粗的 直径粗的纤维强度高的原因是由于表面微裂纹 表面微裂纹 尺寸和数量较小 尺寸和数量较小，从而减少了应力集中 减少了应力集中，使纤维 具有较高的强度。 75A、一般情况，玻璃纤维的拉伸强度 拉伸强度随直直 径径变细而拉伸强度增加，如下表所示： 76玻璃纤维拉伸强度与直径的关系 77B、拉伸强度 拉伸强度也与纤维的长度 纤维的长度有关，随着长 度增加拉伸强度显著下降 拉伸强度显著下降。如下表所示： 78纤维直径和长度 直径和长度对拉伸强度 拉伸强度的影响，可用 “微裂纹理论 微裂纹理论”给予解释： 随着纤维直径的减小 直径的减小和长度的缩短 长度的缩短，纤维 中微裂纹的 微裂纹的数量和大小 数量和大小就会相应地减小 减小，这样 强度 强度就会相应地增加 增加。 79Ｃ、化学组成对强度的影响 Ｃ、化学组成对强度的影响 纤维的强度 强度与玻璃化学成分 化学成分关系密切。 对于同一系统 同一系统即基本组分来说，部分改变氧化 物的种类和数量，纤维强度改变不大20％—30％。 而改变系统 改变系统即改变它的基本组分，强度会产生 大幅度地变化。 80一般来说，含碱量越高，纤维的强度越低。高高 强玻璃纤维 强玻璃纤维强度明显地高于无碱玻璃纤维 无碱玻璃纤维，而有碱 纤维纤维强度更低。 研究表明，高强 高强和无碱玻璃纤维 无碱玻璃纤维由于成型温度 成型温度 高高、硬化速度快 硬化速度快、结构键能大 结构键能大等原因，而具有很高高 的拉伸强度 的拉伸强度。 81纤维的表面缺陷 表面缺陷对强度影响 强度影响巨大。如下表所示： 纤维强度与化学组成的关系 82从上表可以看出，当各种纤维都有微裂纹 时强度相近；只有当表面缺陷减小到一定程度 时，纤维强度 纤维强度对其化学组成 化学组成的依赖关系才会表 现出来。 83DD 当纤维存放一段时间 存放一段时间后，会出现强度下 强度下 降降的现象，称为纤维的老化 纤维的老化。 纤维的老化 纤维的老化主要取决于纤维对大气水分 的化学稳定性。 84例如，直径6 um的无碱玻璃纤维 无碱玻璃纤维和含17％的 Na 有碱纤维有碱纤维，在空气湿度为60％~ 65％的条 件下存放，无碱玻璃纤维 无碱玻璃纤维存放后强度基本不变 强度基本不变， 而有碱纤维 有碱纤维强度 强度不断下降 下降。 强度变化的原因，主要是由于二种纤维 二种纤维对大大 气水分的化学稳定性 气水分的化学稳定性不同所致。 85EE 玻璃纤维的疲劳 玻璃纤维的疲劳一般是指纤维强度 纤维强度随施加负荷 施加负荷 时间的增加而降低 时间的增加而降低的情况。 纤维疲劳现象是普遍 普遍的，当相对湿度为60 65%时，玻璃纤维在长期张力作用下 长期张力作用下，都会有很 大程度的疲劳。 86纤维强度 纤维强度受施加负荷时间 时间的影响，即纤维的 纤维的 疲劳 疲劳是普通存在的。 例如，在施加60％的断裂负荷 断裂负荷的作用力下， 87玻璃纤维疲劳的原因 疲劳的原因，在于吸附作用的影响 吸附作用的影响， 即水分吸附 水分吸附并渗透到纤维微裂纹 渗透到纤维微裂纹中，在外力的作用 下，加速裂纹的扩展。 玻璃纤维疲劳的程度 疲劳的程度取决于微型纹 微型纹扩展和范围 扩展和范围。 这与应力 应力、尺寸 尺寸、湿度 湿度、介质种类 介质种类等方面有关。 88FF 玻璃纤维成型方法 成型方法和成型条件 成型条件对强度也有 很大影响。 