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1、-玻璃纤维的物理性能和加工工艺玻璃纤维的物理性能和加工工艺一物理性能一物理性能1. 1.外观特点外观特点一般天然或人造的有机纤维，其外表都有较深的皱纹。而玻璃纤维外表呈光滑的圆柱体，其横断面几乎都是完整的圆形，宏观来看，外表光滑，所以纤维之间的抱合力非常小，不利于和树脂粘结。由于呈圆柱体，所以玻璃纤维彼此靠近时，空隙填充的较密实。这对提高玻璃钢制品的玻璃含量是有利的。2. 2.密度密度玻璃纤维的密度较其它有机纤维为大，但比一般金属密度要低，几乎和铝一祥。因此在航空工业上用玻璃钢代替铝钛合金就成为可能。 玻璃纤维的密度与成分有密切的关系，一般为左右，但含有大量重金属的高弹玻璃纤维密布度可达2.9
2、g/cm3，一般来说无碱纤维的密度比有碱纤维密度要大，见下表。名称羊毛蚕丝棉花人造丝尼龙碳纤维玻璃纤玻璃纤维有维无碱碱2.42.6密g/cm2度1.281.331.31.451.501.601.501.601.141.42.62.73. 3.抗拉强度抗拉强度玻璃纤维的抗拉强度比同成分的玻璃高几十倍，例如有碱玻璃的抗拉强度只有.z.-40-100MPa ，而用它拉制的玻璃纤维强度可达 2000MPa， 其 强度 提 高 了20-50 倍 ， 从 下 表可以看出，玻璃纤维的拉伸强度比高强合金钢还要高。直径 m高强合金钢铝合金40460玻璃40120玻璃纤维5810003000拉伸强度 MPa160
3、04. 4.耐磨性和耐折性耐磨性和耐折性玻璃纤维的耐磨性是指纤维抗摩擦的能力； 玻璃纤维的耐折性是指纤维抵抗折断的能力。玻璃纤维这两个性能都很差。当纤维外表吸附水分后能加速微裂纹扩展，使纤维耐磨性和耐折性降低。为了提高玻璃纤维的柔性以满足纺织工艺的要求，可以采用适当的外表处理。如经 0.2%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， 纤维的柔性一般以断裂前弯曲半径的大小表示。 弯曲半径越小， 柔性越好。 如玻璃纤维直径为 9m 时， 其弯曲半径为 0.094mm，而超细纤维直径为 3.6m 时，其弯曲半径为 0.038mm。5. 5.弹性弹性玻璃纤维的延伸率纤维的延伸
4、率是指纤维在外力作用下， 直至拉断时的伸长百分率。 玻璃纤维的延伸率比其它有机纤维的延伸率低，其伸长的程度与所施加的力成正比，直到纤维断裂为止，不存在屈服点。负荷去掉后可以恢复原来长度，因此玻璃纤维是完全的弹性体。6. 6.电性能电性能.z.-由于玻 璃纤 维的 介电 性好 ，耐热 性良 好， 吸湿 性小 ，并 且不燃烧， 所以 无碱 玻璃纤 维制 品在电气、电机工业中得到了广泛而有效的应用。7. 7.热性能热性能玻璃纤维的导热性低，特别是玻璃棉制品密度小，寿命长和耐高温，广泛用于建筑和工业的保温、隔热和隔冷，是一种优良的热绝缘材料。玻璃的导热系数通过单位传热面积 13 温度梯度为 1/m，时
5、间为 1h 所通过的热量为0.7-1.28W(m.K，但拉制玻璃纤维后，其导热系数只有 0.035W(m.K 产生这种现象的原因，主要是纤维间的空隙较大， 密度较小。密度越小，其导热系数越小，主要是因为空气导热系数低所致。导热系数越小 ，隔热性能越好。当玻璃纤维受潮时，导热系数增大，隔热性能降低。8. 8.吸声性能吸声性能玻璃纤维还有优良的吸声、隔声性能，在建筑、机械和交通运输方面得到广泛的应用。 吸声系数是当声波传到物体外表时，物体外表所吸收的声能与落在外表总声能的比值。 一般材料的吸声系数大小与声源物体振动频率有关。例如用棉花制成的隔声物质， 当音频为变到时， 吸声系数可由.09 变到 0
