玻璃纤维(课堂PPT)
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第2章玻璃纤维PPT课件
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⑸A玻璃
亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸盐玻璃，它的Na2O含量高达14％， 因而耐水性很差，很少用于玻璃纤维生产。
在国外主要用在生产玻璃棉、屋面沥青增强材科中，也可将A玻璃用于 大辊筒拉丝工艺中，生产各种玻璃钢用的表面毡或连续原丝毡，主要是利用 其耐酸性较好，可以置于玻璃钢表面层，提高制品耐化学性。
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⑶高强玻璃纤维
美国欧文斯—科宁公司生产的牌号为S和S-2玻璃纤维、法国圣戈班公司 生产的R-玻璃纤维、日本日东纺生产的T玻璃纤维及我国生产的HS玻璃纤 维均属于高强玻璃纤维。
特点:高强度、高模量。 用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹盔甲及运动器械。 由于价格昂贵，目前在民用方面还不能得到推广，全世界产量也就几 千吨左右。
⑺D玻璃
亦称低介电玻璃，用于生产介电强度好的低介电玻璃纤维。
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上述玻璃纤维目前实际的产量及价格差异甚大， 下表简要地说明了 这一情况，并可知无碱玻璃纤维是世界玻璃纤维的主流。
注：①不包括中国生产
E： 电绝缘(无碱)玻璃; C： 耐化学侵蚀(中碱)玻璃 ; A： 高碱含量玻璃 ; D： 介电性能优良的(低介电)玻璃; S： 高机械强度(高强)玻璃 ; AR： 耐碱玻璃 ECR： 耐化学腐蚀无硼无碱玻璃
亦称中碱玻璃， 优点：耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃, 缺点：电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10％~20％。 国外的中碱玻璃纤维含一定数量的B2O3 。 我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。 国外用途：中碱玻璃只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品，如用于生 产玻璃纤维表面毡等，也用于增强沥青屋面材料， 我国用途：中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半(60％)，广泛用于 玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，因其价格低于无碱玻璃纤 维而有较强的竞争力 。
玻璃纤维课件
2.1 中碱玻璃粉料C-GLASS RAW MATERIALS
a)
b)
c) d) e) f) g) h)
i)
石英砂 Quartz sand：SiO2 钠长石 Albite：AL2O3 、Na2O 白云石 Dolomite：CaO MgO 石灰石 Limestone：CaO 莹石 Fluorspar：CaF2 纯碱 Soda ash：Na2CO3 硝酸钠 Sodium nitrate：NaNO3 无水硫酸钠 Anhydrous sodium sulfate：Na2SO4 氧化铈 Ceria：CeO2
三、玻璃纤维有什么用处？ III. WHAT IS FIBERGLASS FOR?
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
交通运输 Transportation 建筑建材 Construction 电气工业 Electrical 机械工业 Engineering 石油化工 Petroleum & chemical 休闲文化 Leisure and sports 国防科技 Defence
1、国际发展 INTERNATIONAL DEVELOPMENT
2000多年前，古埃及手工拉制玻纤做装饰材料； Over 2000 years ago, Egyptians manually made fiberglass as ornament material
20世纪30年代，美国发明了铂坩埚拉制工艺技术； In the 1930s, Americans invented the technology of producing fiberglass with platinum crucibles 1938年美国成立OWENS CORNING，具有工业性规模，用于绝缘材料； In 1938 Owens Corning Co was established in USA which had a industrial scale of fiberglass production for insulation application. 二战后工业普及，成立了圣哥本（法）、皮尔金顿（英）、日东纺（日）等； After World War II, the industrial production of fiberglass became popular and St. Gobain(France), Pilkington (Great Britain),Nittobo(Japan) started to produce fiberglass. 1959~1960年， OWENS CORNING和PPG公司相继建成了玻璃纤维池窑。
复合材料概论8-玻璃纤维幻灯片PPT
复合材料概论8-玻璃纤维 幻灯片PPT
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本节主要内容
7.4 玻璃纤维及其制品 7.4.1 玻璃纤维及其制品的生产工艺 7.4.2 玻璃纤维纱的规格及性能 7.5 玻璃纤维的外表处理 7.5.1 浸润剂 7.5.2 玻璃纤维外表处理剂 7.5.3 玻璃纤维外表处理方法 7.6 特种玻璃纤维 7.6.1 高强度玻璃纤维 7.6.2 高模量玻璃纤维 7.6.3 高硅氧纤维和石英纤维 7.6.4 空心玻璃纤维
