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1、玻璃纤维与相关专业领域内的联系及其应用,泰山玻纤,赵辉,主 要 内 容 概 述,一、玻璃纤维性能特点及制品 二、玻璃纤维在无机非金属领域的应用 三、玻璃纤维在复合材料中的应用,一、玻璃纤维性能特点及应用介绍,1.1玻璃纤维的物理性能 1.1.1外观和密度 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。玻璃纤维彼此相靠近时，空隙填充得较为密实，有利于提高玻璃钢制品的玻璃含量。,玻璃钢使用的玻璃纤维直径5m20m，其密度较有机纤维大很多，但比一般金属密度要低。,1.1.2 力学性能 (1) 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,几种纤维材料和金属
2、材料的强度,（在拉伸试验中，试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度）,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 直径越细，拉伸强度越高 随着纤维长度的增加，拉伸强度显著下降, 化学组成对拉伸强度的影响 含碱量越高，强度越低。 无碱玻璃纤维比有碱玻璃纤维的拉伸强度高20%。,无碱玻璃纤维成型温度高、硬化速度快、结构键能大 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。 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, 存放时间对强度的影响 玻璃纤维存放一段时间后其强度会降低纤维的老化。 原因：空气中的水分和氧气对纤
3、维侵蚀, 施加负荷时间对强度的影响 玻璃纤维强度随着施加负荷时间的增长而降低 环境湿度较高时，尤其明显 原因：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。,(2)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百分率 玻璃纤维的弹性模量：在弹性范围内应力和应变关系的比例常数 影响玻璃纤维的弹性模量的主要因素：化学组成 加入BeO、MgO能提高玻璃纤维的弹性模量,(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纹的扩展 改进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,1.1.4 玻璃
4、纤维的热性能 玻璃纤维的导热性 导热系数高的物质有优良的导热性能 玻璃导热系数：0.7W/(mK)1.3W/(mK) 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,(2) 玻璃纤维的耐热性 玻璃纤维的耐热性较高，软化点为550580，热膨胀系数为4.810-6 ；200 250以下，玻璃纤维强度不变,1.2 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： 玻璃纤维除氢氟酸(HF)、浓碱(NaOH)、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。,无碱与中碱玻璃纤维性能对比,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
5、，金属氧化物(Na2O、K2O)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，在玻璃表面形成一层极薄的氧化硅保护膜，实践证明Na2O、K2O有利于这层保护膜的形成。,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。,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。,总之，玻璃纤维比有机纤维耐温高，不燃，抗腐，隔热、隔音性好，抗拉强度高，电绝缘性好。但性脆，耐磨性较差。工业过
