玻璃纤维介绍.ppt
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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。
GF的耐磨性、耐折性都很差。 GF的柔性：一般以弯曲半径来表征。弯曲半径越小，说明
GF的柔性越好。
4) 耐热性
与有机纤维比，GF是有很高的耐热性，因为GF的软化点达 500-750℃，而尼龙为230-250℃，聚苯乙烯（PS）为88110℃。
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％。 温度升高到100℃以上时，破坏作用更加剧烈。
一般以不同的碱金属氧化物含量来区分。
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。
2)力学性能
a. 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。
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
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。
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。
b. 弹性模量(刚性)
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。
3) 耐磨性、耐折性(柔性)
含铅纤维； 高硅氧纤维； 石英纤维等。
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成分之一，主要
作用是降低玻璃的熔点。
碱金属氧化物含量越高，玻璃纤维的化学稳定性、
电绝缘性能、强度都会相应下降。
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。
第三部分 复合材料的增强材料
增强材料的作用：
承受外界施加载荷，提高树脂基体的力学性能。还可提
高耐热性，降低收缩率，以及赋予一些功能性（如磁学、电 学等功能，功能体）
增强材料的外观形状：
纤维状：增强作用最明显，应用最广
片状 颗粒状
第六章 玻璃纤维及其制品
6.1 GF及其制品 6.1.1 GF的分类 1）以玻璃原料成分分类（用于连续GF的分类）
性质变化的连续性、可逆性：
玻璃在由熔融态冷却或加热过程中，其物理化学性质变化 是逐渐、连续的变化，而且是可逆的。
2）GF的结构
关于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。
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 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
6.1.2 GF的结构及组成
1）GF的特点
玻璃：无规则的非晶态结构，近程有序，远程无序
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
亚稳定性
玻璃是由熔融液体过冷得到的，在冷却过程中粘度急 剧提高，质点来不及做有规则的排列而形成晶体，没有释 放出结晶潜热(凝固热)。所以玻璃态物质比相应的结晶态 物质具有较大的能量，不是处于能量最低的稳定态，而属 于亚稳态。
3）GF的化学组成
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。
以SiO2为主——称硅酸盐玻璃 以Be2O3为主——称硼酸盐玻璃 以P2O5为主——称磷酸盐玻璃
除主要成分以外，尚须加入其他的氧化物等。各种氧化物 在玻璃中的作用是比较复杂的。
成本较低，用途较广。
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。
特种玻璃纤维
由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃纤维（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；
且GF在小于500℃下使用，强度不损失。但如果加热到250℃ 以上再冷却(热处理)，则强度明显下降。如经600-700℃热 处理后，其强度只有原始的20-30%。
5）GF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。
GF的耐磨性、耐折性都很差。 GF的柔性：一般以弯曲半径来表征。弯曲半径越小，说明
GF的柔性越好。
4) 耐热性
与有机纤维比，GF是有很高的耐热性，因为GF的软化点达 500-750℃，而尼龙为230-250℃，聚苯乙烯（PS）为88110℃。
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％。 温度升高到100℃以上时，破坏作用更加剧烈。
一般以不同的碱金属氧化物含量来区分。
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。
2)力学性能
a. 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。
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
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。
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。
b. 弹性模量(刚性)
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。
3) 耐磨性、耐折性(柔性)
含铅纤维； 高硅氧纤维； 石英纤维等。
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成分之一，主要
作用是降低玻璃的熔点。
碱金属氧化物含量越高，玻璃纤维的化学稳定性、
电绝缘性能、强度都会相应下降。
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。
第三部分 复合材料的增强材料
增强材料的作用：
承受外界施加载荷，提高树脂基体的力学性能。还可提
高耐热性，降低收缩率，以及赋予一些功能性（如磁学、电 学等功能，功能体）
增强材料的外观形状：
纤维状：增强作用最明显，应用最广
片状 颗粒状
第六章 玻璃纤维及其制品
6.1 GF及其制品 6.1.1 GF的分类 1）以玻璃原料成分分类（用于连续GF的分类）
性质变化的连续性、可逆性：
玻璃在由熔融态冷却或加热过程中，其物理化学性质变化 是逐渐、连续的变化，而且是可逆的。
2）GF的结构
关于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。
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 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
6.1.2 GF的结构及组成
1）GF的特点
玻璃：无规则的非晶态结构，近程有序，远程无序
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
亚稳定性
玻璃是由熔融液体过冷得到的，在冷却过程中粘度急 剧提高，质点来不及做有规则的排列而形成晶体，没有释 放出结晶潜热(凝固热)。所以玻璃态物质比相应的结晶态 物质具有较大的能量，不是处于能量最低的稳定态，而属 于亚稳态。
3）GF的化学组成
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。
以SiO2为主——称硅酸盐玻璃 以Be2O3为主——称硼酸盐玻璃 以P2O5为主——称磷酸盐玻璃
除主要成分以外，尚须加入其他的氧化物等。各种氧化物 在玻璃中的作用是比较复杂的。
成本较低，用途较广。
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。
特种玻璃纤维
由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃纤维（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；
且GF在小于500℃下使用，强度不损失。但如果加热到250℃ 以上再冷却(热处理)，则强度明显下降。如经600-700℃热 处理后，其强度只有原始的20-30%。
5）GF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。