如玻璃硬化速度越快 硬化速度越快，拉制的纤维强度也 纤维强度也 越高 越高。 89AA、、玻璃纤维的延伸率 玻璃纤维的延伸率 纤维的延伸率又称断裂伸长率 断裂伸长率是指纤维在外力 作用下直至拉断时 直至拉断时的伸长百分率。 玻璃纤维的延伸率 玻璃纤维的延伸率比其它有机纤维的延伸率低低， 一般为3％左右。 90BB、、玻璃纤维的弹性模量 玻璃纤维的弹性模量 玻璃纤维的弹性模量 弹性模量是指在弹性范围内内应力 应力 和应变关系 和应变关系的比例常数 比例常数。 玻璃纤维的弹性模量 弹性模量约为7 MPa，与铝相当，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。 91对玻璃纤维的弹性模量 弹性模量起主要作用的是其 化学组成 化学组成。 实践证明，加入BeO BeO、MgO MgO能够提高玻璃 纤维的弹性模量。 92含BeO的高弹玻璃纤维 弹玻璃纤维M，其弹性模量比 无碱玻璃纤维 无碱玻璃纤维E提高60％。它取决于玻璃纤维 结构的本身 结构的本身，与直径大小、磨损程度等无关。 另外，不同直径的玻璃纤维弹性模量相同 弹性模量相同， 也证明了它们具有近似的分子结构。 玻璃纤维的耐磨性耐磨性是指纤维抵抗磨擦 磨擦的能力； 玻璃纤维的耐折性 耐折性是指纤维抵抗折断 折断的能力。 玻璃纤维这两个性能都很差 两个性能都很差，经过揉搓摩擦容易受 伤或断裂，这是玻纤的严重缺点。 94当纤维表面吸附水分 吸附水分后能加速微裂纹扩展 微裂纹扩展， 使纤维耐磨性和耐折性 耐磨性和耐折性降低。 为了提高玻璃纤维的柔性 柔性以满足纺织工艺的 工求，可以采用适当的表面处理 表面处理，如经02％阳 离子活性剂水溶液处理后，玻璃纤维的耐磨性比 未处理的高200倍。 95纤维的柔性 柔性一般以断裂前弯曲半径的大小 断裂前弯曲半径的大小来 表示；弯曲半径越小，柔性越好。 如玻璃纤维 玻璃纤维直径为9 um时，其弯曲半径为 0094 mm；而超细纤维 超细纤维直径为36 um时，其弯曲 半径为0038 mm。 玻璃纤维的导热性玻璃纤维的导热性 导热系数 导热系数是指通过单位传热面积1m 度梯度为1度m，时间为1小时所通过的热量 所通过的热量。 97玻璃 玻璃的导热系数为06 1106 11千卡米度时，但拉制成玻璃纤维 玻璃纤维后，其导热系数只有003 003千 98产生这种现象的原因，主要是纤维间的空 纤维间的空 隙较大 隙较大，容重较小 容重较小所致； 容重越小 容重越小，其导热系数越小 导热系数越小，主要是因为 空气导热系数低 空气导热系数低所致； 导热系数 导热系数越小，隔热性能 隔热性能越好。 99温度的变化 温度的变化对玻璃纤维的导热系数影响不大 导热系数影响不大。 例如，当玻璃纤维的使用温度升高到200~300 其导热系数只升高10％。因此，玻璃纤维 玻璃纤维是一种优良的绝热材料 优良的绝热材料。当玻璃 纤维受潮时，导热系数增大，隔热性能降低。 100玻璃纤维耐热性较高 耐热性较高，软化点为550 580，其热膨胀系数为48 玻璃纤维玻璃纤维是一种无机纤维 无机纤维，不会引起燃烧。将 玻璃纤维加温，直到某一强度界限以前，强度基本 不变。 101玻璃纤维的耐热性 耐热性是由化学成分 化学成分决定的。 