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最详细专业的玻纤简介!


 
一、什么是玻璃纤维呢?
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。其主要成分是二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。

1.玻璃纤维的分类
1)以单丝直径分类
粗纤维:单丝直径一般为30um;
初级纤维:单丝直径大于20um;
中级纤维:单丝直径10-20um;
高级纤维:(纺织纤维)其单丝直径3-10um;
超细纤维:单丝直径小于4um。
一般:5-10um的纤维作为纺织制品用;10-14um的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等较为适宜。 

(短玻纤)

2) 以玻璃原料成分类
(一般以不同的碱金属含量来区分)

A.无碱玻璃纤维(E玻璃纤维)
碱金属氧化物含量<0.05%,化学稳定性、电绝缘性、强度好,主要用作电绝缘材料、玻璃钢的增强材料等。

B. 中碱玻璃纤维(C玻璃纤维)

碱金属氧化物含量11.5-12.5%,含碱量高,不能用作电绝缘材料,其化学稳定性和强度尚好,一般用作乳胶布、方格布基材、酸性过滤布、窗纱基材等,也可用作酸性过滤布、窗纱基材等。


C. 高碱玻璃纤维(A玻璃纤维)
碱金属氧化物含量>15%,如采用碎的平板玻璃、碎瓶子玻璃等作原料拉制而成的玻璃纤维均属此类。可用作蓄电瓶的隔离片、管道包扎布和毡片等防水、防潮材料。

D. 特种玻璃纤维
由纯镁铝硅三元组成的高强度玻璃纤维(S-glass),镁铝硅系高强高弹玻璃纤维;硅铝钙镁系耐化学腐蚀玻璃纤维;含铅纤维;高硅氧纤维; 石英纤维等。

按含碱量来区分,那么玻璃纤维中的碱金属氧化物到底是什么呢?
碱金属氧化物:一般指氧化钠、氧化钾
碱金属氧化物是普通玻璃的主要组成之一,主要是降低玻璃的熔点;其含量越高,玻璃纤维的化学稳定性、电绝缘性能、强度都会相应的下降。

(长玻纤)

 
二、玻璃纤维的结构与组成
1.玻璃纤维的特点
(图为玻璃纤维的结构示意图)

玻璃的共性:各向同性,无固定熔点,亚稳定性,性质变化的连续性,可逆性。

GF的结构有两种学说
无规则网络学说:硅氧四面体,铝氧三面体,硼氧三面体相互连成不规则的三维结构。网络间的空隙由Ca、Na、K、Mg等阳离子所填充。

微晶学说:玻璃由硅酸块或二氧化硅的微晶子组成,在微晶子之间由硅酸块过冷溶液填充。

2. 玻璃纤维的组成
玻璃纤维的化学组成主要有SiO2、Be2O3、CaO、Al2O3等。这些物质对玻璃纤维的性质和生产工艺起决定性作用。
(玻纤组分的作用示意表)

 
三.玻璃纤维的性能
(玻纤制品)

1.物理性能
a. 外观:光滑,圆柱形。纤维之间抱合力小,影响了与树脂的复合效果。但光滑表面对气体和液体通过的阻力小,所以制作过滤材料较理想。

b. 密度:2.5左右,主要取决于玻璃的成分。某些特种玻璃,如石英玻璃纤维,高硅氧玻璃纤维等,其密度较低,仅为2.0-2.2g/cm3;含有大量重金属氧化物的高模GF,密度可达2.7-2.9g/cm3。

2.力学性能
拉伸强度:GF的拉伸强度比玻璃高几十倍?
微裂纹假说:
玻璃结构的不均匀性,使玻璃易产生微裂纹,外力作用下,形成应力集中点。玻璃纤维,更多地保留着高温熔体的结构(结构均一性提高),微裂纹产生机会减少,且GF截面小,所以表面微裂纹比块状玻璃少。

3.影响玻璃纤维强度的因素
纤维直径和长度:直径越小,长度越小,强度越大;
化学组成:含碱量越大,强度越小;
存放时间:存放时间越长,强度越小(空气中水分的侵蚀)
施加负荷时间:施加负荷时间越长,强度越小; 除此之外,玻璃液的缺陷,如杂质,气泡等也显著影响GF的强度。
玻璃纤维的耐磨性、耐折性都很差,但其耐热性很好,软化点温度在500-700℃,在高温下长期使用,强度不损失。

4.玻璃纤维的化学性质
GF与Glass相比,由于具有较大的比表面积,因此受介质侵蚀度剧烈。
GF对除HF、浓碱、H3PO4以外的化学药品及有机溶剂具有良好的化学稳定性。
影响GF化学稳定性的因素
a. 玻璃纤维的化学组成
无碱玻纤:耐酸性差,耐水性较好
中碱玻纤:耐酸性好,耐水性差
b.温度
在100℃以下,温度每升高10℃,纤维在介质侵蚀下的破坏速度增加50~100%。

 
四.GF的生产工艺
1. 坩埚法拉丝工艺
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制是由自动控制装置来完成

2.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。
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;
2. 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;
3. 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;
5. 生产的废纱便于回炉。

 
五.玻纤表面处理
1. 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间而使这两种性质不同的材料牢固地连接在一起。
2.玻纤表面处理方法
后处理法
凡是使用纺织型浸润剂,制得的玻璃纤维及织物,在用于制作玻璃钢之前原则上都采用此法进行表面处理。分两步进行:首先除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂,然后经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺,使玻璃纤维表面被覆上一层处理剂。特点:处理的各道工序都需要专门的设备,初投资较大,玻璃纤维强度损失大.但处理效果好,比较稳定.是目前国内外最常使用的处理方法。

前处理法
适当改变浸润剂的配方,使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的要求,又不妨碍树脂对玻璃纤维的浸润和粘结。将化学处理剂加入到浸润剂中。与后处理法比较优点:省去了复杂的处理工艺及设备,使用简便;避免了因热处理造成的玻璃纤维强度损失。缺点:这种浸润剂一方面要满足拉丝、纺织工序的要求,同时又要满足与树脂浸渍、粘结等要求,是一个比较复杂的技术问题,目前尚需进一步研究。

迁移法
迁移法是将化学处理剂直接加入到树脂胶液中进行整体渗合,在浸胶的同时将处理剂施于玻璃纤维上,借处理剂从树脂胶液至纤维表面的“迁移”作用而与纤维表面发生作用,从而在树脂固化过程中产生偶联作用。

 
六. 评价玻纤好坏的主要指标
第一个指标:玻纤在拉丝过程中所使用的表面活性处理剂
第二个指标:单丝直径,单丝直径越小,产品的力学性能与表面外观越佳

 
七.简述短玻纤在塑料中的优势
① 短纤针对性较强,一般短纤生产的厂家会根据不同用途使用不同的浸润剂,而且短纤在单位体积内浸润剂含量比长纤要多,这样就会保证树脂与玻纤的结合能力。 短纤的单丝直径较细,比较好控制玻纤在塑料粒子的长度和分布,从而直接影响产品力学性能与表面外观。
② 短纤计量更加准确,短纤一般是通过侧喂料系统与电子秤添加。
③ 对螺纹块磨损较小,由于短纤已经被原厂剪切好,改性再加工时,就螺杆剪切力大大减弱。 
④ 如果是回料增强的话,可以考虑加短纤,用比较差一点的回料,可以降低成本,如隔热条专用料完全可用此方法。
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