第二章复合材料增强体2017

（五)玻璃纤维的物理性能 1.外观和密度
玻璃纤维呈表面光滑的圆柱体，表面光滑， 纤维之间的抱合力非常小，不利于和树脂粘结。 而玻璃纤维彼此相靠近时，空隙填充得较为密 实，有利于提高玻璃钢制品的玻璃含量。
2.表面积大 使得纤维表面处理的效果对性能的影响很大。
3.力学性能 a.拉伸强度 最大特点是拉伸强度高 玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高几十
用⑤漏玻板纤拉的制成的型玻工璃艺纤和维条强件度。高于用玻璃棒法拉制 的纤维。 如用漏板法拉制10μm玻璃纤维的强度为 1700MPa，而用棒法拉制相同直径的玻璃纤维强 度仅为1100MPa。 原因: •玻璃棒只加热到软化，粘度仍然很大，拉丝时 纤维受到很大的应力； •此外玻璃棒法是在较低温度下拉丝成型，其冷
（二）玻璃纤维的制造方法 玻璃球法 直接熔融法(池窑拉丝法)。 （1）包括制球和拉丝两步： →制玻璃球
→铂金坩埚熔融
→小漏孔拉丝 →涂浸润剂
(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,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。
（三）玻璃纤维分类：
无碱玻璃纤维成型温度高、硬化速度快、 结构键能大； 氧化钠和氧化钾的含量越高，玻璃纤维的强 度会相应的降低。
③ 存放时间对强度的影响 玻璃纤维存放一段时间后其强度会降低 —纤维的老化。 原因：空气中的水分和氧气对纤维侵蚀
④ 施加负荷时间对强度的影响 玻璃纤维强度随着施加负荷时间的增长而降低。 环境湿度较高时，尤其明显. 原因：吸附在微裂纹中的水分，在外力作用下， 使微裂纹扩展速度加速。
(1)以玻璃原料成分分类 (2)以单丝直径分类 (3)以纤维外观分类 (4)以纤维特性分类
1）以玻璃原料成分分类 一般以不同的碱金属氧化物含量来区分。 可以分为：无碱，中碱，有碱，特种玻璃纤维 无碱玻璃纤维（E玻璃纤维）
碱金属氧化物含量 0.5% 化学稳定性、电绝缘性能、强度好 主要用作电绝缘材料、玻璃钢的增强材料等
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，但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 ，也可作对电性能和强度要求不很严格的玻璃钢增强材料。
成本较低，用途较广。
有碱玻璃纤维（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
组成：
SiO2 + 氧化物
Al2O3、CaO、MgO、Na2O、BeO 、B2O3 等
骨架氧化物： 二氧化硅、三氧化二硼
改性氧化物： 氧化钙、三氧化二铝等；
能在一定条件下构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质 和工艺性。
助熔氧化物： 氧化钠，氧化钾等，
降低玻Βιβλιοθήκη Baidu的熔化温度和粘度，使玻璃溶液中的 气泡容易排除，通过破坏玻璃骨架，使结构疏 松，从而达到助溶的目的。
第二章 复合材料增强体
主要内容：
•增强体的概念和分类 •无机非金属纤维 •金属丝 •有机纤维 •晶须 •颗粒
§2-1 增强体的概念和分类
增强体：能提高基体材料力学性能的物质。 增强体是复合材料的主要组成部分，它
起着提高树脂基体的强度、模量、耐热和 耐磨等性能的作用；同时，增强体能减少 复合材料成型过程中的收缩率，提高制品 硬度等作用。
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。
3）按纤维外观分类 连续纤维； 无捻粗纱及有捻粗纱，短切纤维，空心玻璃纤维、玻璃粉
及磨细纤维等。
玻璃纤维纱 玻璃纤维布 玻璃纤维带 玻璃纤维管 玻璃纤维毡
4）按纤维性能分类 这是一类为适应特殊使用要求，新发展起来的，纤维本
一、玻璃纤维 （Glass Fibers）
（一）概述：玻璃纤维是复合材料中使用量最 大的一种增强材料。 • 一种性能优异的无机非金属材料; • 具有不燃、耐高温(熔点680，沸点1000
度）、电绝缘、拉伸强度高、化学稳定 性好等优良性能; • 无普通玻璃的脆性，质地柔软而有弹性， 可并股、加捻、纺织成各种玻璃布、玻 璃带等织物。 • 密度2.4-2.7g/cm3.
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。
特种玻璃纤维

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；

硅铝钙镁系耐化学腐蚀玻璃纤维

含铅纤维；

高硅氧纤维二氧化硅含量高于96%

石英纤维高纯二氧化硅和天然石英晶体制成的纤维。
2）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。
c. 玻璃纤维的弹性
•玻璃纤维的延伸率：纤维在外力作用下直至拉 断时的伸长百分率约为3%。
从物理形态分：有纤维状增强体、片状增强体、颗粒状 增强体等。
纤维状材料的拉伸强度和拉伸弹性模量比同一块状材 料要大几个数量级。用纤维材料对基体材料进行增强可 得到高强度、高模量的复合材料。
增强体的分类
按形态分类
纤维类增强体 颗粒类增强体 晶须类增强体 金属丝 片状物增强体
§2-2 无机非金属纤维
身具有某些特殊优异性能的新型玻璃纤维，大致可分为：
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） 光学纤维； 低介电常数玻璃纤维； 导电纤维等
（四）玻璃纤维的结构和组 成
玻璃是由硅氧原子为主组成的不规则网络，网络间存在空穴， 空穴中填充着Na＋，K＋、Ca2＋、Mg2＋等金属离子。
倍 例：块状有碱玻璃纤维的拉伸强度：
40MPa~100MPa 玻璃纤维强度：1500-4000MPa
b.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
② 化学组成对拉伸强度的影响 •含碱量越高，强度越低。 •无碱玻璃纤维比有碱玻璃纤维的拉伸强度高 20%。