6、滤材料，防腐、防潮、隔热、隔音、减震材料。还可作为增强材料，用来制造增强塑料或增强橡胶，作为补强材玻璃纤维具有以下之特点：(1)拉伸强度高，伸长小(2)弹性系数高，刚性佳(3)弹性限度内伸长量大且拉伸强度高，故吸收冲击能量大(4)为无机纤维，具不燃性，耐化学性佳(5)吸水性小(6)尺度安定性，耐热性均佳(7)加工性佳，可作成股、束、毡、织布等不同形态之产品(8)透明可透过光线(9)与树脂接着性良好之表面处理剂之开发完成(10)价格便宜(11)不易燃烧,玻璃纤维及玻璃纤维制品,1、无捻粗纱,无捻粗纱是加工方格布、网格布的基本原料，是玻璃钢基材最基本的原材料。,喷射用无捻粗纱，缠绕型无捻粗纱，拉挤
7、用无捻粗纱及织造用无捻粗纱等，用途十分广泛。,种类,2、无碱布,无碱布是用无碱玻纤纱织造而成，具有优异的电气绝缘性、力学性能、耐热性及抗吸湿性。主要用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、船艇、模具等 无碱布还适合用作玻璃漆布，玻璃布层压制品与覆铜箔层压的基材，以及玻璃云母制品等的补强材料。,3、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。,4、无捻方格布,以无捻粗纱织成的方格布，广泛应用于手糊玻璃钢(FRP)产品领域。,5、玻璃纤维耐碱网布,玻璃纤维耐碱网布是以中碱或无碱玻
8、璃纤维织物为基础，经耐碱涂层处理而成。该产品强度高、粘结性好、服帖性、定位性极佳，广泛应用于墙体增强，外墙保温，屋面防水等方面，还可应用于水泥、塑料、沥青、大理石、马赛克等墙体材料的增强，是建筑行业理想的工程材料。,6、膨体纱与膨体布,膨体纱由玻璃纤维纱经过高压空气装置，特殊膨化而成，该产品兼有连续长纤维的高强度，又有短切纤维的蓬松性，具有耐高温、耐腐蚀、高过滤效果、高强度等特点，被广泛应用于过滤布、装饰布、绝缘织物等，是石棉制品理想的替代材料，在环保工业方面应用广泛。,膨体布是由膨体纱制造而成，具有透气性好，容尘量大、过滤效率高等特点。主要用于钢铁、水泥、发电等行业的高温袋过滤器；包装材料；
9、装饰材料等。,7、拉挤纱,具有良好的耐磨性、柔软成性好、纤维光滑毛纱少、与苯乙烯有极好的相溶性，浸透速度非常快。通过拉挤成型与聚酯或环氧树脂结合成高强度的玻璃钢制品。,8、缠绕纱,具有较好的成带性、柔软、纤维光滑、与苯乙烯有很好的相溶性、浸透速度快。制成的玻璃钢耐水性好。通过管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。,9、喷射纱,具有较好的短切性能、无静电、与苯乙烯有良好的相溶性、浸透速度较快。通过连续喷射法与聚酯或环氧树脂结合成高强度的玻璃钢制品。,10、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、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
10、缆能提供良好的性能和可靠的绝缘。,11、短切毡,把玻璃纤维短切成约50mm长，然后均匀沉降在成型带上，并敷上特种粘结剂形成短切毡，它具有各向同性与树脂结合良好的亲和性，脱泡性、易成型等特点，广泛使用于手糊玻璃钢(FRP)及玻纤层压板材上。,12、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。,13、无碱纤维带,无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(FRP)用基材。,二、玻璃纤维在无机非金属领域的应用,玻璃纤维主要用作电绝缘材料，工业过滤材料，防腐、防潮、
11、隔热、隔音、减震材料。还可作为增强材料，用来制造增强塑料或增强橡胶、增强石膏和增强水泥等制品。用有机材料被覆玻璃纤维可提高其柔韧性，用以制成包装布、窗纱、贴墙布、覆盖布、防护服和绝电、隔音材料。,其次连续玻璃纤维是通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维，通称长纤维。定长玻璃纤维是通过辊筒或气流制成的非连续纤维,又称短纤维。借离心力或高速气流制成的细、短、絮状纤维，称为玻璃棉。玻璃纤维经加工，可制成多种形态的制品，如纱、无捻粗纱、短切原丝、布、带、毡、板、管等。,最后E级玻璃纤维使用最普遍，广泛用于电绝缘材料；S级为特殊纤维，虽然产量小，但很重要，因具有超强度，主要用于军事防御，如防弹箱等
