復(fù)合材料概論8-玻璃纖維課件2

1、7 玻璃纖維-2本節(jié)主要內(nèi)容7.4 玻璃纖維及其制品7.4.1 玻璃纖維及其制品的生產(chǎn)工藝7.4.2 玻璃纖維紗的規(guī)格及性能7.5 玻璃纖維的表面處理7.5.1 浸潤劑7.5.2 玻璃纖維表面處理劑7.5.3 玻璃纖維表面處理方法7.6 特種玻璃纖維7.6.1 高強(qiáng)度玻璃纖維7.6.2 高模量玻璃纖維7.6.3 高硅氧纖維和石英纖維7.6.4 空心玻璃纖維7.4 玻璃纖維及其制品7.4.1.1 玻璃纖維的生產(chǎn)工藝 坩堝法拉絲、池窯漏板法拉絲(1) 坩堝法拉絲工藝 生產(chǎn)工藝由制球和拉絲兩部分組成整個拉絲過程中加球和拉絲溫度控制是由自動控制裝置來完成的 7.4.1 玻璃纖維及其制品的生產(chǎn)工藝1加料

2、孔；2鉑針；3坩堝； 4電極板；5玻璃液；6漏板；7玻璃纖維單絲；8集束輪；9玻璃纖維原紗；10拉絲卷筒(2) 池窯漏板法拉絲工藝 連續(xù)玻璃纖維生產(chǎn)的一種新的工藝方法。將玻璃配合料投入熔窯熔化后直接拉制成各種支數(shù)的連續(xù)玻璃纖維。 池窯拉絲(與坩堝拉絲相比較)的優(yōu)點： 1. 省去制球工藝，簡化工藝流程，效率高；2. 池窯拉絲一窯可安裝10塊到上百塊漏板，熔量大，生產(chǎn)能力高；3. 易實現(xiàn)自動化；4. 適于多孔大漏板生產(chǎn)玻璃鋼適用的粗纖維；5. 生產(chǎn)的廢紗便于回爐。7.4.1.2 玻璃纖維制品的生產(chǎn)工藝主要設(shè)備：紡紗機(jī)和織布機(jī) 1電熔池窯爐；2漏板；3加浸潤劑；4機(jī)械裝置；5噴射粘接劑；6金屬網(wǎng)帶；

3、7固化裝置；8卷筒連續(xù)玻璃纖維氈生產(chǎn)示意圖7.4.2 玻璃纖維紗的規(guī)格及性能 玻璃纖維紗可分無捻紗及有捻紗兩種。 無捻紗一般用增強(qiáng)型浸潤劑，由原紗直接并股、絡(luò)紗制成 有捻紗則多用紡織型浸潤劑，原紗經(jīng)過退繞、加捻、并股、絡(luò)紗而制成。 根據(jù)纖維直徑、支數(shù)及股數(shù)不同，無捻紗和有捻紗的規(guī)格有許多種。 捻度 單位長度內(nèi)纖維與纖維之間所加的轉(zhuǎn)數(shù)，以捻m為單位 Z捻(左捻)，順時針方向加捻；S捻(右捻)，逆時針方向加捻。 加捻的作用：提高纖維的抱合力改善單纖維的受力狀況，利于紡織工序的進(jìn)行。缺點：捻度過大不易被樹脂浸透。 無捻粗紗的用處 無捻粗紗中的纖維是平行排列的，拉伸強(qiáng)度很高，易被樹脂浸透，故無捻粗紗多

4、用于纏繞高壓容器及管道等，同時也用于拉擠成型、噴射成型等工藝中。 纖維支數(shù)有兩種表示方法： (1) 定質(zhì)量法 用質(zhì)量為1g的原紗的長度來表示，即： 40支紗(2) 定長法 目前國際上統(tǒng)一使用的方法，通稱“TEX”(公制號數(shù))。 1000m長的原紗的克質(zhì)量。 4“TEX”質(zhì)量為1g的原紗長40m。1000m原紗質(zhì)量為4g。玻璃纖維及玻璃纖維制品1、無捻粗紗2、無堿布3、短切玻璃纖維4、無捻方格布5、玻璃纖維耐堿網(wǎng)布6、膨體紗與膨體布7、拉擠紗8、纏繞紗9、噴射紗.1、無捻粗紗 無捻粗紗是由平行原絲或平行單絲集束而成。無捻粗紗是加工方格布、網(wǎng)格布的基本原料，是玻璃鋼基材最基本的原材料。 噴射用無捻