6、.92，所以各种材料的吸声系数都有一定的音频特性。玻璃棉的吸声系数、频率特性与玻璃纤维容积密度、厚度、纤维直径等指标密切有关。一般的规律是：随着密度的增加，吸声系数不断增加。二加工工艺二加工工艺.z.-生产玻璃纤维的主要原料是为石英砂、氧化铝、叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石等。玻纤需要将矿物放在 1600 度以上的熔窑内溶制，一旦点火后就会连续生产 7-8 年，很少停车，否则窑内的耐火材料等需要重新更换。在玻纤的本钱中， 能源和叶腊石等矿石占比拟大。玻璃纤维生产工艺可分为坩埚法拉丝工艺及池窑拉丝工艺两种。生产玻璃纤维的主要原料是为石英砂、氧化铝、叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯
7、碱、芒硝、萤石等。玻纤需要将矿物放在 1600 度以上的熔窑内溶制，一旦点火后就会连续生产 7-8 年，很少停车，否则窑内的耐火材料等需要重新更换。在玻纤的本钱中，能源和叶腊石等矿石占比拟大。玻璃纤维生产工艺可分为坩埚法拉丝工艺及池窑拉丝工艺两种。1 1、坩锅、坩锅法拉丝工艺法拉丝工艺坩锅法拉丝工艺被称为二次成型工艺。 即先把玻璃配合料经高温熔化制成玻璃球，再将玻璃球二次加热至熔化，再高速拉制成一定直径的玻璃纤维原丝。这种生产工艺工序繁多， 又由于玻璃球二次加热熔化， 给生产及产品带来很多弊端，诸如能耗高、成型工艺不稳定、产品质量不高、劳动生产率低，使生产规模和自动化水平受到一定限制。因此，
8、目前大的玻纤生产厂家根本已经淘汰了这种生产工艺。2 2、池窑法拉丝工艺、池窑法拉丝工艺另一种为池窑法拉丝工艺， 又被称为一次成型工艺。这种生产工艺是将各种玻璃配合料在池窑熔化部经高温熔成玻璃液， 在澄清部排除气泡成为均匀的玻璃液，再在成型通路中辅助加热，经池窑漏板，高速拉制成一定直径的玻璃纤维原丝。一座窑炉可以通过数条成型通路，安装上百台拉丝漏板同时生产。池窑拉丝工艺温度控制合理，节约能源消耗，也使生产工艺稳定，产品产量、质量得以提.z.-高。 采用这种池窑法拉丝工艺能实现大规模化工业生产，并容易实施最先进的全自动控制技术，使劳动生产效率得以大幅度提高。因此，池窑法拉丝工艺已经成为当前国际上的
9、主流拉丝工艺。 用这种方法生产的玻璃纤维总量约占全球总量的85%90%。泊素叶定律：泊素叶定律：Q=Q= P 128D4l V=V= P4 l ( R2- r2)Q-单位时间的体积流量P-毛细管两端的流体静压力差D-毛细管直径R-毛细管半径L-毛细管长度R-所研究的毛细管截面上的半径V-所研究的半径处的流动速度-液体的粘度假定：.z.-1.液体是牛顿液体，即温度一定的条件下，剪切应力和剪切应变呈现线性关系2.液体在毛细管中等温流动，粘度恒定不变3.液体在毛细管中为层流，Re=20),可以忽略入口效应和出口效应玻璃纤维力学性能指标玻璃纤维力学性能指标4 54 5-6 -6材料性质比例极限比例极限
10、p p 兆帕兆帕E 玻璃纤维S 玻璃纤维C 玻璃纤维A 玻璃纤维A3 钢34303430343034307.3*107.3*104 42.542.544.84.85*105*10-6 -60.220.2242004200420042008.5*108.5*104 42.452.455.45.40.220.2219.7*1019.7*104 43.6*103.6*106 630403040304030407.3*107.3*104 42.412.4112.6*1012.6*104 43.1*103.1*106 630403040304030407.3*107.3*104 42.462.4612.6*1012.6*104 43.0*103.0*106 61931934024022*102*105 57.87.8252512*1012*10-6 -60.30.35.1*105.1*104 42.6*102.6*106 6强度极限强度极限b b 兆帕兆帕弹性模量弹性模量 E E 兆帕兆帕密度密度g/cmg/cm3 3) )伸长率伸长率%热热 膨膨 胀胀 系系 数数 1/c1/c ) )0 0泊松比泊松比比强度比强度/ /米米13.8*1013.8*104 42.9*102.9*106 6比刚度比刚度 E/E/米米.z.
