玻璃纤维基础知识
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4
玻璃纤维的分类 玻璃纤维的分类方法很多。 通常从玻璃原料成分、单丝 直径、纤维外观及纤维特性 等方面进行分类。
5
1．以玻璃原料成分分类
这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。一 般以不同的含碱量来区分： (1)无碱玻璃纤维 (2)中碱玻璃纤维 (3)有碱玻璃纤维 (4)特种玻璃纤维
6
(1)无碱玻璃纤维(通称E玻纤)：
28
18
3、玻璃纤维的耐磨性与耐折性
玻璃纤维的耐磨性是指纤维抵抗磨擦的能力； 玻璃纤维的耐折性是指纤维抵抗折断的能力。 玻璃纤维这两个性能都很差，经过揉搓摩擦容易受伤或断裂，这 是玻纤的严重缺点。 当纤维表面吸附水分后能加速微裂纹扩展，使纤维耐磨性和耐折 性降低。 纤维的柔性一般以断裂前弯曲半径的大小来表示；弯曲半径越 小，柔性越好。
玻璃纤维的物理性能
13
玻璃纤维的优点与缺点 优点：拉伸强度高 防火 防霉 防蛀 耐高温 电绝缘性能好 缺点：脆性 不耐腐 对人的皮肤有刺激性
14
1、玻璃纤维的拉伸强度
玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高。一般玻璃制品 的拉伸强度只有40 ~ 100 MPa，而直径3 ~ 9 um的 玻璃纤维拉伸强度则高达1500 ~ 4000 MPa，较一般 合成纤维高约10倍，比合金钢还高2倍。
19
4、玻璃纤维的热性能
A、玻璃纤维的导热性 导热系数是指通过单位传热面积1m2，温度梯度为1度/ m，时间为1小时 所通过的热量。 玻璃纤维是一种优良的绝热材料。当玻璃纤维受潮时，导热系数增大， 隔热性能降低。 B、玻璃纤维的耐热性 玻璃纤维是一种无机纤维，不会引起燃烧。将玻璃纤维加温，直到某一 强度界限以前，强度基本不变。 如果将玻璃纤维加热至250℃以上后再冷却(通常称为热处理)，则强度明 显下降。 温度越高，强度下降越显著。 例如：300℃下经24小时，强度下降20％； 400℃下经24小时、强度下降50％； 500℃下经24小时、强度下降70％； 600℃下经24小时，强度下降80％。
是以钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维，这种纤维强度较 高，耐热性和电性能优良，能抗大气侵蚀，化学稳定性 也好(但不耐酸)。 无碱玻璃纤维最大的特点是电性能好，因此也把它 称做电气玻璃。 现在，国内外大多数都使用这种Ｅ玻璃纤维作为复 合材料的原材料。 目前，国内规定其碱金属氧化物含量不大于0.5％， 国外一般为1％左右。
玻璃纤维基础知识
MOD 陈健华
1
目录 第一部分：玻璃纤维概述及分类 第二部分：玻璃纤维的物理性能 第三部分：玻璃纤维的化学性能
2
第一部分
玻璃纤维概述及分类
3
玻璃纤维的概述 玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。 英文原名为：glass fiber或fiberglass 。 成分：二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、 氧化镁、氧化钠等。 工艺：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。最后形成各 类产品，玻璃纤维单丝的直径从几个微米到二 十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/201/5 ，每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单 丝组成。 应用：通常作为复材料中的增强材料，电绝缘 材料和绝热保温材料，电路基板等，广泛应用 于国民经济各个领域。
9
(4)特种玻璃纤维
如由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃纤 维，镁铝硅系高强高弹玻璃纤维，硅铝钙 镁系耐化学介质腐蚀玻璃纤维，含铅纤 维，高硅氧纤维，石英纤维等。
10
2．以单丝直径分类
玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分为以下几 种： 粗纤维：30 um； 中级纤维：10 ~ 20 um ； 高级纤维：3 ~ 10um (亦称纺织纤维)。 对于单丝直径小于4 um的玻璃纤维称为超细纤维。 单丝直径不同，不仅使纤维的性能有差异，而且影响到纤 维的生产工艺、产量和成本。 一般5 ~ 10 um的纤维作为纺织制品使用，10 ~ 14 um的 纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等较为适宜。
25
B、纤维表面情况对化学稳定性的影响
玻璃是一种非常好的耐腐蚀材料，但拉 制成玻璃纤维后，其性能远不如玻璃。 这主要是由于玻璃纤维的比表面积大所 造成的。
26
C、侵蚀介质体积和温度对玻璃纤 维化学稳定性的影响
同样的玻璃纤维，受不同体积的侵 蚀介质作用，其化学稳定性不同。 介质的体积越大，对纤维的侵蚀越 严重。
7
(2)中碱玻璃纤维