5、粗紗，纏繞型無捻粗紗，拉擠用無捻粗紗及織造用無捻粗紗等，用途十分廣泛。 種類2、無堿布 無堿布是用無堿玻纖紗織造而成，具有優(yōu)異的電氣絕緣性、力學(xué)性能、耐熱性及抗吸濕性。主要用于生產(chǎn)各種電絕緣層壓板、印刷線路板、各種車輛車體、貯罐、船艇、模具等 無堿布還適合用作玻璃漆布，玻璃布層壓制品與覆銅箔層壓的基材，以及玻璃云母制品等的補強(qiáng)材料。3、短切玻璃纖維 短切玻璃纖維，適應(yīng)于各種不同的用途。采用適當(dāng)?shù)慕檮┖图鴶?shù)，切成不同長度的玻璃纖維，在熱固性，熱塑性樹脂增強(qiáng)材料中獲得廣泛的應(yīng)用。 4、無捻方格布 以無捻粗紗織成的方格布，廣泛應(yīng)用于手糊玻璃鋼(FRP)產(chǎn)品領(lǐng)域。 5、玻璃纖維耐堿網(wǎng)布 玻璃纖維耐

6、堿網(wǎng)布是以中堿或無堿玻璃纖維織物為基礎(chǔ)，經(jīng)耐堿涂層處理而成。該產(chǎn)品強(qiáng)度高、粘結(jié)性好、服貼性、定位性極佳，廣泛應(yīng)用于墻體增強(qiáng)，外墻保溫，屋面防水等方面，還可應(yīng)用于水泥、塑料、瀝青、大理石、馬賽克等墻體材料的增強(qiáng)，是建筑行業(yè)理想的工程材料。6、膨體紗與膨體布 膨體紗由玻璃纖維紗經(jīng)過高壓空氣裝置，特殊膨化而成，該產(chǎn)品兼有連續(xù)長纖維的高強(qiáng)度，又有短切纖維的蓬松性，具有耐高溫、耐腐蝕、高過濾效果、高強(qiáng)度等特點，被廣泛應(yīng)用于過濾布、裝飾布、絕緣織物等，是石棉制品理想的替代材料，在環(huán)保工業(yè)方面應(yīng)用廣泛。 膨體布是由膨體紗制造而成，具有透氣性好，容塵量大、過濾效率高等特點。主要用于鋼鐵、水泥、發(fā)電等行業(yè)的高溫

7、袋過濾器；包裝材料；裝飾材料等。 7、拉擠紗 具有良好的耐磨性、柔軟成性好、纖維光滑毛紗少、與苯乙烯有極好的相溶性，浸透速度非?？臁Ｍㄟ^拉擠成型與聚酯或環(huán)氧樹脂結(jié)合成高強(qiáng)度的玻璃鋼制品。 擠拉紗產(chǎn)品特性：品名產(chǎn)品代號浸潤劑類型含水率選用樹脂卷裝量(Kg)無堿拉擠紗ERL-1200硅烷類0.18聚酯或環(huán)氧200.5無堿拉擠紗ERL-2400硅烷類0.18聚酯或環(huán)氧200.5中堿拉擠紗CRL-1200硅烷類0.2聚酯或環(huán)氧200.5中堿拉擠紗CRL-2400硅烷類0.2聚酯或環(huán)氧200.58、纏繞紗 具有較好的成帶性、柔軟、纖維光滑、與苯乙烯有很好的相溶性、浸透速度快。制成的玻璃鋼耐水性好。通過管

8、道纏繞成型與聚酯或環(huán)氧樹脂結(jié)合成高強(qiáng)度的玻璃鋼制品。品名產(chǎn)品代號浸潤劑類型含水率選用樹脂卷裝量(Kg)無堿纏繞紗ERC-1200硅烷類0.18聚酯或環(huán)氧200.5無堿纏繞紗ERC-2400硅烷類0.18聚酯或環(huán)氧200.5中堿纏繞紗CRC-2400硅烷類0.2聚酯或環(huán)氧200.59、噴射紗 具有較好的短切性能、無靜電、與苯乙烯有良好的相溶性、浸透速度較快。通過連續(xù)噴射法與聚酯或環(huán)氧樹脂結(jié)合成高強(qiáng)度的玻璃鋼制品。10、玻璃纖維套管 玻璃纖維套管是由無堿紗編織而成，用于電視、儀表、無線電、電視機(jī)、電扇及其他家用電器上。應(yīng)用玻璃纖維套管的電線和電纜能提供良好的性能和可靠的絕緣。11、短切氈 把玻璃纖

