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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料科学基础,材料的分类XINYUUNIVERSITY材料科学基础作业题目“玻璃纤维”的结构，性能，生产工艺等二级学院新能源科学与工程学院专业材料物理班级13级材料物理学号学生姓名李晓康联系方式“玻璃纤维”结构、性能、生产工艺及产业展望一、玻璃纤维的简单介绍玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米
2、个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。现在很多玻璃纤维由于其良好的耐腐性、高强度和绝缘性等性能通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域,用途十分广泛，因此我们有必要了解这种材。二、玻璃纤维的化学性质及其主要成分a.化学性质熔点680沸点1000密度/cm3玻璃纤维作为强化塑料的补强材料应用时，最大的特征是抗拉强度大。抗拉强度在标准状态下是g/d，湿润状态g/d。密度。耐热性好，温度达300时对强度没影响。有优良的电绝缘性，是高级的电绝缘材料，也用于绝热材料和防火屏蔽材料。一般只被浓碱、氢氟酸和浓磷酸腐蚀。
3、分子结构b.主要成分其主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，根据玻璃中碱含量的多少，可分为无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和高碱玻璃纤维三、玻璃纤维主要性能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。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，这些特点使玻璃纤维之使用远较其他种类纤维来得广泛，发展速度亦遥遥领先其特性列举如下：(1)拉伸强度高，伸长小(3%)。(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，高温下可熔成玻璃状小珠。四、玻璃纤维的分类玻璃纤维按形态和长度，可
4、分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉；按玻璃成分，可分为无碱、耐化学、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和耐碱玻璃纤维等。生产玻璃纤维的主要原料是：石英砂、氧化铝和叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石等。生产方法大致分两类：一类是将熔融玻璃直接制成纤维；一类是将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球或棒，再以多种方式加热重熔后制成直径为380m的甚细纤维。通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维，称为连续玻璃纤维，通称长纤维。通过辊筒或气流制成的非连续纤维,称为定长玻璃纤维，通称短纤维。玻璃纤维按组成、性质和用途，分为不同的级别。按标准级规定(见表)，E级玻璃纤维使用最普遍，广泛用于电绝缘材料
5、；S级为特殊纤维。生产玻璃纤维用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。国际上已经商品化的纤维用的玻璃成分如下：E-玻璃亦称无碱玻璃，是一种硼硅酸盐玻璃。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，广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维，也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维，它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。C-玻璃亦称中碱玻璃，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%，通常国外的中碱玻璃纤维含一定数量的三氧化二硼，而我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。在国外，中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品，如用于生产玻璃纤维表
6、面毡等，也用于增强沥青屋面材料，但在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半，广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。高强玻璃纤维其特点是高强度、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。但是由于价格昂贵，如今在民用方面还不能得到推广，全世界产量也就几千吨左右。第一章原子结构与键合第一节原子结构1.物质的组成物质是由无数微粒按一定方式聚集而成的，这些微粒可能是原子、分子或离子；分子是能单独存在且保
7、持物质化学特性的一种微粒；原子是化学变化中的最小微粒。2.原子的结构3.原子的电子结构电子的状态和在某处出现的机率可用薛定谔方程的解/波函数来描述，即原子中每个电子的空间位臵和能量可用四个量子数来确定：a主量子数：决定原子中电子的能量及与核的平均距离，即表示电子所处的量子壳层。如K、L、M；b轨道角动量量子数：表示电子在同一壳层内所处的能级，与电子运动的角动量有关。如s、p、d、f；c磁量子数：给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数，为2l+1,决定电子云的空间取向；d自旋角动量量子数：反映电子不同的自旋方向，其值可取12。核外电子的排布规则：a能量最低原理：电子的排布总是尽可能使体系的能量