一般情况下，钠钙 钠钙玻璃纤维加热到470之 前（不降温），强度变化不大； 石英 石英和高硅氧 高硅氧玻璃纤维的耐热性则可达到 2000以上。 102如果将玻璃纤维加热至250以上后再冷却 再冷却 通常称为热处理，则强度明显下降 强度明显下降。 温度越高 温度越高，强度下降越显著 强度下降越显著。 例如：300下经24小时，强度下降20％； 400下经24小时、强度下降50％； 500下经24小时、强度下降70％； 600下经24小时，强度下降80％。 103玻璃纤维的强度降低 强度降低与热作用时间 热作用时间有关。 因此，玻璃布 玻璃布热处理温度虽然很高，但因 受热时间短 受热时间短，故强度降低不大 强度降低不大。 玻璃纤维热处理后强度下降 强度下降，可能是热处 理使微裂纹增加 微裂纹增加所引起的 玻璃纤维的导电性导电性主要取决于化学组成 化学组成、温度 温度 和湿度 湿度。 无碱纤维的电绝缘性能电绝缘性能比有碱 有碱纤维优越得多。 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的缘故。 碱金属离子越多，电绝缘性能越差； 玻璃纤维的电阻率 电阻率随着温度的升高 温度的升高而下降 下降。 105虽然玻璃纤维的吸附能力较小 吸附能力较小，但空气湿度 空气湿度对 玻璃纤维的电阻率影响很大 电阻率影响很大。 湿度增加，电阻率下降。如下表所示： 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 106在玻璃纤维的化学组成 化学组成中，加入大量的 氧化铁 氧化铁、氧化铅 氧化铅、氧化铜 氧化铜、氧化银或氧化钒 氧化钒， 会使纤维具有半导体性能 半导体性能。 在玻璃纤维上涂敷金属或石墨 金属或石墨，能获得 导电纤维。 玻璃玻璃是优良的透光材料，但制成玻璃纤维 玻璃纤维制 品后，其透光性 透光性远不如玻璃。 玻璃纤维制品的光学性能 光学性能以反射系数 反射系数、透光 透光 系数 系数和亮度系数 亮度系数来表示。 108反射系数 反射系数PP是指玻璃布反射的光强度 反射的光强度与入射 入射 到玻璃布上的光强度 到玻璃布上的光强度之比，即 109在一般情况下，玻璃布的反射系数 玻璃布的反射系数与布的 织纹特点 织纹特点、密度 密度及厚度 厚度有关，平均为40％--70％; 如将透光性较弱的半透明材料垫在下边．玻璃 布的反射系数 反射系数可达87％。 110透过系数 透过系数是指透过玻璃布的光强度 透过玻璃布的光强度与入入 射光强度 射光强度之比，即 式中，--透光系数；I--透过光强度；Io---入射光强度 111玻璃布的透光系数 透光系数与布的厚度 布的厚度及密度 密度有关。 密度小而薄 密度小而薄的玻璃布，透光系数可达65％； 密度大而厚 密度大而厚的玻璃布，透光系数只有18％～20％。 112亮度系数 亮度系数是用试样的亮度 试样的亮度与绝对白的表面亮 绝对白的表面亮 度度标准器之比来测得。 不同织纹玻璃布的光学性能如下表所示： 不同织纹玻璃布的光学性能 113由于玻璃纤维 玻璃纤维具有优良的光学性能，因而可 以制成透明玻璃钢 透明玻璃钢，进而制成各种采光材料 采光材料、导导 光管以传送光束或光学物像。这在现代通信技术通信技术 等方面也得到了广泛应用。 