5、玻璃纤维耐碱网布
玻璃纤维耐碱网布是以 中碱或无碱玻璃纤维织物 为根底，经耐碱涂层处理 而成。该产品强度高、粘 结性好、服贴性、定位性 极佳，广泛应用于墙体增 强，外墙保温，屋面防水 等方面，还可应用于水泥、 塑料、沥青、大理石、马 赛克等墙体材料的增强， 是建筑行业理想的工程材 料。
6、膨体纱与膨体布
7.4 玻璃纤维及其制 品
7.4.1 玻璃纤维及其制品的生 产工艺 7.4.1.1 玻璃纤维的生产工艺
坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝
(1) 坩埚法拉丝工艺
生产工艺由制球和拉丝 两局部组成 整个拉丝过程中加球和 拉丝温度控制是由自动 控制装置来完成的
1—加料孔；2—铂针；3—坩埚； 4—电极板；5—玻璃液；6—漏板； 7—玻璃纤维单丝；8—集束轮； 9—玻璃纤维原纱；10—拉丝卷筒
7、拉挤纱
具有良好的耐磨性、柔 软成性好、纤维光滑毛纱少、 与苯乙烯有极好的相溶性， 浸透速度非常快。通过拉挤 成型与聚酯或环氧树脂结合 成高强度的玻璃钢制品。
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本节主要内容
7.4 玻璃纤维及其制品 7.4.1 玻璃纤维及其制品的生产工艺 7.4.2 玻璃纤维纱的规格及性能 7.5 玻璃纤维的外表处理 7.5.1 浸润剂 7.5.2 玻璃纤维外表处理剂 7.5.3 玻璃纤维外表处理方法 7.6 特种玻璃纤维 7.6.1 高强度玻璃纤维 7.6.2 高模量玻璃纤维 7.6.3 高硅氧纤维和石英纤维 7.6.4 空心玻璃纤维
5、玻璃纤维耐碱网布
玻璃纤维耐碱网布是以 中碱或无碱玻璃纤维织物 为根底，经耐碱涂层处理 而成。该产品强度高、粘 结性好、服贴性、定位性 极佳，广泛应用于墙体增 强，外墙保温，屋面防水 等方面，还可应用于水泥、 塑料、沥青、大理石、马 赛克等墙体材料的增强， 是建筑行业理想的工程材 料。
6、膨体纱与膨体布
7.4 玻璃纤维及其制 品
7.4.1 玻璃纤维及其制品的生 产工艺 7.4.1.1 玻璃纤维的生产工艺
坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝
(1) 坩埚法拉丝工艺
生产工艺由制球和拉丝 两局部组成 整个拉丝过程中加球和 拉丝温度控制是由自动 控制装置来完成的
1—加料孔；2—铂针；3—坩埚； 4—电极板；5—玻璃液；6—漏板； 7—玻璃纤维单丝；8—集束轮； 9—玻璃纤维原纱；10—拉丝卷筒
7、拉挤纱
具有良好的耐磨性、柔 软成性好、纤维光滑毛纱少、 与苯乙烯有极好的相溶性， 浸透速度非常快。通过拉挤 成型与聚酯或环氧树脂结合 成高强度的玻璃钢制品。
《玻璃纤维介绍》PPT课件
❖ 我国在1990年才有第一座从国外引进的年产4000吨无碱玻璃 纤维池窑拉丝投产，其生产能力不足当年全国产量的百分之 五。
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24
池窑拉丝法的特点：
❖ 不经制球、坩埚再熔工序。 ❖ 工序简化，原丝质量好。 ❖ 玻璃熔量大，产量高(可以实现1600孔，2000孔，更多孔的
大漏板拉丝)。
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14
6.1.3 GF的性能 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。
CH CH2 ， CH CH2 O
X为易水解基团，水解后(一般为-OH)可与GF作用 n多数为1
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30
偶联机理如下：
❖ 硅烷偶联剂水解
❖ 三醇基硅烷与GF表面的-OH形成氢键
❖ GF在烘干过程中，硅烷偶联剂与GF表面以氢键形式结合 的-OH，在高温下发生醚化反应，脱去1分子水形成醚键， 以形成的共价键结合。
GF的弹性模量小于金属合金。且其弹性模量与玻璃组成， 结构密切相关。
GF的弹性伸长率低，如E玻璃纤维仅3%左右，S玻璃纤 维5.4%，这说明GF只存在弹性变形，是完全弹性体，拉伸 时，不存在屈服点。
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18
3) 耐磨性、耐折性(柔性)
GF的耐磨性：指GF抵抗摩擦的能力； GF的耐折性：指纤维抵抗折断的能力。
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24
池窑拉丝法的特点：
❖ 不经制球、坩埚再熔工序。 ❖ 工序简化，原丝质量好。 ❖ 玻璃熔量大，产量高(可以实现1600孔，2000孔，更多孔的
大漏板拉丝)。
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6.1.3 GF的性能 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。
CH CH2 ， CH CH2 O
X为易水解基团，水解后(一般为-OH)可与GF作用 n多数为1
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偶联机理如下：
❖ 硅烷偶联剂水解
❖ 三醇基硅烷与GF表面的-OH形成氢键
❖ GF在烘干过程中，硅烷偶联剂与GF表面以氢键形式结合 的-OH，在高温下发生醚化反应，脱去1分子水形成醚键， 以形成的共价键结合。
GF的弹性模量小于金属合金。且其弹性模量与玻璃组成， 结构密切相关。
GF的弹性伸长率低，如E玻璃纤维仅3%左右，S玻璃纤 维5.4%，这说明GF只存在弹性变形，是完全弹性体，拉伸 时，不存在屈服点。
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3) 耐磨性、耐折性(柔性)
GF的耐磨性：指GF抵抗摩擦的能力； GF的耐折性：指纤维抵抗折断的能力。
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玻璃纤维课件..
