1、复合材料增强材料复合材料增强材料 增强材料：在复合材料中，能提高基体材料机械强度、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。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予复合材料新的性能增强材料种类增强材料种类物理形态：纤维状、片状、颗粒状增强材料等物理形态：纤维状、片状、颗粒状增强材料等玻璃纤维、碳纤维玻璃纤维、碳纤维与石墨纤维、硼纤与石墨纤维、硼纤维、芳纶纤维等
2、维、芳纶纤维等7 玻璃纤维及其制品玻璃纤维及其制品 7.1 概述概述 7.1.1 玻璃纤维的发展状况玻璃纤维的发展状况 7.1.2 玻璃纤维的分类玻璃纤维的分类 7.2 玻璃纤维的结构与组成玻璃纤维的结构与组成 7.2.1 玻璃纤维的物态玻璃纤维的物态 7.2.2 玻璃纤维的结构玻璃纤维的结构 7.2.3 玻璃纤维的化学组成玻璃纤维的化学组成 7.3 玻璃纤维的性能玻璃纤维的性能 7.3.1 玻璃纤维的物理性能玻璃纤维的物理性能 7.3.2 玻璃纤维的物理性能玻璃纤维的物理性能 7.4 玻璃纤维及其制品玻璃纤维及其制品 7.4.1 玻璃纤维及其制品的生产工艺玻璃纤维及其制品的生产工艺 7.4.
3、2 玻璃纤维纱的规格及性能玻璃纤维纱的规格及性能 玻璃是一种以脆闻名的物质。有趣的是，玻璃一旦经加热，被拉制成比头发还要细得多的玻璃纤维之后，它就变得像合成纤维那样柔软，而坚韧的程度甚至超过了同样粗细的不锈钢丝！玻璃纤维有啥用处呢？玻璃绳玻璃绳 玻璃布玻璃布 绝缘材料绝缘材料 玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料 玻璃棉玻璃棉 纤维内窥镜纤维内窥镜 光导纤维光导纤维 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。玻璃纤维是复合
4、材料中使用量最大的一种增强材料。玻璃纤维是复合材料中使用量最大的一种增强材料。7.1.1 玻璃纤维的发展状况玻璃纤维的发展状况国外玻璃纤维特点：国外玻璃纤维特点：1.技术上先进，普遍采用池窑拉丝技术，发展多排技术上先进，普遍采用池窑拉丝技术，发展多排多孔拉丝工艺多孔拉丝工艺 2.直径越来越粗，纤维直径为直径越来越粗，纤维直径为1424m，甚至达到，甚至达到27m 3.大量生产无碱玻纤，无纺织玻璃纤维织物大量生产无碱玻纤，无纺织玻璃纤维织物4.无捻粗纱的短切纤维毡片所占比例增加，偶无捻粗纱的短切纤维毡片所占比例增加，偶联剂的品种不断增加联剂的品种不断增加5.重视纤维树脂界面的研究，玻璃纤维的前重
5、视纤维树脂界面的研究，玻璃纤维的前处理受到普遍重视处理受到普遍重视国内玻璃纤维特点：国内玻璃纤维特点：较国外起步较晚，中碱玻璃纤维仍然占大多较国外起步较晚，中碱玻璃纤维仍然占大多数，正向粗纤维方向发展，池窑拉丝工艺正在推数，正向粗纤维方向发展，池窑拉丝工艺正在推广，新型偶联剂不断出现，改善了纤维树脂界广，新型偶联剂不断出现，改善了纤维树脂界面，重视纤维面，重视纤维-树脂界面的研究。树脂界面的研究。7.1.2 玻璃纤维的分类玻璃纤维的分类 玻璃纤维的分类方法很多，一般可从玻璃纤维的分类方法很多，一般可从玻璃原料成分玻璃原料成分、单丝直径单丝直径、纤维外观纤维外观及及纤纤维特性维特性等方面进行分类
6、。等方面进行分类。(1)以玻璃原料成分分类以玻璃原料成分分类 这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。一般以不同的含碱量来区分：一般以不同的含碱量来区分：无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维(通称通称E玻璃玻璃)：国内目前规定碱金属氧化物含量不大于国内目前规定碱金属氧化物含量不大于0.5，国，国外一般为外一般为1左右；左右；中碱玻璃纤维：中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量为碱金属氧化物含量为11.512.5；特种玻璃纤维：特种玻璃纤维：如由纯镁铝硅三元组成的高强玻如由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃纤维；镁铝硅系高强、高弹玻璃纤维；硅铝钙璃纤维；镁铝硅系高强、高弹玻璃纤维；硅
7、铝钙镁系耐化学介质腐蚀玻璃纤维；含铅纤维；高硅镁系耐化学介质腐蚀玻璃纤维；含铅纤维；高硅氧纤维；石英纤维等。氧纤维；石英纤维等。(2)以单丝直径分类以单丝直径分类 玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分成几种：成几种：粗纤维：粗纤维：30m；初级纤维：；初级纤维：20m中级纤维：中级纤维：10m20m；高级纤维：高级纤维：3m10m(亦称纺织纤维亦称纺织纤维)；超细纤维：单丝直径小于超细纤维：单丝直径小于4m。单丝直径的不同，不仅纤维的性能有差异，单丝直径的不同，不仅纤维的性能有差异，而且影响到纤维的生产工艺、产量和成本。一般而且影响到纤维的生产工