11414 14 玻璃纤维 玻璃纤维除对氢氟酸 氢氟酸、浓碱 浓碱、浓磷酸 浓磷酸外， 对所有化学药品 所有化学药品和有机溶剂 有机溶剂都有良好的化学 良好的化学 稳定性 稳定性。 115化学稳定性 化学稳定性在很大程度上决定了不不 同纤维的使用范围 同纤维的使用范围。 玻璃纤维的性能 性能一般认为与水、湿 116玻璃纤维在相对湿度 相对湿度80 80％％以上的环境中存放， 强度有所下降； 玻璃纤维在l00 l00％％相对湿度 相对湿度下，强度保持率在 50％左右。 117但是，玻璃纤维单纤 玻璃纤维单纤即使与水接触 与水接触，强度 强度 也不发生变化 也不发生变化； 只有在含碱玻璃纤维 含碱玻璃纤维中，由于玻璃纤维中 碱分溶出，强度强度才会下降 下降。 根据网络结构假说网络结构假说可知，二氧化硅四面体 二氧化硅四面体相互 连结构成玻璃纤维结构的骨架，它是很难与水水、酸酸 119在玻璃纤维结构 玻璃纤维结构中，还有Na Na，Ca Ca，KK等金属离 子及SiO 与金属离子结合的硅酸盐硅酸盐部分； 当侵蚀介质 侵蚀介质与玻璃纤维制品 玻璃纤维制品作用时，多数是溶 解玻璃纤维结构中的金属离子 金属离子或破坏硅酸盐 硅酸盐部分； 对于浓碱溶液 浓碱溶液、氢氟酸 氢氟酸、磷酸 磷酸等，将使玻璃纤维结 构全部溶解 溶解。 AA．．玻璃纤维的玻璃纤维的化学成分 化学成分；； BB、、纤维 纤维表面情况 表面情况；； CC、、侵蚀介质 侵蚀介质体积 体积和和温度 温度；； DD．．玻璃纤维纱的 玻璃纤维纱的规格 规格及及性能 性能。。 121AA 中碱玻璃纤维对酸的稳定性 对酸的稳定性是较高的，但对对 水的稳定性 水的稳定性是较差的； 无碱玻璃纤维耐酸性较差 耐酸性较差，但耐水性 耐水性较好； 如下表所示： 122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 中碱玻璃纤维和无碱无碱玻璃纤维，从弱碱 弱碱 液对玻璃纤维强度的影响看 液对玻璃纤维强度的影响看，二者的耐碱性 耐碱性 相接近 相接近；如下表所示： 124经经NaOH NaOH溶液 溶液5 5％％浸润后方格布的变化 浸润后方格布的变化 125中碱纤维 中碱纤维含Na O比无碱纤维无碱纤维高二十 多倍，受酸作用后，首先从表面上，有较多的金 属氧化物侵析出来，但主要是Na 126另一方面，中碱纤维 中碱纤维受酸作用后，酸酸与玻璃 纤维中硅酸盐作用 硅酸盐作用生成硅酸 硅酸，而硅酸 硅酸迅速聚合并 凝成胶体 胶体，结果在玻璃表面上会形成一层极薄的 氧化硅保护膜 氧化硅保护膜，这层膜使酸的侵析 酸的侵析与离子交换过 离子交换过 程程迅速减缓，使强度下降 强度下降也缓慢。 实践证明Na O有利于这层保护膜的形成。所以中碱纤维 中碱纤维比无碱纤维 无碱纤维的耐酸性好 耐酸性好。 127水与玻璃纤维作用 作用，首先是侵蚀玻璃纤维表 面的碱金属氧化物 碱金属氧化物，主要是Na Na 22 OO，，KK 22 OO的溶解， 使水呈现碱性 碱性。 随着时间的增加，玻璃纤维与碱液继续作用、 直至使二氧化硅骨架 二氧化硅骨架破坏。由于无碱玻璃纤维 无碱玻璃纤维的 碱金属氧化物含量较低，所以对水的稳定性 对水的稳定性较高。 128无碱纤维 无碱纤维与中碱纤维 中碱纤维受到NaOH溶液侵蚀后， 几乎所有玻璃成分 所有玻璃成分，包括SiO 在内，均匀溶解均匀溶解， 使纤维变细。 