8、最低；bPauling不相容原理：在一个原子中，不可能有上述运动状态完全相同的两个电子；cHund规则：在同一个亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋方向相同；4.元素周期表元素是具有相同核电荷数的同一类原子的总称；元素的外层电子结构随着原子序数的递增而呈周期性的变化规律称为元素周期律；元素周期表是元素周期律的表现形式；元素的性质、原子结构和该元素在周期表中的位臵三者之间有着密切的关系。1/23第二节原子间的键合1.金属键由金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称金属键。特定：电子共有化、既无饱和性又无方向性。由于金属键既无饱和性又无方向性，因而每个原子有可能同
9、更多的原子相结合，并趋于形成低能量的密堆结构。当金属受力变形而改变原子间的相互位臵时，不至于破坏金属键，这就使金属具有良好的延展性，并且由于自由电子的存在，金属一般具有良好的导电和导热性能。2.离子键离子键即，正负离子间的相互作用。特定：以离子为结合单元、无饱和性和方向性。一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固，因此，其熔点和硬度均较高。另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是良好的电绝缘体。但在熔融状态下，正负离子在外电场作用下可以自由运动，此时呈现离子导电性。3.共价键原子间通过共用电子对而形成的化学键即为共价键。可分为极性键和非极性键。特点：有方向性和饱和性。共价晶
10、体中各个键之间都有确定的方位，配位数较小，共价键的结合力极为牢固，故共价晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。由于束缚在相邻原子间的“共用电子对”不能自由运动，共价结合的材料一般是绝缘体，导电能力较差。4.5.氢键属于极性分子键，存在于HF、H2O、NH3等分子间，有饱和性和方向性。化合物AB中离子键所占的比例IC近似计算公式IC?1?e?(xA?xB)2?100%式中xA、xB分别为A、B元素的电负性。第三节高分子链构造近程结构构型链结构远程结构h?n?l?1?cos?n?cot?l高分子结构聚集态结构“构造”：研究分子链中原子的类型和排列，高分子链的化学结构分类，结构单元的键接顺序，链结
11、构的成分，高分子的支化、交联与端基等内容；“构型”：取代基围绕特定原子在空间的排列规律；“远程结构”：单个高分子的大小与形态，链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象；“聚集态结构”：高分子材料整体的内部结构。包括晶态、非晶态、取向态、液晶态及织态，前四种描述高分子聚集体中分子间是如何堆砌的称三次结构，织态指不同分子间或高分子与添加剂分子间的排列或堆砌结构，又称高次结构。1.近程结构构造：结构单元的化学组成：碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子、无机高分子分子链的几何形态：线型、支化型、交联型、三维网状结构结构单元的键接方式：均聚物：头-头键接、头-尾键接、尾-尾键接共聚物：无规共聚、交替共
12、聚、嵌段共聚、接枝共聚构型：旋光异构：全同立构、间同立构、无规立构几何异构：全顺式、全反式、顺反兼有式2.远程结构高分子的大小：多分散性单个高分子的构象：伸直链、折叠链、螺旋链、无规线团链的柔顺性：lp?lexp(?RT)?：各种构象间的势垒均方末端距的计算自由结合链：无键角限制，无内旋转势垒f,j?n?ln:键数l:键长自由旋转链：受键角的限制2/23f,r1?cos?2等效自由结合链：?e?lene:链段数le:链段长度第二章固体结构第一节晶体学基础1.空间点阵与晶胞空间点阵：将理想晶体中的质点抽象为几何点，这些几何点在空间周期性排列所组成的阵列；晶胞：由空间点阵中选取的基本单元即为晶胞，
13、但必须服从一定的选取规则；晶胞选取规则：1.选取的平行六面体应能反映出点阵的最高对称性；2.平行六面体中棱和角相等的数目应最多；3.当棱边夹角存在直角时，直角数目应最多；4.在满足上述条件下，平行六面体应具有最小体积。晶系与布拉维点阵:晶系晶胞参数布拉维点阵举例三K2CrO斜abc,90简单三斜7单简单单斜，底-S,Ca斜abc,=90心单斜SO42H2O简单正交，底正交abc,=90心正交，体心-S,Fe正交，面心正3C交六a1=a2=a3c,方=9,=120简单六方Zn,Cd菱方a=b=c,=90简单菱方As,Sb,Bi四方a=bc,=90简单四方，体心四方TiO2立简单立方，体方a=b=
14、c,=90心立方，面心Cu,Ag,立方Au晶体结构与空间点阵的关系：空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各点阵的周围环境相同，故它只能由14中类型；而晶体结构指晶体中实际质点的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此实际存在的晶体结构是无限的。2.晶向指数与晶面指数晶向指数uvw晶向族类似于向量的方向向量晶面间距计算公式：对于简单晶胞如下：正交晶系：d1hkl?22(hl2a)?(kb)?(c)对于复杂晶胞：需考虑附加原子面体心立方：h+k+l=奇数；面心立方：h、k、l不全为奇数或不全为偶数；密排六方：h+2k为三的整数倍，l为奇数等情况下均有附加原子面。3.晶体的对称性对称元素有宏观和微观之分宏观对称元素有：回转对称轴、对称面、对称中心、回转反演轴微观对称元素有：滑动面、螺旋轴点群：一个晶体中所有点对称元素的集合，共32个空间群：用以描述晶体中原子组合的所有可能方式，是确定晶体结构的依据，它是