8、艺、产量和成本。一般5m10m纤维作为纺织制品用；纤维作为纺织制品用；10m14m的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等较为适宜。较为适宜。(3)以纤维外观分类以纤维外观分类 有连续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗纱有连续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗纱(用于纺织用于纺织)；短切纤维；空心玻璃纤维；玻璃；短切纤维；空心玻璃纤维；玻璃粉及磨细纤维等。粉及磨细纤维等。(4)以纤维特性分类以纤维特性分类 以纤维本身具有的性能可分为：高强玻璃以纤维本身具有的性能可分为：高强玻璃纤维；高模量玻璃纤维；耐高温玻璃纤维；耐纤维；高模量玻璃纤维；耐高温玻璃纤维；耐碱玻璃
9、纤维；耐酸玻璃纤维；普通玻璃纤维碱玻璃纤维；耐酸玻璃纤维；普通玻璃纤维(指无碱及中碱玻璃纤维指无碱及中碱玻璃纤维)。无捻粗纱无捻粗纱短切纤维短切纤维玻璃粉玻璃粉7.2 玻璃纤维的结构与组玻璃纤维的结构与组成成7.2.1 玻璃纤维的物态玻璃纤维是纤维状的玻璃。玻璃纤维是纤维状的玻璃。玻璃是无色透明具有光泽的脆性固体。玻璃是无色透明具有光泽的脆性固体。定义：定义：由熔融态过冷时因粘度增加而具有固体物理机由熔融态过冷时因粘度增加而具有固体物理机械性能的械性能的无定形无定形物体，各向同性的均质材料。物体，各向同性的均质材料。特点：特点：没有固定的熔点没有固定的熔点7.2.2 玻璃纤维的结构玻璃纤维的结
10、构微晶结构假说：微晶结构假说：玻璃是由硅酸块或二氧化硅的玻璃是由硅酸块或二氧化硅的“微晶子微晶子”组成，在组成，在“微晶子微晶子”之间由硅酸块过冷之间由硅酸块过冷溶液所填充。溶液所填充。网络结构假说网络结构假说 玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧三面体或玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧三面体或硼氧三面体相互连成不规则三维网络，网络硼氧三面体相互连成不规则三维网络，网络间的空隙由间的空隙由Na、K、Ca、Mg等阳离子所填等阳离子所填充。二氧化硅四面体的三维网状结构是决定充。二氧化硅四面体的三维网状结构是决定玻璃性能的基础，填充的玻璃性能的基础，填充的Na、Ca等阳离子称等阳离子称为网络改性物。为网络改
11、性物。玻璃纤维结构示意图玻璃纤维结构示意图 7.2.3 玻璃纤维的化学组成玻璃纤维的化学组成 玻璃纤维的化学组成主要是二氧化硅玻璃纤维的化学组成主要是二氧化硅(SiO2)、三氧化二硼三氧化二硼(B2O3)、氧化钙、氧化钙(CaO)、三氧化二铝、三氧化二铝(Al2O3)等等 以二氧化硅为主的称为硅酸盐玻璃；以二氧化硅为主的称为硅酸盐玻璃；以三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃。以三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃。氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它可氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它可以降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃溶液中的气泡容以降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃溶液中的气泡容易排除，它
12、主要通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从而易排除，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。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、电氧化钠和氧化钾的含量越高，玻璃纤维的强度、电绝缘性和化学稳定性会相应的降低绝缘性和化学稳定性会相应的降低 加入氧化钙、三氧化二铝能在一定条件下构成加入氧化钙、三氧化二铝能在一定条件下构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质和工艺性。玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质和工艺性。玻璃纤维化学成分的制定一方面要满足玻璃纤玻璃纤维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，具有良好的化学稳定性；维物理和化学性能的要求，具有良好的
13、化学稳定性；另一方面要满足制造工艺的要求，如合适的成型温另一方面要满足制造工艺的要求，如合适的成型温度、硬化速度及粘度范围。度、硬化速度及粘度范围。玻璃玻璃纤维纤维种类种类国内外常用玻璃纤维的成分国内外常用玻璃纤维的成分SiO2Al2O3CaOMgOZrO2B2O3Na2OK2O无碱无碱1#54.10.715.00.516.50.54.5 0.59.0 0.50.5无碱无碱2#54.50.713.80.516.20.54.0 0.59.0 0.52.0无碱无碱5#67.50.76.6 0.59.5 0.54.2 0.511.5 0.50.5中碱中碱B1766.84.78.54.2312E53.