9、維短切成約50mm長，然后均勻沉降在成型帶上，并敷上特種粘結(jié)劑形成短切氈，它具有各向同性與樹脂結(jié)合良好的親和性，脫泡性、易成型等特點，廣泛使用于手糊玻璃鋼(FRP)及玻纖層壓板材上。12、連續(xù)原絲氈 連續(xù)原絲氈是新型玻纖無紡增強(qiáng)材料，廣泛用于高質(zhì)量玻璃鋼的模壓和拉擠成型工藝。該技術(shù)以玻璃纖維原絲為原料，經(jīng)機(jī)械鋪疊制成高強(qiáng)度無紡氈，產(chǎn)品規(guī)格為225900克/平方米13、玻璃纖維方格布 玻璃纖維方格布具有高強(qiáng)、耐腐、絕緣等特點。是制造玻璃鋼制品基布。廣泛應(yīng)用于儀表、無線電貯槽建筑構(gòu)件、制造游艇、汽車車體、透明玻璃鋼及手糊玻璃鋼工藝上。14、無堿纖維帶 無堿玻璃纖維帶是電機(jī)及電器的良好的包扎絕緣材料

10、，也是玻璃鋼(FRP)用基材。7.5 玻璃纖維的表面處理7.5.1 浸潤劑 在拉絲工藝中，當(dāng)玻璃液從漏板拉出單絲以后，要經(jīng)過浸潤槽把浸潤劑涂敷在玻璃纖維表面上。 可分為紡織型浸潤劑和增強(qiáng)型浸潤劑。單絲處理(浸潤劑)纖維織物的表面處理(中間粘合劑)1.浸潤劑的作用玻璃纖維突出的弱點 較脆而且不耐磨，纖維之間的摩擦系數(shù)大。在拉絲和紡織過程中，纖維就難免出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，而且剛拉出的纖維容易受到空氣中水蒸汽的侵蝕，使其強(qiáng)度下降。 浸潤劑的作用： 使多根單絲集中成股，增加原紗的耐磨性和提高拉伸強(qiáng)度；保護(hù)纖維免受大氣和水分的侵蝕作用。 2. 浸潤劑的種類(1) 紡織型浸潤劑(2) 增強(qiáng)型浸潤劑 (1) 紡織

11、型浸潤劑 主要是滿足紡織工序的要求。 使用該類浸潤劑的玻璃纖維和織物作為玻璃鋼的增強(qiáng)材科時，事先必須對纖維和織物進(jìn)行表面處理。因為浸潤劑中含石蠟和油劑，影響與樹脂的粘結(jié)。紡織型浸潤劑淀粉浸潤劑石蠟乳劑淀粉為主要的成膜劑優(yōu)點：費用低、成膜性好、易除掉主要成分：石蠟、凡士林、硬脂酸、變壓器油等優(yōu)點：潤滑性、集束性好(2)增強(qiáng)型浸潤劑 由中間粘合劑、潤滑劑、乳化劑等組分，配成拉絲用的浸潤劑，在拉絲過程中直接被覆于玻璃纖維表面。增強(qiáng)型浸潤劑在一定程度上能滿足拉絲工藝要求，而且對纖維與樹脂粘結(jié)影響不大。因此，在玻璃鋼成型時不必除去，可直接使用。在選用玻璃纖維及其織物時。必須根據(jù)樹脂類型考慮采用何種浸潤劑

12、。 7.5.2 玻璃纖維表面處理劑1. 表面處理的意義 表面處理：在玻璃纖維表面被覆一種叫做表面處理劑的特殊物質(zhì)，使玻璃纖維與合成樹脂牢固地粘結(jié)在一起，以達(dá)到提高玻璃鋼性能的目的。作用：表面處理劑處于玻璃纖維與合成樹脂之間而使這兩種性質(zhì)不同的材料牢固地連接在一起。玻璃纖維及織物經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗?，不僅改進(jìn)了玻璃纖維的耐磨、防水、電磁絕緣等性能，而且對玻璃鋼的強(qiáng)度，特別是濕態(tài)下的強(qiáng)度提高有顯著的效果。玻璃纖維未經(jīng)處理劑處理而制作的玻璃鋼，因老化而強(qiáng)度下降嚴(yán)重；經(jīng)處理的強(qiáng)度下降緩慢，且有更高的強(qiáng)度保留值。處理劑對聚酯玻璃鋼人工氣候老化強(qiáng)度的影響1沃蘭處理；2-A-151處理；3A-172處理；4

