玻璃纤维表面特性及物理

玻璃纤维表面特性及物理、化学性能

玻璃纤维表面比内部结构的活性大得多，因此其表面上就容易吸附各种气体、水蒸气、尘埃等，容易发生表面化学反应。一般玻璃纤维表面上往往有弱酸性的基团存在，这就会影响其表面张力，引起与粘结剂基体间的粘结力的改变。以高倍的电子显微镜观察，就会发现其表面具有很多的凹穴和微裂纹，这会影响其复合材料性能的下降。因此，应该防止玻璃纤维表面的水分及羟基离子浓度的增加，以避免该复合材料受水浸蚀后强度的下降，所以一般玻璃纤维增强塑料的耐酸性好而耐碱性差。玻璃纤维比玻璃的强度高是因为玻璃纤维经高温拉丝成型时减少了玻璃融液的不均一性，使其具有危害性的微裂纹大大少于玻璃。从而减少了应力集中，使纤维具有较高的强度。玻璃纤维的单丝直径一般为3~10μm，密度为2.4~2.7g／cm3。玻璃纤维的横断面几乎是完整的圆形，由于其表面光滑，故纤维间的抱合力小，不利于与树脂的粘合。玻璃纤维力学性能的最大特点是拉伸强度高，影响玻璃纤维拉伸强度的因素很多，主要有：

1、纤维直径和长度对拉伸强度的关系。一般说来，玻璃纤维直径减小，其拉伸强度会迅速增加。玻璃纤维的拉伸强度也和纤维的长度有关，随着长度增加，其拉伸强度也会显著地下降。

2、纤维强度与玻璃化学成分的关系。一般来说，含K2O和PbO成分多的玻璃纤维强度较低。

3、存放时间对纤维强度的影响。玻璃纤维存放一定时间后，会出现强度下降的现象，这主要是由于空气中水分的作用。有碱玻璃纤维比无碱玻璃纤维对大气中水分的化学稳定性差，前者拉伸强度在开始时下降迅速，以后逐渐慢，而后者基本不变。

4、负荷时间对强度的影响。玻璃纤维的强度随着施加负荷时间的增长而降

低，且环境湿度较高时，这种现象更为明显。此外玻璃纤维拉制时所用玻璃原料本身的缺陷和成型工艺条件也会对拉伸强度有显著影响。

玻璃纤维的弹性模量约为70000MPa，约与金属铝的弹性模量相当，是普通钢弹性模量的三分之一。

玻璃纤维的耐摩和耐扭折性很差，这是玻璃纤维的一个很大的缺点。

玻璃纤维的导热性非常小，室温下导热系数为0.027W／（m·K），其耐热性较高。玻璃纤维在较低温度下受热其性能变化不大，但却会发生收缩现象，因此，在制造玻璃纤维增强材料时，如果纤维与树脂粘结不良，就会由于加热和冷却的反复作用而发生剥离现象，导致制品强度下降。强度降低还与热作用时间有关，时间越短，下降就越少。玻璃纤维的化学稳定性能较好，其主要取决于化学组成，介质性质以及温度和压力等的条件。一般说来在玻璃纤维中二氧化硅含量多则化学稳定性高，而碱金属氧化物多则化学稳定性降低。有碱玻璃纤维的耐水性很差，这是由于其成分中含碱硅酸盐容易发生水解之故。玻璃纤维中碱金属氧化物含量越多，对水、水蒸气及碱溶液作用的化学稳定性也越低，一般成分中控制Na2O质量分数不超过12％~13％。温度对玻璃纤维化学稳定性有明显的影响，在100℃以下时，温度每升高10℃，玻璃纤维在水介质侵蚀下的破坏速度将增加5 0％~150％，温度在100℃以上时，破坏作用将更剧烈。