14、516.317.34.4803C65.0414368S64.325.010.30.3G-2071.01.016.02.49A72.00.6102.514.2E无碱玻璃纤维；无碱玻璃纤维；C耐酸；耐酸；S高强；高强；G-20抗碱；抗碱；A普通有碱普通有碱7.3 玻璃纤维的性能玻璃纤维的性能7.3.1 玻璃纤维的物理性能玻璃纤维的物理性能1.外观和密度外观和密度 玻璃纤维呈表面光滑的圆柱体，表面光滑，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。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，玻璃纤维彼此相靠近时，空隙填充得较为
15、密实，有利于提高玻璃钢制品的玻璃含量。有利于提高玻璃钢制品的玻璃含量。纤维纤维名称名称羊毛羊毛蚕丝蚕丝棉花棉花人造丝人造丝尼龙尼龙碳纤维碳纤维玻璃纤维玻璃纤维无碱无碱有碱有碱密度密度g/cm31.281.331.301.451.501.601.50 1.601.141.42.62.72.4 2.6 玻璃钢使用的玻璃纤维直径玻璃钢使用的玻璃纤维直径5m20m，其，其密度较有机纤维大很多，但比一般金属密度要低。密度较有机纤维大很多，但比一般金属密度要低。2.力学性能力学性能(1)拉伸强度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玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高几十倍例：块状有碱玻璃
16、纤维的拉伸强度：例：块状有碱玻璃纤维的拉伸强度：40MPa100MPa 玻璃纤维强度：玻璃纤维强度：2000MPa几种纤维材料和金属材料的强度几种纤维材料和金属材料的强度羊毛羊毛亚麻亚麻棉花棉花生丝生丝尼龙尼龙高强合高强合金钢金钢铝合铝合金金玻璃玻璃玻璃玻璃纤维纤维纤维纤维直径直径(m)1516 5010 2018块状块状块状块状块状块状块状块状58拉伸拉伸强度强度(MPa)100300350300700440300600160040 46020 12010003000微裂纹假说：微裂纹假说：玻璃的理论强度很高，可达玻璃的理论强度很高，可达2000 12000 MPa，但实测强度很低：在玻璃或
17、玻璃纤维中存在着数量但实测强度很低：在玻璃或玻璃纤维中存在着数量不等、尺寸不同的微裂纹，大大降低了强度。微裂不等、尺寸不同的微裂纹，大大降低了强度。微裂纹分布在玻璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面纹分布在玻璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹危害最大。由于微裂纹的存在，使玻璃在的微裂纹危害最大。由于微裂纹的存在，使玻璃在外力作用下受力不均，微裂纹处产生应力集中，从外力作用下受力不均，微裂纹处产生应力集中，从而使强度下降。而使强度下降。玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使微裂纹产生的机会减少；玻璃纤维的断面一性，使微裂纹产生的机会减少；玻璃纤
18、维的断面较小，使微裂纹存在的几率也减少，从而使玻璃纤较小，使微裂纹存在的几率也减少，从而使玻璃纤维强度增高。维强度增高。分子取向假说：分子取向假说：在玻璃纤维成型过程中，由于拉丝机在玻璃纤维成型过程中，由于拉丝机的牵引作用，使玻璃纤维分子产生定向排的牵引作用，使玻璃纤维分子产生定向排列，从而提高了玻璃纤维强度。列，从而提高了玻璃纤维强度。影响玻璃纤维强度的因素：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，拉伸强度显著下降随着纤维长度的增加，拉伸强度显著下降 直径直径(m)性能性能457911
19、拉伸强度拉伸强度(MPa)3000 38002400 29001750 21501250170010501250玻璃纤维长度玻璃纤维长度(mm)纤维直径纤维直径(m)平均拉伸强度平均拉伸强度(MPa)51315002012.512109012.7360156013720 化学组成对拉伸强度的影响化学组成对拉伸强度的影响含碱量越高，强度越低。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无碱玻璃纤维比有碱玻璃纤维的拉伸强度高20%。玻璃纤维玻璃纤维纤维直径纤维直径(m)拉伸强度拉伸强度(MPa)无碱无碱5.012000有碱有碱4.701600 无碱玻璃纤维成型温度高、硬化速度快、结