它是指碱金属氧化物含量在11.5％ ~ 12.5％之间的玻璃纤维。 国外没有这种玻璃纤维，它的主要 特点是耐酸性好，但强度不如E玻璃纤维 高。它主要用于耐腐蚀领域中，价格较 便宜。
8
(3) 有碱玻璃(A玻璃)纤维
有碱玻璃称A玻璃，类似于窗玻璃及玻 璃瓶的钠钙玻璃。 此种玻璃由于含碱量高，强度低，对 潮气侵蚀极为敏感，因而很少作为增强材 料。
D、纤维的老化影响
当纤维存放一段时间后，会出现强度下降的现象，称为纤维的老化。 纤维的老化主要取决于纤维对大气水分的化学稳定性。
E、纤维的疲劳影响
玻璃纤维的疲劳一般是指纤维强度随施加负荷时间的增加而降低的情况。 纤维疲劳现象是普遍的，当相对湿度为60 ~ 65 %时，玻璃纤维在长期张 规格及性能
玻璃纤维纱可分无捻纱及有捻纱两种。 无捻纱一般用增强型浸润剂，由原纱直接并股、络纱制成。 有捻纱则多用纺织型浸润剂，由原纱经过 退绕、加捻、并股、络 纱而制成。 无捻粗纱中的纤维具有平行排列、拉伸强度很高、易被树脂浸透 等特点。 因此，无捻粗纱多用于缠绕高压容器及管道等，同时也用于挤拉 成型、喷射成型等工艺中。
空气湿度对玻璃布电阻率影响
21
6、玻璃纤维及其制品的光学性能
玻璃是优良的透光材料，但制成玻璃纤维制品后，其透 光性远不如玻璃。 玻璃纤维制品的光学性能以反射系数、透光系数和亮度 系数来表示。 由于玻璃纤维具有优良的光学性能，因而可以制成透 明玻璃钢，进而制成各种采光材料、导光管以传送光束 或光学物像。这在现代通信技术等方面也得到了广泛应 用。
几种纤维和全属材料的强度如下表所示：
15
影响玻璃纤维强度的因素
A、一般情况，玻璃纤维的拉伸强度随直径变细而拉伸强 度增加，如下表所示：
B、拉伸强度也与纤维的长度有关，随着长度增加拉伸强 度显著下降。如下表所示：
16
C、玻纤成分对强度的影响
一般来说，含碱量越高，纤维的强度越低。高强玻璃纤维强度明显地高 于无碱玻璃纤维，而有碱纤维强度更低。 研究表明，高强和无碱玻璃纤维由于成型温度高、硬化速度快、结构键 能大等原因，而具有很高的拉伸强度。
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2、玻璃纤维的弹性
A、玻璃纤维的延伸率 纤维的延伸率(又称断裂伸长率)是指纤维在外力作用下直至拉断 时的伸长百分率。 玻璃纤维的延伸率比其它有机纤维的延伸率低，一般为3％左右。 B、玻璃纤维的弹性模量 玻璃纤维的弹性模量是指在弹性范围内应力和应变关系的比例常 数。 玻璃纤维的弹性模量约为7 × 104 MPa，与铝相当，只有普通钢的 三分之一，致使复合材料的刚度较低。 对玻璃纤维的弹性模量起主要作用的是其化学组成。
11
初级纤维：20 um;
3．以纤维外观分类
有连续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗纱(用于 纺织)、短切纤维、空心玻璃纤维、玻璃粉及磨细纤维 等。
4．以纤维特性分类
根据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)。
12
第二部分
22
第三部分
玻璃纤维的化学性能
23
影响玻璃纤维化学稳定性的因素
A．玻璃纤维的化学成分； B、纤维表面情况； C、侵蚀介质体积和温度； D．玻璃纤维纱的规格及性能。
24
A、玻璃纤维的化学成分
中碱玻璃纤维对酸的稳定性是较高的，但对水的稳定 性是较差的 无碱玻璃纤维耐酸性较差，但耐水性较好 玻璃纤维的化学稳定性主要取决于其成分中的二氧化 硅及碱金属氧化物的含量。 显然，二氧化硅含量多能提高玻璃纤维的化学稳定 性，而碱金属氧化物则会使化学稳定性降低。
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5、玻璃纤维的电性能
玻璃纤维的导电性主要取决于化学组成、温度和湿度。 无碱纤维的电绝缘性能比有碱纤维优越得多。 这主要是因为无碱纤维中碱金属离子少的缘故。碱金属离子越多，电绝 缘性能越差； 玻璃纤维的电阻率随着温度的升高而下降。 虽然玻璃纤维的吸附能力较小，但空气湿度对玻璃纤维的电阻率影响很 大。 湿度增加，电阻率下降。如下表所示：
玻璃纤维的分类 玻璃纤维的分类方法很多。 通常从玻璃原料成分、单丝 直径、纤维外观及纤维特性 等方面进行分类。
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1．以玻璃原料成分分类
这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。一 般以不同的含碱量来区分： (1)无碱玻璃纤维 (2)中碱玻璃纤维 (3)有碱玻璃纤维 (4)特种玻璃纤维
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(1)无碱玻璃纤维(通称E玻纤)：
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3、玻璃纤维的耐磨性与耐折性
玻璃纤维的耐磨性是指纤维抵抗磨擦的能力； 玻璃纤维的耐折性是指纤维抵抗折断的能力。 玻璃纤维这两个性能都很差，经过揉搓摩擦容易受伤或断裂，这 是玻纤的严重缺点。 当纤维表面吸附水分后能加速微裂纹扩展，使纤维耐磨性和耐折 性降低。 纤维的柔性一般以断裂前弯曲半径的大小来表示；弯曲半径越 小，柔性越好。