13、未處理處理劑對聚酯玻璃鋼自然曝曬后強(qiáng)度的影響1沃蘭處理；2-A-151處理；3A-172處理；4未處理 處理劑對玻璃鋼海水浸泡后強(qiáng)度也有明顯的影響。玻璃鋼經(jīng)處理的比末處理的原始強(qiáng)度只提高0.5倍左右，而經(jīng)海水浸泡1年后強(qiáng)度保留率卻高1倍以上。其中以沃蘭處理的效果更好，在經(jīng)1-3年的浸泡后，競比未處理的高近2倍或更多。處理劑對聚酯玻璃鋼海水浸泡后強(qiáng)度的影響1沃蘭處理；2-A-151處理；3A-172處理；4未處理 處理劑對玻璃鋼的耐化學(xué)腐蝕性能的影響也很大。如將玻璃鋼試樣浸在酸堿液中，通過觀察表面樹脂脫落布紋顯露的情況證明，未經(jīng)處理的樹脂脫落嚴(yán)重，凡經(jīng)過處理的效果均好，特別是經(jīng)KH550前處理的

14、效果更為明顯。 表面處理劑在玻璃鋼中的獨特作用 它既能與玻璃相連，又能與樹脂作用； 既保護(hù)了玻璃纖維表面，又大大地增強(qiáng)了玻璃與樹脂界面的粘結(jié)，防止水分或其他有害介質(zhì)的侵入，減少或消除界面的弱點，改善了界面狀態(tài)，有效地傳遞了應(yīng)力，使玻璃鋼這種復(fù)合材料的多種材料間能形成一個牢固的整體。結(jié)果：長期耐候性、耐水性、耐化學(xué)腐蝕性能均有大幅度改善；機(jī)械強(qiáng)度有成倍的提高；耐熱性和電性能也有很大改善。界面理論偶聯(lián)理論化學(xué)處理膜理論物理吸附理論 偶聯(lián)理論 偶聯(lián)劑是一種高分子化合物，這種化合物一般都含有兩部分性質(zhì)不同的基團(tuán)。一種官能團(tuán)能很好與玻璃纖維表面結(jié)合；另一種官能團(tuán)能很好與合成樹脂結(jié)合(產(chǎn)生共聚)。通過表面

15、處理劑把兩種性能截然不同的物質(zhì)聯(lián)合起來，形成一個統(tǒng)一的整體。因此，把表面處理劑叫“架橋劑”，也叫“偶聯(lián)劑”。這種中間連接作用叫架橋作用或偶聯(lián)作用。3. 玻璃纖維表面處理劑的種類有機(jī)鉻有機(jī)硅鈦酸酯有機(jī)鉻處理劑中最有名的屬“沃蘭(Vo1an)”，它的化學(xué)名稱叫做甲基丙烯酸氯化鉻絡(luò)合物物。有機(jī)硅處理劑：結(jié)構(gòu)通式為RnSiX4-n。 R是有機(jī)基團(tuán)，含有能與合成樹脂作用形成化學(xué)鍵的活性基團(tuán)。如；不飽和雙鍵 、環(huán)氧基團(tuán)、氨基-NH2、巰基-SH等。X是易于水解的基團(tuán)，水解后能與玻璃作用。n 為1、2或3，絕大多數(shù)為1牌號化學(xué)名稱結(jié)構(gòu)式適用范圍國內(nèi)國外熱固性熱塑性沃蘭Volan甲基丙烯酸氯化鉻鹽酚醛聚酯環(huán)氧