20、构键能大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。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的降低 存放时间对强度的影响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玻璃纤维存放一段时间后其强度会降低纤维的老化。纤维的老化。原因：空气中的水分和氧气对纤维侵蚀原因：空气中的水分和氧气对纤维侵蚀 施加负荷时间对强度的影响施加负荷时间对强度的
21、影响玻璃纤维强度随着施加负荷时间的增长而降低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。微裂纹扩展速度加速。(2)玻璃纤维的弹性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：化学组成影响玻璃纤维的弹性模量的主要因素：化学组
22、成加入加入BeO、MgO能提高玻璃纤维的弹性模量能提高玻璃纤维的弹性模量纤维种类纤维种类弹性模量弹性模量(MPa)延伸率延伸率(%)无碱纤维无碱纤维(E)720003.0有碱纤维有碱纤维(A)660002.7棉纤维棉纤维10000120007.8羊毛纤维羊毛纤维60002535亚麻纤维亚麻纤维300005000023芳纶纤维芳纶纤维30002025高合金钢高合金钢160000铝合金铝合金4200046000(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玻璃纤维的耐磨性和耐折性能很差，尤其在潮湿环境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下
23、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阳离子活性剂水溶液处理3.玻璃纤维的热性能玻璃纤维的热性能(1)玻璃纤维的导热性玻璃纤维的导热性玻璃导热系数：玻璃导热系数：0.7W/(mK)1.3W/(mK)玻璃纤维导热系数：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，空气导热系数低原因：纤维间的空隙较大，容积密度较小，空气导热系数低物质物质种类种类容积密度容积密度(kg/m3)导热系数导热系数W/(mK)物质物质种类种类容积密度容积密度(kg/m3)导热系数导热系数W/(m
24、K)羊毛羊毛800.0340.046玻璃纤维玻璃纤维800.034蚕丝蚕丝1000.0460.052玻璃玻璃0.71.3亚麻亚麻1300.0460.053空气空气0.0246原棉原棉810.0580.062水水0.60(2)玻璃纤维的耐热性玻璃纤维的耐热性玻璃纤维的耐热性较高，软化点为玻璃纤维的耐热性较高，软化点为550580，热膨胀系数为热膨胀系数为4.810-6；200 250以下，以下，玻璃纤维强度不变玻璃纤维强度不变7.3.2 玻璃纤维的化学性能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：化学成分对玻璃纤维化学稳定性的影响：玻璃纤维除氢氟酸玻璃纤维除氢氟酸(HF)、浓碱、浓碱
25、(NaOH)、浓磷酸外，对、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。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无碱与中碱玻璃纤维性能对比种类种类耐酸耐酸性性耐水耐水性性机械机械强度强度防老防老化性化性电绝电绝缘性缘性成本成本浸润剂浸润剂 适用条适用条件件无碱无碱一般一般好好高高较好较好好好较高较高树脂易树脂易渗透渗透强度高强度高的场合的场合中碱中碱好好差差较低较低较差较差低低低低树脂渗树脂渗透性差透性差强度低强度低的场合的场合中碱玻璃纤维耐酸性好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，金属氧酸与玻璃纤维表面的金属氧化物作用，金属氧化物化物