缺点：由于浸润剂中的成分影响了纤维与基体之间的粘合，
因此需通过热清洗及后处理工艺，将GF表面的浸润剂除去，再 经偶联剂处理后方可使用。
2）表面处理剂
又称为偶联剂，架桥剂，是一种能够改变GF增强CM界面
能的化合物。即使其用量很低(在GF上约为0.05-0.2%)，也会
改善GF与基体的界面状态，可提高CM的强度、耐水性、耐老 化性及使用寿命。
CH CH2 ， CH CH2 O
偶联机理如下：
硅烷偶联剂水解
三醇基硅烷与GF表面的-OH形成氢键
GF在烘干过程中，硅烷偶联剂与GF表面以氢键形式结合 的-OH，在高温下发生醚化反应，脱去1分子水形成醚键， 以形成的共价键结合。
R
R H2O HO Si OH OH 三醇基硅烷
R R HO H Si OH O H O Si H O Si
三、单元窑生产工艺
Batch 熔化 Melting 拉丝 Fiberforming 烘干 Drying
配料
络纱 织布 制毡 捻线
Roving Weaving Mat production Twisting
短切 Chopping
五、GF的表面处理 1）浸润剂 a.浸润剂的作用
四、玻璃纤维怎么做出来的 ? IV. HOW IS FIBERGLASS PRODUCED?
一、代铂炉生产工艺
四、玻璃纤维怎么做出来的 ? IV. HOW IS FIBERGLASS PRODUCED?
二、波歇炉生产工艺
四、玻璃纤维怎么做出来的 ? IV. HOW IS FIBERGLASS PRODUCED?
In 1959 and 1960, Owens Corning and PPG built fiberglass furnaces.
因此需通过热清洗及后处理工艺，将GF表面的浸润剂除去，再 经偶联剂处理后方可使用。
2）表面处理剂
又称为偶联剂，架桥剂，是一种能够改变GF增强CM界面
能的化合物。即使其用量很低(在GF上约为0.05-0.2%)，也会
改善GF与基体的界面状态，可提高CM的强度、耐水性、耐老 化性及使用寿命。
CH CH2 ， CH CH2 O
偶联机理如下：
硅烷偶联剂水解
三醇基硅烷与GF表面的-OH形成氢键
GF在烘干过程中，硅烷偶联剂与GF表面以氢键形式结合 的-OH，在高温下发生醚化反应，脱去1分子水形成醚键， 以形成的共价键结合。
R
R H2O HO Si OH OH 三醇基硅烷
R R HO H Si OH O H O Si H O Si
三、单元窑生产工艺
Batch 熔化 Melting 拉丝 Fiberforming 烘干 Drying
配料
络纱 织布 制毡 捻线
Roving Weaving Mat production Twisting
短切 Chopping
五、GF的表面处理 1）浸润剂 a.浸润剂的作用
四、玻璃纤维怎么做出来的 ? IV. HOW IS FIBERGLASS PRODUCED?
一、代铂炉生产工艺
四、玻璃纤维怎么做出来的 ? IV. HOW IS FIBERGLASS PRODUCED?
二、波歇炉生产工艺
四、玻璃纤维怎么做出来的 ? IV. HOW IS FIBERGLASS PRODUCED?
In 1959 and 1960, Owens Corning and PPG built fiberglass furnaces.