16、聚乙烯聚甲基丙烯酸甲酯A-151乙烯基三乙氧基硅烷聚酯硅樹脂聚酰亞胺聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯KH-550A-1100AYM-9-胺基丙基三乙氧基硅烷環(huán)氧酚醛三聚氰胺PVC聚碳酸酯尼龍聚乙烯聚丙烯KH-560A-187Y-4087Z-6040KBM-403-縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷聚酯、環(huán)氧、酚醛、三聚氰胺聚碳酸酯尼龍聚苯乙烯聚丙烯常用玻璃纖維表面處理劑牌號化學(xué)名稱結(jié)構(gòu)式適用范圍國內(nèi)國外熱固性熱塑性KH-570A-174Z-6030KBM-503-甲基丙烯酸丙基三甲氧基硅烷聚酯環(huán)氧聚苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚乙烯聚丙烯南大-42苯胺甲基三乙氧基硅烷環(huán)氧酚醛尼龍A-172乙烯基三(-甲氧乙氧基)硅烷聚

17、酯環(huán)氧聚丙烯KH-580-巰基丙基三乙氧基硅烷環(huán)氧酚醛PVC聚苯乙烯聚胺酯牌號化學(xué)名稱結(jié)構(gòu)式適用范圍國內(nèi)國外熱固性熱塑性KH-590A-189Z-6060Y-5712-巰基丙基三甲氧基硅烷大部分都適用聚苯乙烯B201二乙烯三胺基丙基三乙氧基硅烷酚醛三聚氰胺尼龍聚碳酸酯A-186Y-4086KBM-303-(3, 4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷環(huán)氧聚酯酚醛三聚氰胺A-1120Z-6020X-6030BBM-603-(乙二胺基)丙基三甲氧基硅烷環(huán)氧酚醛三聚氰胺尼龍聚乙烯聚丙烯7.5.3 玻璃纖維表面處理方法后處理法前處理法遷移法。1. 后處理法 凡是使用紡織型浸潤劑，制得的玻璃纖維及織物，在用于

18、制作玻璃鋼之前原則上都采用此法進(jìn)行表面處理。 分兩步進(jìn)行：首先除去玻璃纖維表面的紡織型浸潤劑，然后經(jīng)處理劑溶液浸漬、水洗、烘干等工藝，使玻璃纖維表面被覆上一層處理劑。 特點：處理的各道工序都需要專門的設(shè)備，初投資較大，玻璃纖維強(qiáng)度損失大但處理效果好，比較穩(wěn)定是目前國內(nèi)外最常使用的處理方法。2. 前處理法 適當(dāng)改變浸潤劑的配方，使之既能滿足拉絲、退并、紡織各道工序的要求，又不妨礙樹脂對玻璃纖維的浸潤和粘結(jié)。將化學(xué)處理劑加入到浸潤劑中。 與后處理法比較優(yōu)點：省去了復(fù)雜的處理工藝及設(shè)備，使用簡便；避免了因熱處理造成的玻璃纖維強(qiáng)度損失。 缺點：這種浸潤劑一方面要滿足拉絲、紡織工序的要求，同時又要滿足與

19、樹脂浸漬、粘結(jié)等要求，是一個比較復(fù)雜的技術(shù)問題，目前尚需進(jìn)一步研究。3. 遷移法 遷移法是將化學(xué)處理劑直接加入到樹脂膠液中進(jìn)行整體滲合，在浸膠的同時將處理劑施于玻璃纖維上，借處理劑從樹脂膠液至纖維表面的“遷移”作用而與纖維表面發(fā)生作用，從而在樹脂固化過程中產(chǎn)生偶聯(lián)作用。7.6 特種玻璃纖維7.6.1 高強(qiáng)度玻璃纖維 鎂鋁硅酸鹽玻璃和硼硅酸鹽玻璃兩個系統(tǒng)。 鎂鋁硅酸鹽玻璃的主要成分為(質(zhì)量)：SiO2：65，Al2O3：25，MgO10。拉絲成型溫度需要1500度以上拉絲工藝特殊，成本也比較高。 實際生產(chǎn)的高強(qiáng)度玻璃纖維(稱為S玻璃纖維)是對上述成分略加調(diào)整(引入了6.510的Na2O和2.5的Sb2O3)，以降低玻璃的熔制和拉絲成型溫度并加入了36的CaO，以提高其彈性模量。 硼硅酸鹽高強(qiáng)玻璃纖維的主要成分為(質(zhì)量)：SiO2 40%50%，Al2O319%29%，B2O l020，Li2O 0.1%1。 硼硅酸鹽系統(tǒng)玻璃纖維的強(qiáng)度比E玻璃纖維雖只提高36，但拉絲溫度降低，用一般鉑金坩堝即可拉絲。7.6.2 高模量玻璃纖維 氧化鈹具有大幅度提高玻璃纖維彈性模量的效能。