26、(Na2O、K2O)离析、溶解；酸与玻璃纤维中硅离析、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，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，实践在玻璃表面形成一层极薄的氧化硅保护膜，实践证明证明Na2O、K2O有利于这层保护膜的形成。有利于这层保护膜的形成。无碱玻璃纤维耐水性好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。璃纤维与碱液继续作用，直至使
27、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。化学稳定性降低。7.4 玻璃纤维及其制品玻璃纤维及其制品7.4.1.1 玻璃纤维的生产工艺玻璃纤维的生产工艺 坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝(1)坩埚法拉丝工艺坩埚法拉丝工艺 生产工艺由制球和拉丝两部分组成生产工艺由制球和拉丝两部分组成整个拉丝过程中加球和拉丝温度控整个拉丝过程中加球和拉
28、丝温度控制是由自动控制装置来完成的制是由自动控制装置来完成的 7.4.1 玻璃纤维及其制品的生产工艺玻璃纤维及其制品的生产工艺1加料孔；加料孔；2铂针；铂针；3坩埚；坩埚；4电极板；电极板；5玻璃液；玻璃液；6漏板；漏板；7玻璃纤维单丝；玻璃纤维单丝；8集束轮；集束轮；9玻璃纤维原纱；玻璃纤维原纱；10拉丝卷筒拉丝卷筒(2)池窑漏板法拉丝工艺池窑漏板法拉丝工艺 池窑拉丝是连续玻璃纤维生产的一种新的工艺方法。池窑池窑拉丝是连续玻璃纤维生产的一种新的工艺方法。池窑拉丝是将玻璃配合料投入熔窑熔化后直接拉制成各种支数的连拉丝是将玻璃配合料投入熔窑熔化后直接拉制成各种支数的连续玻璃纤维。续玻璃纤维。池窑
29、拉丝与坩埚拉丝相比较，具有如下优点：池窑拉丝与坩埚拉丝相比较，具有如下优点：1.省去制球工艺，简化工艺流程，效率高；省去制球工艺，简化工艺流程，效率高；2.池窑拉丝一窑可安装池窑拉丝一窑可安装10块到上百块漏板，熔量大，生产能力高；块到上百块漏板，熔量大，生产能力高；3.易实现自动化；易实现自动化；4.适于多孔大漏板生产玻璃钢适用的粗纤维；适于多孔大漏板生产玻璃钢适用的粗纤维；5.生产的废纱便于回炉。生产的废纱便于回炉。池窑拉丝是国际上普遍采用的玻璃纤维生产新工艺，该池窑拉丝是国际上普遍采用的玻璃纤维生产新工艺，该技术特点是，采用重油或燃气加热单元窑，粉料直接熔化成技术特点是，采用重油或燃气加
30、热单元窑，粉料直接熔化成玻璃，经燃气加热的成型通路，由多台（数十到上百台）漏玻璃，经燃气加热的成型通路，由多台（数十到上百台）漏板同时拉制各种规格的玻璃纤维原丝。具有生产规模大、效板同时拉制各种规格的玻璃纤维原丝。具有生产规模大、效率高、能耗低、产品质量好等优点，能适应率高、能耗低、产品质量好等优点，能适应800至至4000孔大漏孔大漏板拉丝成型的要求，是生产高质量、低成本玻璃纤维材料的板拉丝成型的要求，是生产高质量、低成本玻璃纤维材料的最佳方法。最佳方法。7.4.1.2 玻璃纤维制品的生产工艺玻璃纤维制品的生产工艺生产玻璃纤维制品的主要设备是纺纱机和织布机生产玻璃纤维制品的主要设备是纺纱机和
31、织布机 1 1电熔池窑炉；电熔池窑炉；2 2漏板；漏板；3 3加浸润剂；加浸润剂；4 4机械装置；机械装置；5 5喷射粘接剂；喷射粘接剂；6 6金属网带；金属网带；7 7固化装置；固化装置；8 8卷筒卷筒连续玻璃纤维毡生产示意图连续玻璃纤维毡生产示意图7.4.2 玻璃纤维纱的规格及性能玻璃纤维纱的规格及性能 玻璃纤维纱可分无捻纱及有捻纱两种。玻璃纤维纱可分无捻纱及有捻纱两种。无捻纱一般用增强型浸润剂，由原纱直接并股、络纱制成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，原纱经过退绕、加捻、并股、有捻纱则多用纺织型浸润剂，原纱经过退绕、加捻、并股、络纱而制成。络纱