但是，随浸碱时间的增加，化学成分含量 化学成分含量基 本不发生变化，即内部结构并未破坏，因而单位 单位 面积的强度 面积的强度基本不变。 129总之，玻璃纤维的化学稳定性 化学稳定性主要取决于其 成分中的二氧化硅 二氧化硅及碱金属氧化物 碱金属氧化物的含量。 显然，二氧化硅含量多 二氧化硅含量多能提高玻璃纤维的化 能提高玻璃纤维的化 学稳定性 学稳定性，而碱金属氧化物 碱金属氧化物则会使化学稳定性降 130在玻璃纤维成分中增加SiO 含量，或加入ZrO 都可以提高玻璃纤维的耐酸性耐酸性； 增加SiO 及ZnO能提高玻璃纤维的耐碱性 耐碱性； 131在玻璃纤维中加入A1 氧化物，可大大提高耐水性耐水性。 石英 石英、高硅氧玻璃纤维 高硅氧玻璃纤维对水水、酸酸的化学稳 定性较好，耐碱性 耐碱性远比普通纤维高。 132玻璃 玻璃是一种非常好的耐腐蚀材料 耐腐蚀材料，但 拉制成玻璃纤维 玻璃纤维后，其性能远不如玻璃。 这主要是由于玻璃纤维的比表面积大 玻璃纤维的比表面积大 所造成的。 133例如，１克重的2mm厚的玻璃，只有51cm 面积；而１克玻璃纤维直径5um的表面积则有3100cm ，表面积增大了608倍。也就是说玻璃纤维受侵蚀介质作用的面积 玻璃纤维受侵蚀介质作用的面积比 玻璃大608倍。因此，玻璃纤维的耐腐蚀性能 玻璃纤维的耐腐蚀性能比 块玻璃差差很多。 134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。 介质的体积越大，对纤维的侵蚀越严重。 介质的体积越大，对纤维的侵蚀越严重。 135温度 温度对玻璃纤维的化学稳定性 化学稳定性有很大影响。 在100以下时，温度每升高10，纤维在介质 侵蚀下的破坏速度增加50％--l00％； 温度升高到l00以上时，破坏作用将更剧烈。 136DD 玻璃纤维纱 玻璃纤维纱可分无捻纱 无捻纱一般用增强型浸润剂，由原纱直接并股、络纱制成。 有捻纱则多用纺织型浸润剂，由原纱经过退退 绕绕、加捻 加捻、并股、络纱而制成。 137由于生产玻璃纤维纱 玻璃纤维纱的直径、支数及股数 无捻纱和有捻纱的规格有许多种。纤维支数 纤维支数有两种表示方法； 138是用一克重原纱的长度来表示。 纤维支数 纤维支数＝纤维长度／纤维重量 例如：40支纱，就是指一克重的原纱长40m。 13922 是目前国际统一使用的方法，通称“TE Ｘ”公制称号，是指1000m长的原纱的克重量。 例如：4 “TEX ”就是指1000m原纱重4g。 140捻度 捻度是指单位长度内 单位长度内纤维与纤维之间所加的 所加的 转数 转数，以捻／米为单位。 捻度有ZZ捻捻和SS捻捻，Z捻一般称为左捻，顺时 针方向加捻；S捻称为右捻，是逆时针方向加捻。 141通过加捻 加捻可提高纤维的抱合力，改善了单 纤维的受力状况，有利于纺织工序的进行。 但是，当玻璃纤维的捻度过大 捻度过大时，不易被 树脂浸透。 142无捻粗纱 无捻粗纱中的纤维具有平行排列 平行排列、拉伸 拉伸 强度很高 强度很高、易易被树脂浸透 浸透等特点。 因此，无捻粗纱 无捻粗纱多用于缠绕高压容器及 管道等，同时也用于挤拉成型、喷射成型等 工艺中。 14322 21 21 22 22 23 23 14421 21 1高强度玻璃纤维高强度玻璃纤维 高强度玻璃纤维有镁铝硅酸盐 镁铝硅酸盐和硼硅酸盐 硼硅酸盐 两个系统。 