《复合材料玻璃纤维》PPT课件
粗纤维： 30μm；初级纤维：20μm 中级纤维：10μm～20μm； 高级纤维：3μm～10μm(亦称纺织纤维)； 超细纤维：单丝直径小于4μm。
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
5μm－10μm纤维作为纺织制品用；10μm－14μm
的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等
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。 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 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。 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
•
导电纤维 等
16
无捻粗纱
玻璃粉
短切纤维
17
1.2 玻璃纤维的结构与组成
1.2.1 玻璃纤维的物态
•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。 •定义：
由熔融态过冷时因粘度增加而具有固体物理机 械性能的无定形物体，各向同性的均质材料。
•特点：没有固定的熔点
18
1.2.2 玻璃纤维的结构 网络结构假说
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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。
分子取向假说：
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列，从而提高 了玻璃纤维强度。
26
影响玻璃纤维强度的因素：
① 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 随着纤维长度的增加，拉伸强度显著下降
20
《玻璃纤维》课件
汽车行业对于轻量化材料的需求 越来越高，玻璃纤维作为优秀的 轻质材料，它的市场份额可能会 显着增加。
新能源行业
随着全球新能源市场的扩大，越 来越多的太阳能光电池制造商将 使用玻璃纤维，市场需求越来越 大。
总结和展望
总结
玻璃纤维作为一种全球性材料，具有优异的特性和多种应用领域，市场前景看好。
展望
未来，基于玻璃纤维与其他材料的复合、纳米处理等技术的应用，将进一步拓展玻璃纤维的 应用范围及市场空间。
《玻璃纤维》PPT课件
本课程将深入探讨玻璃纤维的介绍、制备方法、特性、应用领域、优势和劣 势、市场前景等方面内容，让你了解这一引人注目的话题。
玻璃纤维的制备方法
1
旋转摇摆沉积法
2
在玻璃纤维基布上喷涂混合液体，再在旋 转模具上恰当加热，待液体摆动固化后， 在基布上生成覆盖各种形状、各种性质的 薄膜。得到的玻璃纤维产品密度大，质地
玻璃纤维的特性
优异的耐高温性
高温下玻璃纤维的性能不会熔化 和被高温腐蚀，仍然保持没有明 显变化的性质，展现近乎完美的 表现。
很高的耐拉强度
尽管玻璃纤维的比强度低于钢、 炭素纤维，但其强度足以满足大 部分需求，而且玻璃纤维的价格 相对较低。
良好的柔韧性
玻璃纤维柔韧，可以轻松地丝绸 般自如地弯曲、形变，同时也能 重复保持原有形状。
玻璃纤维的优势和劣势
1 优势
2 劣势
耐腐蚀、重量轻、平均寿命长、卓越的强度、 中性材料、良好的耐高温性等。
玻璃纤维价格相对较高，同时易碎，强度不 高于其他基质、制造难度大等不足之处。
玻璃纤维的市场前景
建筑行业
随着建筑行业的不断发展和科技 水平的提高，玻璃纤维的使用范 围将逐渐扩大，前景看好。
玻璃纤维(课堂PPT)
于制造双曲面制品或复杂形状的玻璃钢制 品。
55
玻璃纤维制品
3)缎纹布 一个方向上的每根纱上面通过另一方
向的几根纱。玻璃纤维的卷曲最少。
56
玻璃纤维制品
3)缎纹布 缎纹布比斜纹布更柔软，有良好铺覆性，
适用于铺复型面复杂的玻璃钢制品。
• 电绝缘材料：无碱玻纤 • 半导体：加入氧化铁、氧化铝、氧化铜 • 导电纤维：涂金属或石墨
28
（5）玻璃纤维的光学性能
• 优良的透光材料 • 做各种采光材料
29
30
（6）玻纤的化学性能
• 耐化学药品 • 有碱纤维耐酸性好 • 中碱、无碱耐碱性好 • 中碱比无碱耐酸性好
31
4、玻璃纤维的制造
盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻 璃纤维。
17
2、玻璃纤维的组成和结构
（1）玻璃纤维的化学组成 • 玻璃纤维的化学组成主要是SiO2，以及碱
金属氧化物。 • 玻璃纤维的化学组成对玻璃纤维的性质和
工艺特性起决定性作用 。 • 以SiO2为主的硅酸盐玻璃，以B2O3为主的
称为硼酸盐玻璃。
18
2、玻璃纤维的组成和结构
• 纤维状增强材料，它的抗拉强度和拉伸弹 性模量，有时要比同一块材料要大几个数 量级。
3
概述
generalization
• 增强材料 纤维 fiber 晶须 whisker 粉体 particle
• 纤维增强材料应用最广泛，如 玻璃纤维（glass fiber） 碳纤维（carbon fiber) 芳纶纤维(aramid fiber)
(1) 按玻璃原料分类
碱性氧化物含量
有碱玻璃纤维
大于12％
中碱玻璃纤维
6％－12％
55
玻璃纤维制品
3)缎纹布 一个方向上的每根纱上面通过另一方
向的几根纱。玻璃纤维的卷曲最少。
56
玻璃纤维制品
3)缎纹布 缎纹布比斜纹布更柔软，有良好铺覆性，
适用于铺复型面复杂的玻璃钢制品。
• 电绝缘材料：无碱玻纤 • 半导体：加入氧化铁、氧化铝、氧化铜 • 导电纤维：涂金属或石墨
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（5）玻璃纤维的光学性能
• 优良的透光材料 • 做各种采光材料
29
30
（6）玻纤的化学性能
• 耐化学药品 • 有碱纤维耐酸性好 • 中碱、无碱耐碱性好 • 中碱比无碱耐酸性好