32、而制成。由于生产玻璃纤维纱的纤维直径、支数及股数不同，使由于生产玻璃纤维纱的纤维直径、支数及股数不同，使无捻纱和有捻纱的规格有许多种。无捻纱和有捻纱的规格有许多种。纤维支数有两种表示方法：纤维支数有两种表示方法：(1)定质量法定质量法 用质量为用质量为1g的原纱的长度来表示，即：的原纱的长度来表示，即：原纱克质量数）纤维质量（测量）纤维长度（通常用纤维支数m100m100例如：例如：40支纱，就是指质量为支纱，就是指质量为1g的原纱长的原纱长40m。(2)定长法定长法 目前国际上统一使用的方法，通称目前国际上统一使用的方法，通称“TEX”(TEX”(公制号数公制号数)。1000m长的原纱的克质
33、量。长的原纱的克质量。例如：例如：4“TEX”就是指就是指1000m原纱质量为原纱质量为4g。捻度捻度 单位长度内纤维与纤维之间所加的转数，以捻单位长度内纤维与纤维之间所加的转数，以捻m为单位为单位 Z捻捻(左捻左捻)，顺时针方向加捻；，顺时针方向加捻；S捻捻(右捻右捻)，逆时针方向加捻。，逆时针方向加捻。通过加捻可提高纤维的抱合力，改善单纤维的受力状况，通过加捻可提高纤维的抱合力，改善单纤维的受力状况，有利于纺织工序的进行。捻度过大不易被树脂浸透。有利于纺织工序的进行。捻度过大不易被树脂浸透。无捻粗纱中的纤维是平行排列的，拉伸强度很高，易无捻粗纱中的纤维是平行排列的，拉伸强度很高，易被树脂浸
34、透，故无捻粗纱多用于缠绕高压容器及管道等，被树脂浸透，故无捻粗纱多用于缠绕高压容器及管道等，同时也用于拉挤成型、喷射成型等工艺中。同时也用于拉挤成型、喷射成型等工艺中。作业作业 1.为什么玻璃纤维的拉伸强度比同成分为什么玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高？的块状玻璃高？2.影响玻璃纤维强度的因素有哪些？如影响玻璃纤维强度的因素有哪些？如何影响？解释原因。何影响？解释原因。玻璃纤维及玻璃纤维制品玻璃纤维及玻璃纤维制品1、无捻粗纱无捻粗纱 无捻粗纱是由平行原无捻粗纱是由平行原丝或平行单丝集束而成。丝或平行单丝集束而成。无捻粗纱是加工方格布、无捻粗纱是加工方格布、网格布的基本原料，是网格布的基本
35、原料，是玻璃钢基材最基本的原玻璃钢基材最基本的原材料。材料。喷射用无捻粗纱，缠绕型无捻粗纱，拉挤用无捻粗纱及织喷射用无捻粗纱，缠绕型无捻粗纱，拉挤用无捻粗纱及织造用无捻粗纱等，用途十分广泛。造用无捻粗纱等，用途十分广泛。种类种类2、无碱布无碱布 无碱布是用无碱玻纤纱无碱布是用无碱玻纤纱织造而成，具有优异的电气织造而成，具有优异的电气绝缘性、力学性能、耐热性绝缘性、力学性能、耐热性及抗吸湿性。主要用于生产及抗吸湿性。主要用于生产各种电绝缘层压板、印刷线各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、路板、各种车辆车体、贮罐、船艇、模具等船艇、模具等 无碱布还适合用作玻璃无碱布还适合用作玻璃漆布
36、，玻璃布层压制品与覆漆布，玻璃布层压制品与覆铜箔层压的基材，以及玻璃铜箔层压的基材，以及玻璃云母制品等的补强材料。云母制品等的补强材料。3、短切玻璃纤维短切玻璃纤维 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。性，热塑性树脂增强材料中获得广泛的应用。4、无捻方格布无捻方格布 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。产品领域。5、玻璃纤维耐碱网布玻璃纤
37、维耐碱网布 玻璃纤维耐碱网布是以中玻璃纤维耐碱网布是以中碱或无碱玻璃纤维织物为基础，碱或无碱玻璃纤维织物为基础，经耐碱涂层处理而成。该产品经耐碱涂层处理而成。该产品强度高、粘结性好、服帖性、强度高、粘结性好、服帖性、定位性极佳，广泛应用于墙体定位性极佳，广泛应用于墙体增强，外墙保温，屋面防水等增强，外墙保温，屋面防水等方面，还可应用于水泥、塑料、方面，还可应用于水泥、塑料、沥青、大理石、马赛克等墙体沥青、大理石、马赛克等墙体材料的增强，是建筑行业理想材料的增强，是建筑行业理想的工程材料。的工程材料。6、膨体纱与膨体布膨体纱与膨体布 膨体纱由玻璃纤维纱经过高压空气装置，特殊膨化而膨体纱由玻璃纤维
38、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，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。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、发电量大、过滤效率高等特点。主要用于钢铁、水泥、发电等