玻璃纤维的物理性能
13
玻璃纤维的优点与缺点 优点：拉伸强度高 防火 防霉 防蛀 耐高温 电绝缘性能好 缺点：脆性 不耐腐 对人的皮肤有刺激性
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1、玻璃纤维的拉伸强度
玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高。一般玻璃制品 的拉伸强度只有40 ~ 100 MPa，而直径3 ~ 9 um的 玻璃纤维拉伸强度则高达1500 ~ 4000 MPa，较一般 合成纤维高约10倍，比合金钢还高2倍。
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4、玻璃纤维的热性能
A、玻璃纤维的导热性 导热系数是指通过单位传热面积1m2，温度梯度为1度/ m，时间为1小时 所通过的热量。 玻璃纤维是一种优良的绝热材料。当玻璃纤维受潮时，导热系数增大， 隔热性能降低。 B、玻璃纤维的耐热性 玻璃纤维是一种无机纤维，不会引起燃烧。将玻璃纤维加温，直到某一 强度界限以前，强度基本不变。 如果将玻璃纤维加热至250℃以上后再冷却(通常称为热处理)，则强度明 显下降。 温度越高，强度下降越显著。 例如：300℃下经24小时，强度下降20％； 400℃下经24小时、强度下降50％； 500℃下经24小时、强度下降70％； 600℃下经24小时，强度下降80％。
是以钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维，这种纤维强度较 高，耐热性和电性能优良，能抗大气侵蚀，化学稳定性 也好(但不耐酸)。 无碱玻璃纤维最大的特点是电性能好，因此也把它 称做电气玻璃。 现在，国内外大多数都使用这种Ｅ玻璃纤维作为复 合材料的原材料。 目前，国内规定其碱金属氧化物含量不大于0.5％， 国外一般为1％左右。
玻璃纤维基础知识
MOD 陈健华
1
目录 第一部分：玻璃纤维概述及分类 第二部分：玻璃纤维的物理性能 第三部分：玻璃纤维的化学性能
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第一部分
玻璃纤维概述及分类
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玻璃纤维的概述 玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。 英文原名为：glass fiber或fiberglass 。 成分：二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、 氧化镁、氧化钠等。 工艺：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。最后形成各 类产品，玻璃纤维单丝的直径从几个微米到二 十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/201/5 ，每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单 丝组成。 应用：通常作为复材料中的增强材料，电绝缘 材料和绝热保温材料，电路基板等，广泛应用 于国民经济各个领域。
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(4)特种玻璃纤维
如由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃纤 维，镁铝硅系高强高弹玻璃纤维，硅铝钙 镁系耐化学介质腐蚀玻璃纤维，含铅纤 维，高硅氧纤维，石英纤维等。
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2．以单丝直径分类
玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分为以下几 种： 粗纤维：30 um； 中级纤维：10 ~ 20 um ； 高级纤维：3 ~ 10um (亦称纺织纤维)。 对于单丝直径小于4 um的玻璃纤维称为超细纤维。 单丝直径不同，不仅使纤维的性能有差异，而且影响到纤 维的生产工艺、产量和成本。 一般5 ~ 10 um的纤维作为纺织制品使用，10 ~ 14 um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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B、纤维表面情况对化学稳定性的影响
玻璃是一种非常好的耐腐蚀材料，但拉 制成玻璃纤维后，其性能远不如玻璃。 这主要是由于玻璃纤维的比表面积大所 造成的。
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C、侵蚀介质体积和温度对玻璃纤 维化学稳定性的影响
同样的玻璃纤维，受不同体积的侵 蚀介质作用，其化学稳定性不同。 介质的体积越大，对纤维的侵蚀越 严重。