12、；C级比E级更具耐化学性，用于电池隔离板、化学滤毒器；A级为碱性玻璃纤维，用于生产增强材料。,用于内窥镜的照明、冷光传导 单丝直径35微米,通光口径1-30 mm,保护层为不锈钢金属软管+硅胶管 透光率高，柔软性好,纤维光缆的结构和单个的纤维。注意光缆的横切面至少30被低折射指数的金属包层和非传导性填充材料所占据。,工业内窥镜,三、玻璃纤维在复合材料中的应用,所谓复合材料，由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。,概述,复合材料是由增强材料和基体材料复
13、合而成的。纤维复合材料在成型过程中，基体与增强纤维通过一定的物理和化学变化，复合成为具有特定形状的整体。 基体主要有3个作用：基体通过其与纤维间的界面以剪应力的形式向纤维传递载荷；保护纤维材料免受外界环境的化学作用和物理损伤；组织纤维断裂的裂纹传递。复合材料的许多性能，如横向拉伸性能、压缩性能、剪切性能、耐湿性能和介电性能等均与基体有着密切的关系。,在纤维增强复合材料中，要求基体对纤维有良好的粘结性，以使两者之间形成良好的界面。同时，基体的弹性模量和断裂伸长率等指标应与所用增强纤维相匹配，使复合材料形成良好的机械性能。此外，基体还应有良好的加工工艺性能，如良好的流动性、浸润性，成型性等。只有这
14、样，基体与纤维才能结合成为一个整体，相互协同作用，使复合材料具有良好的强度、刚度和韧性，能够用于各种需要场合。,纤维复合材料的基体主要有聚合物、金属、陶瓷以及碳。其中，聚合物基体主要包括树脂和橡胶两类，而树脂又分为热固性树脂和热塑性树脂。不同的聚合物基体有着不同的理化性质，其对应的纤维增强复合材料也具有各种不同的用途。在对基体材料进行选择时，应依据具体使用要求进行选择。,增强材料：在复合材料中，能提高基体材料机械强度、弹性模量等力学性能的材料。 增强材料不仅能提高复合材料的强度和弹性模量，而且能降低收缩率，提高热变形温度，并在热、电、磁等方面赋予复合材料新的性能 增强材料种类,物理形态：纤维状
15、、片状、颗粒状增强材料等,玻璃纤维、碳纤维与石墨纤维、硼纤维、芳纶纤维等,玻璃纤维与玻璃钢是一对名副其实的孪生兄弟。玻璃纤维不仅是玻璃钢的增强材料,也是整个复合材料的最佳增强材料。据有关部门报道，目前,玻璃纤维占据复合材料所用增强纤维的98%左右。其余的2%增强纤维包括碳纤维、芳族聚酰胺纤维（即芳纶纤维）、天然纤维、玄武岩纤维及其它纤维。在玻璃钢的大多数应用领域中,玻璃纤维都占据主导地位。即使在被认为是碳纤维天下的航空航天领域,玻璃纤维也有大量应用。,玻璃纤维用作玻璃钢的主要增强材料，它与各种树脂相结合,衍生出许多优异性能，导致玻璃钢具有优良的比强度、刚度、耐气候性、耐腐蚀性和耐用性,几乎可设
16、计和塑造成任何所需形状,可达到任何美学要求。可实现部件整体成型,大大减少组装零件数量,节省模具费用,同時其制造技术容易掌握,所需投资较少。为此,玻璃钢用作工程材料的地位日益稳固,在取代传统材料,发挥减轻重量、节省能量、集中功能、提高设计灵活性之作用方面成绩卓著,成为材料科学的重要分支，具有良好的市场前景。,1、市场需求不断扩大,玻纤增强树脂基复合材料发展,玻璃纤维复合材料是目前树脂基复合材料中产量最大、应用最多的品种。2015年全球玻璃纤维复合材料市场价值将突破84亿美元，复合年均增长率达6.3%。而亚洲复合材料则以每年两位数增长，占世界复合材料的比例将从目前的36%增长到2015年的46%。 中国2009年度复合材料323万吨，列世界第一。中国大陆是亚洲复合材料增长最快、最大的生产和消费国。,我国已成为世界上最大的玻璃纤维生产国，预计对玻璃纤维的年需求量已达140万吨左右，将很快超过美国，并正在成为全球玻璃纤维产业需求和应用的最大市场。根据我国玻璃钢/复合材料行业的发展情况，预计近年对玻璃纤维的需求每年将有两位数的增长。 中