39、行业的高温袋过滤器；包装材料；装饰材料等。等行业的高温袋过滤器；包装材料；装饰材料等。7、拉挤纱、拉挤纱 具有良好的耐磨性、柔软具有良好的耐磨性、柔软成性好、纤维光滑毛纱少、与成性好、纤维光滑毛纱少、与苯乙烯有极好的相溶性，浸透苯乙烯有极好的相溶性，浸透速度非常快。通过拉挤成型与速度非常快。通过拉挤成型与聚酯或环氧树脂结合成高强度聚酯或环氧树脂结合成高强度的玻璃钢制品。的玻璃钢制品。挤拉纱产品特性：品名品名产品产品代号代号浸润剂浸润剂类型类型含水率含水率选用选用树脂树脂卷装量卷装量(Kg)无碱拉无碱拉挤纱挤纱ERL-1200硅烷类硅烷类0.18聚酯或聚酯或环氧环氧200.5无碱拉无碱拉挤纱挤纱
40、ERL-2400硅烷类硅烷类0.18聚酯或聚酯或环氧环氧200.5中碱拉中碱拉挤纱挤纱CRL-1200硅烷类硅烷类0.2聚酯或聚酯或环氧环氧200.5中碱拉中碱拉挤纱挤纱CRL-2400硅烷类硅烷类0.2聚酯或聚酯或环氧环氧200.58、缠绕纱、缠绕纱 具有较好的成带性、柔软、纤维光滑、与苯乙烯有很好具有较好的成带性、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。缠绕成型与聚酯或环氧树脂结合成高强度的玻璃钢制品。品名品名产品产品代号代号浸润剂浸润剂类型类型含
41、水率含水率选用选用树脂树脂卷装量卷装量(Kg)无碱缠无碱缠绕纱绕纱ERC-1200硅烷类硅烷类0.18聚酯或聚酯或环氧环氧200.5无碱缠无碱缠绕纱绕纱ERC-2400硅烷类硅烷类0.18聚酯或聚酯或环氧环氧200.5中碱缠中碱缠绕纱绕纱CRC-2400硅烷类硅烷类0.2聚酯或聚酯或环氧环氧200.59、喷射纱、喷射纱 具有较好的短切性能、具有较好的短切性能、无静电、与苯乙烯有良好无静电、与苯乙烯有良好的相溶性、浸透速度较快。的相溶性、浸透速度较快。通过连续喷射法与聚酯或通过连续喷射法与聚酯或环氧树脂结合成高强度的环氧树脂结合成高强度的玻璃钢制品。玻璃钢制品。10、玻璃纤维套管、玻璃纤维套管
42、玻璃纤维套管是由无碱纱编织而成，用于电视、仪表、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缆能提供良好的性能和可靠的绝缘。套管的电线和电缆能提供良好的性能和可靠的绝缘。11、短切毡、短切毡 把玻璃纤维短切成约把玻璃纤维短切成约50mm长，然后均匀沉降在成型带长，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，广泛使用于手结合良好的亲和性，脱泡性、易成型等特点，广
43、泛使用于手糊玻璃钢糊玻璃钢(FRP)及玻纤层压板材上。及玻纤层压板材上。12、连续原丝毡、连续原丝毡 连续原丝毡是新型玻纤无纺增强材料，广泛用于高质量玻璃连续原丝毡是新型玻纤无纺增强材料，广泛用于高质量玻璃钢的模压和拉挤成型工艺。该技术以玻璃纤维原丝为原料，经机钢的模压和拉挤成型工艺。该技术以玻璃纤维原丝为原料，经机械铺叠制成高强度无纺毡，产品规格为械铺叠制成高强度无纺毡，产品规格为225900克克/平方米平方米13、玻璃纤维方格布、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
44、、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。制造游艇、汽车车体、透明玻璃钢及手糊玻璃钢工艺上。14、无碱纤维带、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，无碱玻璃纤维带是电机及电器的良好的包扎绝缘材料，也是玻璃钢也是玻璃钢(FRP)用基材。用基材。单丝处理单丝处理(浸润剂浸润剂)纤维织物的表面处理纤维织物的表面处理(中间粘合剂中间粘合剂)7.5.1 浸润剂浸润剂 在拉丝工艺中，当玻璃液从漏板拉出单丝以后，要经过浸在拉丝工艺中，当玻璃液从漏板拉出单丝以后，要经过浸润槽把浸润剂涂敷在玻璃纤维表面上。浸润剂可分为纺织型润槽