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4、玻璃纤维的制造
盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻 璃纤维。
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2、玻璃纤维的组成和结构
（1）玻璃纤维的化学组成 • 玻璃纤维的化学组成主要是SiO2，以及碱
金属氧化物。 • 玻璃纤维的化学组成对玻璃纤维的性质和
工艺特性起决定性作用 。 • 以SiO2为主的硅酸盐玻璃，以B2O3为主的
称为硼酸盐玻璃。
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2、玻璃纤维的组成和结构
• 纤维状增强材料，它的抗拉强度和拉伸弹 性模量，有时要比同一块材料要大几个数 量级。
3
概述
generalization
• 增强材料 纤维 fiber 晶须 whisker 粉体 particle
• 纤维增强材料应用最广泛，如 玻璃纤维（glass fiber） 碳纤维（carbon fiber) 芳纶纤维(aramid fiber)
(1) 按玻璃原料分类
碱性氧化物含量
有碱玻璃纤维
大于12％
中碱玻璃纤维
6％－12％
《玻璃纤维》PPT课件
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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。
16.5± 0.5
16.2± 0.5
9.5± 0.5
8.5
4.5± 0.5 4.0± 0.5
4.2± 0.5
4.2
9.0± 0.5 9.0± 0.5
3
17.3 4.4
8
14
3
6
10.3
16.0
10 2.5
Na2O K2O
<0.5
<2.0
11.5± <0.5 0.5 12
0~3 8 0.3
2.49 14.2
81 0.058~0.062 水
0.60
(2) 玻璃纤维的耐热性 玻璃纤维的耐热性较高，软化点为
550℃~580℃，热膨胀系数为4.8×10-6 ℃； 200℃ ~250℃以下，玻璃纤维强度不变
(4) 以纤维特性分类
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)。
无捻粗纱
玻璃粉 短切纤维
7.2 玻璃纤维的构造与组 成
7.2.1 玻璃纤维的物态
•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。 •定义：
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、产量和本钱。一般 5μm－10μm纤维作为纺织制品用；10μm－ 14μm的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤 维毡等较为适宜。
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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。
16.5± 0.5
16.2± 0.5
9.5± 0.5
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4.5± 0.5 4.0± 0.5
4.2± 0.5
4.2
9.0± 0.5 9.0± 0.5
3
17.3 4.4
8
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10.3
16.0
10 2.5
Na2O K2O
<0.5
<2.0
11.5± <0.5 0.5 12
0~3 8 0.3
2.49 14.2
81 0.058~0.062 水
0.60
(2) 玻璃纤维的耐热性 玻璃纤维的耐热性较高，软化点为
550℃~580℃，热膨胀系数为4.8×10-6 ℃； 200℃ ~250℃以下，玻璃纤维强度不变
(4) 以纤维特性分类
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)。
无捻粗纱
玻璃粉 短切纤维
7.2 玻璃纤维的构造与组 成
7.2.1 玻璃纤维的物态
•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。 •定义：
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、产量和本钱。一般 5μm－10μm纤维作为纺织制品用；10μm－ 14μm的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤 维毡等较为适宜。
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• 电绝缘材料：无碱玻纤 • 半导体：加入氧化铁、氧化铝、氧化铜 • 导电纤维：涂金属或石墨
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（5）玻璃纤维的光学性能
• 优良的透光材料 • 做各种采光材料
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（6）玻纤的化学性能
• 耐化学药品 • 有碱纤维耐酸性好 • 中碱、无碱耐碱性好 • 中碱比无碱耐酸性好
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4、玻璃纤维的制造
玻纤，微裂纹存在的几率减小。
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（2）玻璃纤维的力学性能
• 影响玻纤强度的因素 纤维直径、长度 化学组成 存放时间 纤维的疲劳 玻纤的成型方法
玻璃纤维丝
23
玻璃纤维的成分、直径、编织结构直接影响着复合材 料的机械、物理、化学电性能.