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(2)中碱玻璃纤维
它是指碱金属氧化物含量在11.5％ ~ 12.5％之间的玻璃纤维。 国外没有这种玻璃纤维，它的主要 特点是耐酸性好，但强度不如E玻璃纤维 高。它主要用于耐腐蚀领域中，价格较 便宜。
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(3) 有碱玻璃(A玻璃)纤维
有碱玻璃称A玻璃，类似于窗玻璃及玻 璃瓶的钠钙玻璃。 此种玻璃由于含碱量高，强度低，对 潮气侵蚀极为敏感，因而很少作为增强材 料。
D、纤维的老化影响
当纤维存放一段时间后，会出现强度下降的现象，称为纤维的老化。 纤维的老化主要取决于纤维对大气水分的化学稳定性。
E、纤维的疲劳影响
玻璃纤维的疲劳一般是指纤维强度随施加负荷时间的增加而降低的情况。 纤维疲劳现象是普遍的，当相对湿度为60 ~ 65 %时，玻璃纤维在长期张 规格及性能
玻璃纤维纱可分无捻纱及有捻纱两种。 无捻纱一般用增强型浸润剂，由原纱直接并股、络纱制成。 有捻纱则多用纺织型浸润剂，由原纱经过 退绕、加捻、并股、络 纱而制成。 无捻粗纱中的纤维具有平行排列、拉伸强度很高、易被树脂浸透 等特点。 因此，无捻粗纱多用于缠绕高压容器及管道等，同时也用于挤拉 成型、喷射成型等工艺中。
空气湿度对玻璃布电阻率影响
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6、玻璃纤维及其制品的光学性能
玻璃是优良的透光材料，但制成玻璃纤维制品后，其透 光性远不如玻璃。 玻璃纤维制品的光学性能以反射系数、透光系数和亮度 系数来表示。 由于玻璃纤维具有优良的光学性能，因而可以制成透 明玻璃钢，进而制成各种采光材料、导光管以传送光束 或光学物像。这在现代通信技术等方面也得到了广泛应 用。
几种纤维和全属材料的强度如下表所示：
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影响玻璃纤维强度的因素
A、一般情况，玻璃纤维的拉伸强度随直径变细而拉伸强 度增加，如下表所示：
B、拉伸强度也与纤维的长度有关，随着长度增加拉伸强 度显著下降。如下表所示：
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C、玻纤成分对强度的影响
一般来说，含碱量越高，纤维的强度越低。高强玻璃纤维强度明显地高 于无碱玻璃纤维，而有碱纤维强度更低。 研究表明，高强和无碱玻璃纤维由于成型温度高、硬化速度快、结构键 能大等原因，而具有很高的拉伸强度。
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2、玻璃纤维的弹性
A、玻璃纤维的延伸率 纤维的延伸率(又称断裂伸长率)是指纤维在外力作用下直至拉断 时的伸长百分率。 玻璃纤维的延伸率比其它有机纤维的延伸率低，一般为3％左右。 B、玻璃纤维的弹性模量 玻璃纤维的弹性模量是指在弹性范围内应力和应变关系的比例常 数。 玻璃纤维的弹性模量约为7 × 104 MPa，与铝相当，只有普通钢的 三分之一，致使复合材料的刚度较低。 对玻璃纤维的弹性模量起主要作用的是其化学组成。
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初级纤维：20 um;
3．以纤维外观分类
有连续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗纱(用于 纺织)、短切纤维、空心玻璃纤维、玻璃粉及磨细纤维 等。
4．以纤维特性分类
根据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)。
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第二部分
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第三部分
玻璃纤维的化学性能
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影响玻璃纤维化学稳定性的因素
A．玻璃纤维的化学成分； B、纤维表面情况； C、侵蚀介质体积和温度； D．玻璃纤维纱的规格及性能。
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A、玻璃纤维的化学成分
中碱玻璃纤维对酸的稳定性是较高的，但对水的稳定 性是较差的 无碱玻璃纤维耐酸性较差，但耐水性较好 玻璃纤维的化学稳定性主要取决于其成分中的二氧化 硅及碱金属氧化物的含量。 显然，二氧化硅含量多能提高玻璃纤维的化学稳定 性，而碱金属氧化物则会使化学稳定性降低。
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5、玻璃纤维的电性能
玻璃纤维的导电性主要取决于化学组成、温度和湿度。 无碱纤维的电绝缘性能比有碱纤维优越得多。 这主要是因为无碱纤维中碱金属离子少的缘故。碱金属离子越多，电绝 缘性能越差； 玻璃纤维的电阻率随着温度的升高而下降。 虽然玻璃纤维的吸附能力较小，但空气湿度对玻璃纤维的电阻率影响很 大。 湿度增加，电阻率下降。如下表所示：