45、把浸润剂涂敷在玻璃纤维表面上。浸润剂可分为纺织型浸润剂和增强型浸润剂。浸润剂和增强型浸润剂。1.浸润剂的作用浸润剂的作用 玻璃纤维突出的弱点：较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦玻璃纤维突出的弱点：较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。在拉丝和纺织过程中，纤维就难免出现断裂现象，系数大。在拉丝和纺织过程中，纤维就难免出现断裂现象，而且刚拉出的纤维容易受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其强度而且刚拉出的纤维容易受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其强度下降。下降。浸润剂的作用：使多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和浸润剂的作用：使多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和提高拉伸强度；保护纤维免受大气和水分的侵蚀作用。提高拉
46、伸强度；保护纤维免受大气和水分的侵蚀作用。2.浸润剂的种类浸润剂的种类 (1)纺织型浸润剂纺织型浸润剂 主要是满足纺织工序的要求。主要是满足纺织工序的要求。使用该类浸润剂的玻璃纤维和织物作为玻璃钢的增强材科使用该类浸润剂的玻璃纤维和织物作为玻璃钢的增强材科时，事先必须对纤维和织物进行表面处理。因为浸润剂中含石时，事先必须对纤维和织物进行表面处理。因为浸润剂中含石蜡和油剂，影响与树脂的粘结。蜡和油剂，影响与树脂的粘结。纺织型浸润剂纺织型浸润剂淀粉浸润剂淀粉浸润剂石蜡乳剂石蜡乳剂淀粉为主要的成膜剂优淀粉为主要的成膜剂优点：费用低、成膜性好、点：费用低、成膜性好、易除掉易除掉主要成分：石蜡、凡主要成
47、分：石蜡、凡士林、硬脂酸、变压士林、硬脂酸、变压器油等器油等优点：润滑性、集束优点：润滑性、集束 性好性好(2)增强型浸润剂增强型浸润剂 由中间粘合剂、润滑剂、乳化剂等组分，配成拉丝用的由中间粘合剂、润滑剂、乳化剂等组分，配成拉丝用的浸润剂，在拉丝过程中直接被覆于玻璃纤维表面。增强型浸浸润剂，在拉丝过程中直接被覆于玻璃纤维表面。增强型浸润剂在一定程度上能满足拉丝工艺要求，而且对纤维与树脂润剂在一定程度上能满足拉丝工艺要求，而且对纤维与树脂粘结影响不大。因此，在玻璃钢成型时不必除去，可直接使粘结影响不大。因此，在玻璃钢成型时不必除去，可直接使用。在选用玻璃纤维及其织物时。必须根据树脂类型考虑采用
48、。在选用玻璃纤维及其织物时。必须根据树脂类型考虑采用何种浸润剂。用何种浸润剂。1.表面处理的意义表面处理的意义 表面处理：在玻璃纤维表面被覆一种叫做表面处理剂的特表面处理：在玻璃纤维表面被覆一种叫做表面处理剂的特殊物质，使玻璃纤维与合成树脂牢固地粘结在一起，以达到提殊物质，使玻璃纤维与合成树脂牢固地粘结在一起，以达到提高玻璃钢性能的目的。表面处理剂处于玻璃纤维与合成树脂之高玻璃钢性能的目的。表面处理剂处于玻璃纤维与合成树脂之间而使这两种性质不同的材料牢固地连接在一起。间而使这两种性质不同的材料牢固地连接在一起。事实证明，玻璃纤维及织物经过适当的表面处理后，不仅事实证明，玻璃纤维及织物经过适当的
49、表面处理后，不仅改进了玻璃纤维的耐磨、防水、电磁绝缘等性能，而且对玻璃改进了玻璃纤维的耐磨、防水、电磁绝缘等性能，而且对玻璃钢的强度，特别是湿态下的强度提高有显著的效果。钢的强度，特别是湿态下的强度提高有显著的效果。无论是自然老化还是人工加速老化试验，玻璃纤维未无论是自然老化还是人工加速老化试验，玻璃纤维未经处理剂处理而制作的玻璃钢，因老化而强度下降严重；经处理剂处理而制作的玻璃钢，因老化而强度下降严重；经处理的强度下降缓慢，且有更高的强度保留值。经处理的强度下降缓慢，且有更高的强度保留值。处理剂对聚酯玻璃钢人工气候处理剂对聚酯玻璃钢人工气候老化强度的影响老化强度的影响1沃兰处理；沃兰处理；2
50、-A-151处理；处理；3A-172处理；处理；4未处理未处理处理剂对聚酯玻璃钢自然曝晒处理剂对聚酯玻璃钢自然曝晒后强度的影响后强度的影响1沃兰处理；沃兰处理；2-A-151处理；处理；3A-172处理；处理；4未处理未处理处理剂对聚酯玻璃钢海水浸泡处理剂对聚酯玻璃钢海水浸泡后强度的影响后强度的影响1沃兰处理；沃兰处理；2-A-151处理；处理；3A-172处理；处理；4未处理未处理处理剂对玻璃钢的耐化学腐蚀性能的影响也很大。如将玻处理剂对玻璃钢的耐化学腐蚀性能的影响也很大。如将玻璃钢试样浸在酸碱液中，通过观察表面树脂脱落布纹显露的情璃钢试样浸在酸碱液中，通过观察表面树脂脱落布纹显露的情况证明