纤维类别 有碱 化学 低介电 无碱 高强度 粗纤维 高模量
性能
AC
4
3. 1 玻璃纤维及其制品
（glass fiber）
5
3. 1 玻璃纤维及其制品
（glass fiber）
• 1893年美国研究成功。 • 世界上三十国家生产，4000－5000种。 • 我国玻璃纤维工业始于1958年。
6
1、玻璃纤维的分类
单丝直径 玻璃原料
分类
纤维外观 纤维特性
7
1、玻璃纤维的分类
• 纤维状增强材料，它的抗拉强度和拉伸弹 性模量，有时要比同一块材料要大几个数 量级。
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概述
generalization
• 增强材料 纤维 fiber 晶须 whisker 粉体 particle
• 纤维增强材料应用最广泛，如 玻璃纤维（glass fiber） 碳纤维（carbon fiber) 芳纶纤维(aramid fiber)
20
3、玻璃纤维性能
（1）外观和密度 • 玻璃纤维的比重比有机纤维大，比金属纤
维小，几乎与铝纤维相当。 • 其比重与玻璃的成分有密切关系，一般为
2.4~2.7左右。
21
（2）玻璃纤维的力学性能
1）玻璃纤维的拉伸强度 （tensile strength）
• 拉伸强度高 • 玻纤高强的原因：
微裂纹假说，有微裂纹存在，产生应力 集中。
3％，比有机纤维低 • 弹性模量(elastic modulus)
比金属低
25
（2）玻璃纤维的力学性能
3）玻纤的耐磨、耐折 性能差，可采用表面处理来提高。 贮运 成型 铺糊
26
（3）玻璃纤维的热性能
• 耐热性较高：软化点550－580℃ • 导热系数小：0.034w/m.k • 不燃烧
27
（4）玻璃纤维的电性能
12
(4) 按纤维特性分类
按纤维特性分类 • 高强度纤维：S玻纤，强度高。 • 低介纤维：D玻纤，电绝缘性好。 • 耐化学药品纤维：C玻纤，耐腐蚀。 • 耐电腐蚀纤维：E-CR玻纤
13
(4) 按纤维特性分类
1、高强玻璃纤维 （S玻纤） 其特点是高强度、高模量，它的单纤维
抗拉强度为2800MPa，比无碱玻纤抗拉强 度高25%左右，弹性模量86000MPa，比E玻璃纤维的强度高。
第三章 复合材料的增强材料 reinforcing material
玻璃纤维布
玻璃纤维绳 玻璃纤维纸
玻璃纤维绳
纳
米
碳 管 纤 维
碳 纤 维 绳
1
概述
generalization
• 增强材料的主要功能，是赋予复合材料 以高强度和高模量等力学性质。
• 另外, 赋予热, 电, 磁等新的性能.
2
概述
generalization
用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、 空间、防弹盔甲及运动器械。
14
(4) 按纤维特性分类
2、D玻璃纤 亦称低介电玻璃，用于生产介电强度好
的低介电玻璃纤维。
15
(4)按纤维特性分类
3、AR玻璃纤维 亦称耐碱玻璃纤维，主要是为了增强
水泥而研制的。
16
(4)按纤维特性分类
4、A玻璃 亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸
D
E
S
R
M
拉伸强度，GPa
3.1 3.1
2.5
3.4 4.58
4.4
3.5
弹性模量，GPa
73
74
55
71
85
86
110
延伸率 % 密度，g/cm3
3.6
3.37
4.6
5.2
2.46 2.46 2.14
2.5 2.5
2.55
2.89
玻璃纤维品种性能一览表
24
（2）玻璃纤维的力学性能
2）玻纤的弹性 • 断裂伸长率（breaking elongation)
最常用的制造方法 是把熔融的玻璃液迅 速（每分钟600~4800 米）拉出坩埚漏孔， 成为直径3~30μ的细 的连续纤维，然后经 过浸润槽，加上浸润 剂使分散的单丝结成 一股原丝。
32
浸润剂
• 浸润剂在拉丝和纺织过程中的作用很大， 它主要是使纤维粘合集束、润滑耐磨、消 除静电等，保证拉丝和纺织顺利进行。
性环境。
9
(1) 按玻璃原料分类
中碱玻纤 亦称C-玻纤，其特点是耐化学性特别
是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差， 机械强度低于无碱玻璃纤维10%～20%，
10
(2) 按单丝直径分类
粗纤维 初级纤维 中级纤维 高级纤维
单丝直径um 30 20
10-20 3-10
11
(3) 按纤维外观分类
按纤维外观分类 • 连续纤维：无捻粗纱，有捻粗纱 • 短切纤维 • 空心玻璃纤维 • 玻璃粉
（2）玻璃纤维的结构 • 由二氧化硅的四面体组成的三维网络结构。 • Ca 、 Na 、 K 等在网络间的空隙。
19
3、玻璃纤维性能
（1）外观和密度 • 外观是光滑的圆柱体状，其截面几乎是完
整的圆形。 • 两个特点：表面光滑使纤维的握固力小，
不利于与树脂粘结；圆形截面，能使纤维 间的空隙填充得较为密实.