145镁铝硅酸盐玻璃纤维也称SS玻璃纤维 玻璃纤维。 其化学成分主要是SiO --25％，MgO--10％。 S玻璃纤维与E玻璃纤维相比，拉伸强 拉伸强 度高33%，弹性模量弹性模量提高20％。 146SS玻璃纤维 玻璃纤维具有高的比强度，在高温下有良好 的强度保留率及高的疲劳极限。 直径为9 um的镁铝硅酸盐纤维 镁铝硅酸盐纤维，经过无水增 强型浸润剂“HTS”处理后，其拉伸强度可达4900 MPa，弹性模量为9 147SS玻璃纤维 玻璃纤维的拉丝温度很高，一般要在 1400以上，需要特殊的拉丝工艺。 因此，国外又开始研究硼硅酸盐玻璃纤维 硼硅酸盐玻璃纤维。 这种纤维的化学成分为SiO ：40％--50％，A1 148硼硅酸盐 硼硅酸盐玻璃纤维的液相温度 液相温度较低，不需特殊 拉丝工艺条件，一般用含量15％--25％的铂拉丝炉即 可拉丝。 硼硅酸盐 硼硅酸盐玻璃纤维的拉伸强度为4400 MPa，弹 性模量为74 MPa。有时，为了提高硼硅酸盐玻璃纤维 硼硅酸盐玻璃纤维弹性模量， 常常在其配方中人为引入BeO。 高模量玻璃，也称MM玻璃玻璃或YM YM-- --35 35-- --AA玻璃 玻璃。 M玻璃纤维的模量为94 MPa，比一般玻璃纤维的模量提高13以上，拉伸强度和E玻璃纤维相似， 玻璃液相温度为1110 150由MM玻璃纤维 玻璃纤维制成的玻璃钢制品刚性特别好 刚性特别好， 在外力作用下不易变形，更适合于要求高强度和高 模量制品，以及航空、宇航所用的制品。 国内这种玻璃的成分质量比如下： 15122 22 1石英纤维石英纤维 2铝硅酸盐玻璃纤维铝硅酸盐玻璃纤维 石英纤维石英纤维是一种优良的耐高温材料，这 种纤维仅限于用高纯度9995％二氧化硅天然 天然 石英晶体 石英晶体制成的纤维，它保持了固体石英的特 点和性能。 153石英纤维的直径一般为10--100 um，由于 其纤维比较脆 纤维比较脆，故纺织品价格比一般玻璃纱 高很多。 石英纤维的具有以下五个方面的性能： 154一般玻璃纤维的软化温度只有550--580 而石英纤维的软化温度可达1250以上。 155室温下，石英纤维 石英纤维的膨胀系数为5 当温度升高到1200时、仅增大为11 10-7 为普通玻璃纤维的110--120。另外，石英纤维 石英纤维加热到800--1000 后，用水 冷却，其性能无损伤。 156石英纤维 石英纤维在高温下的电绝缘性能良好，其导 电率只有10 -16 -1cm ，为一般纤维的干分之一至万分之一。 157石英纤维 石英纤维能耐耐100--200浓酸的浸蚀 碱及碱性盐碱及碱性盐的能力差些。 石英纤维 石英纤维在250--4700 um的光谱区内，有较 高的透光率。 石英纤维 石英纤维广泛用在电机制造、光通讯、火箭及 原子反应堆工程等方面。 铝硅酸盐玻璃纤维铝硅酸盐玻璃纤维是以高岭土、铝矾土、蓝 晶石等为原料，在高频炉、电弧炉或其它高温 炉中熔化，用吹制法 吹制法制成的玻璃纤维。 吹制法制 吹制法制成的纤维较短，可以捻丝成线铝硅酸盐玻璃纤维 铝硅酸盐玻璃纤维的化学组成特点是A1 占50％以上，其熔化温度为1760，最高使用温度为1260。 铝硅酸盐玻璃纤维 铝硅酸盐玻璃纤维的主要用途是作绝缘材料 绝缘材料开云 开云体育APP开云 开云体育APP