玻璃纤维
玻璃纤维(Fiberglass),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。它是以叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石六种矿石为原料经高温熔制、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。玻璃纤维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。
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玻璃纤维的性能特点
性质:
熔点:玻璃是种非晶体,无固定的熔点,一般认为它的软化点为500~750℃
沸点:约1000 ℃
密度:2.4~2.76 g/cm
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6.3~6.9 g/d,湿润状态5.4~5.8 g/d。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。
特点:
原料及其应用: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
特性列举如下:
(1)拉伸强度高,伸长小(3%)。
(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。
(10)价格便宜。
(11)不易燃烧,高温下可熔成玻璃状小珠。
02
玻璃纤维材料的分类
玻璃纤维按形态和长度,可分为连续纤维、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(抗碱)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 3~80μm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,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。
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玻璃纤维的用途
玻璃纤维制品被广泛应用于国民经济的各个领域,其中电子、交通和建筑是最主要的三大应用领域,也代表了世界玻纤产业在未来几年的发展趋势。
1.无捻粗纱:无捻粗纱是由平行原丝或平行单丝集束而成的。无捻粗纱按玻璃成分可划分为:无碱玻璃无捻粗纱和中碱玻璃无捻粗纱。生产玻璃粗纱所用玻纤直径从12~23μm。无捻粗纱的号数从150号到9600号(tex)。无捻粗纱可直接用于某些复合材料工艺成型方法中,如缠绕、拉挤工艺,因其张力均匀,也可织成无捻粗纱织物,在某些用途中还将无捻粗纱进一步短切。
2.冰面防滑:2015年4月,加拿大科学家研发了一种价廉有效的方法将玻璃纤维埋入弹力橡胶中,该新型材料可用来制成冬天的防滑鞋。该材料是由一种叫做热塑性聚氨酯的橡胶塑料制成,成千上万的玻璃纤维被埋入其中伸展到橡胶外如一个个微小的钉子,使橡胶有如细砂纸般的感觉。
3.玻璃纤维布:主要用途玻璃钢行业(约占70%)。建筑行业也有用玻璃纤维布的,主要作用就是增加强度。也作建筑外墙保温层,内墙装饰,内墙防潮防火等。
(1)玻璃纤维布品种:玻璃纤维网格布,玻璃纤维方格布,玻璃纤维平纹布,玻璃纤维轴向布,玻璃纤维壁布,玻璃纤维电子布。
(2)玻璃纤维作用:
①增强刚性和硬度,玻纤的增加可以提高塑料的强度和刚性,但是同样的塑料的韧性会下降。例子:弯曲模量;
②提高耐热性和热变形温度,以尼龙为例,增加了玻纤的尼龙,热变形性温度至少提高两倍以上,一般的玻纤增强尼龙耐温都可以达到220度以上
③提高尺寸稳定性,降低收缩率;
④减少翘曲变形;
⑤减少蠕变;
⑥对阻燃性能因为烛芯效应,会干扰阻燃体系,影响阻燃效果;
⑦降低表面的光泽度;
⑧增加吸湿性;
⑨玻纤处理:玻纤的长短直接影响材料的脆性的。玻纤如果处理不好,短纤会降低冲击强度,长纤处理好会提高冲击强度。要使得材料脆性不至于下降很大,就要选择一定长度的玻纤。
(3)含纤量: 产品的含纤量多少也是一个关键的问题。我国一般采取10%、15%、20%、25%、30%等整数含量,而国外则根据产品的用途来决定玻纤的含量。好的冲击强度,与玻纤的表面处理和玻纤的长度至关重要。