• 浸润剂一般分为两类：一类称为纺织型浸 润剂，主要适应拉丝、纺织加工的需要， 其成分含有石蜡、凡士林、硬脂酸、变压 器油、固色剂、表面活性剂和水。
(1) 按玻璃原料分类来自碱性氧化物含量有碱玻璃纤维
大于12％
中碱玻璃纤维
6％－12％
低碱玻璃纤维
2％－6％
无碱玻璃纤维
小于1％
8
(1) 按玻璃原料分类
无碱玻纤 亦称E-玻纤 ，系一种硼硅酸盐玻璃。目前是
应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分. 具有良好的电气绝缘性及机械性能，化学稳定
性好, 广泛用于复合材料的增强材料. 它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸
盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻 璃纤维。
17
2、玻璃纤维的组成和结构
（1）玻璃纤维的化学组成 • 玻璃纤维的化学组成主要是SiO2，以及碱
金属氧化物。 • 玻璃纤维的化学组成对玻璃纤维的性质和
工艺特性起决定性作用 。 • 以SiO2为主的硅酸盐玻璃，以B2O3为主的
称为硼酸盐玻璃。
18
2、玻璃纤维的组成和结构
28
（5）玻璃纤维的光学性能
• 优良的透光材料 • 做各种采光材料
29
30
（6）玻纤的化学性能
• 耐化学药品 • 有碱纤维耐酸性好 • 中碱、无碱耐碱性好 • 中碱比无碱耐酸性好
31
4、玻璃纤维的制造
玻纤，微裂纹存在的几率减小。
22
（2）玻璃纤维的力学性能
• 影响玻纤强度的因素 纤维直径、长度 化学组成 存放时间 纤维的疲劳 玻纤的成型方法
玻璃纤维丝
23
玻璃纤维的成分、直径、编织结构直接影响着复合材 料的机械、物理、化学电性能.
纤维类别 有碱 化学 低介电 无碱 高强度 粗纤维 高模量
性能
AC
4
3. 1 玻璃纤维及其制品
（glass fiber）
5
3. 1 玻璃纤维及其制品
（glass fiber）
• 1893年美国研究成功。 • 世界上三十国家生产，4000－5000种。 • 我国玻璃纤维工业始于1958年。
6
1、玻璃纤维的分类
单丝直径 玻璃原料
分类
纤维外观 纤维特性
7
1、玻璃纤维的分类
• 纤维状增强材料，它的抗拉强度和拉伸弹 性模量，有时要比同一块材料要大几个数 量级。
3
概述
generalization
• 增强材料 纤维 fiber 晶须 whisker 粉体 particle
• 纤维增强材料应用最广泛，如 玻璃纤维（glass fiber） 碳纤维（carbon fiber) 芳纶纤维(aramid fiber)
20
3、玻璃纤维性能
（1）外观和密度 • 玻璃纤维的比重比有机纤维大，比金属纤
维小，几乎与铝纤维相当。 • 其比重与玻璃的成分有密切关系，一般为
2.4~2.7左右。
21
（2）玻璃纤维的力学性能
1）玻璃纤维的拉伸强度 （tensile strength）
• 拉伸强度高 • 玻纤高强的原因：
微裂纹假说，有微裂纹存在，产生应力 集中。
3％，比有机纤维低 • 弹性模量(elastic modulus)
比金属低
25
（2）玻璃纤维的力学性能
3）玻纤的耐磨、耐折 性能差，可采用表面处理来提高。 贮运 成型 铺糊
26
（3）玻璃纤维的热性能
• 耐热性较高：软化点550－580℃ • 导热系数小：0.034w/m.k • 不燃烧
27
（4）玻璃纤维的电性能
12
(4) 按纤维特性分类
按纤维特性分类 • 高强度纤维：S玻纤，强度高。 • 低介纤维：D玻纤，电绝缘性好。 • 耐化学药品纤维：C玻纤，耐腐蚀。 • 耐电腐蚀纤维：E-CR玻纤
13
(4) 按纤维特性分类
1、高强玻璃纤维 （S玻纤） 其特点是高强度、高模量，它的单纤维
抗拉强度为2800MPa，比无碱玻纤抗拉强 度高25%左右，弹性模量86000MPa，比E玻璃纤维的强度高。
第三章 复合材料的增强材料 reinforcing material
玻璃纤维布
玻璃纤维绳 玻璃纤维纸
玻璃纤维绳
纳
米
碳 管 纤 维
碳 纤 维 绳
1
概述
generalization
• 增强材料的主要功能，是赋予复合材料 以高强度和高模量等力学性质。
• 另外, 赋予热, 电, 磁等新的性能.
2
概述
generalization
用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、 空间、防弹盔甲及运动器械。
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(4) 按纤维特性分类
2、D玻璃纤 亦称低介电玻璃，用于生产介电强度好
的低介电玻璃纤维。
15
(4)按纤维特性分类
3、AR玻璃纤维 亦称耐碱玻璃纤维，主要是为了增强
水泥而研制的。
16
(4)按纤维特性分类
4、A玻璃 亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸
D
E
S
R
M
拉伸强度，GPa
3.1 3.1
2.5
3.4 4.58
4.4
3.5
弹性模量，GPa
73
74
55
71
85
86
110
延伸率 % 密度，g/cm3
3.6
3.37
4.6
5.2
2.46 2.46 2.14
2.5 2.5
2.55
2.89
玻璃纤维品种性能一览表
24
（2）玻璃纤维的力学性能
2）玻纤的弹性 • 断裂伸长率（breaking elongation)
最常用的制造方法 是把熔融的玻璃液迅 速（每分钟600~4800 米）拉出坩埚漏孔， 成为直径3~30μ的细 的连续纤维，然后经 过浸润槽，加上浸润 剂使分散的单丝结成 一股原丝。
32
浸润剂
• 浸润剂在拉丝和纺织过程中的作用很大， 它主要是使纤维粘合集束、润滑耐磨、消 除静电等，保证拉丝和纺织顺利进行。
性环境。
9
(1) 按玻璃原料分类
中碱玻纤 亦称C-玻纤，其特点是耐化学性特别
是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差， 机械强度低于无碱玻璃纤维10%～20%，
10
(2) 按单丝直径分类
粗纤维 初级纤维 中级纤维 高级纤维
单丝直径um 30 20
10-20 3-10
11
(3) 按纤维外观分类
按纤维外观分类 • 连续纤维：无捻粗纱，有捻粗纱 • 短切纤维 • 空心玻璃纤维 • 玻璃粉
（2）玻璃纤维的结构 • 由二氧化硅的四面体组成的三维网络结构。 • Ca 、 Na 、 K 等在网络间的空隙。
19
3、玻璃纤维性能
（1）外观和密度 • 外观是光滑的圆柱体状，其截面几乎是完
整的圆形。 • 两个特点：表面光滑使纤维的握固力小，
不利于与树脂粘结；圆形截面，能使纤维 间的空隙填充得较为密实.
• 浸润剂一般分为两类：一类称为纺织型浸 润剂，主要适应拉丝、纺织加工的需要， 其成分含有石蜡、凡士林、硬脂酸、变压 器油、固色剂、表面活性剂和水。
(1) 按玻璃原料分类来自碱性氧化物含量有碱玻璃纤维
大于12％
中碱玻璃纤维
6％－12％
低碱玻璃纤维
2％－6％
无碱玻璃纤维
小于1％
8
(1) 按玻璃原料分类
无碱玻纤 亦称E-玻纤 ，系一种硼硅酸盐玻璃。目前是
应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分. 具有良好的电气绝缘性及机械性能，化学稳定
性好, 广泛用于复合材料的增强材料. 它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸
盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻 璃纤维。
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2、玻璃纤维的组成和结构
（1）玻璃纤维的化学组成 • 玻璃纤维的化学组成主要是SiO2，以及碱
金属氧化物。 • 玻璃纤维的化学组成对玻璃纤维的性质和
工艺特性起决定性作用 。 • 以SiO2为主的硅酸盐玻璃，以B2O3为主的
称为硼酸盐玻璃。
18
2、玻璃纤维的组成和结构