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關(guān)于用熔融玻璃制成的極細的纖維，你了解多少?知道它的絕緣性、耐熱性、抗腐蝕性好，機械強度高還是用做絕緣材料和玻璃鋼的原料?
玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料。英文原名為：glass fiber或fiberglass 。成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝。最后形成各類產(chǎn)品，玻璃纖維單絲的直徑從 幾 個微米到二十幾米個微米，相當于一根頭發(fā)絲的 1/20-1/5 ，每束纖維原絲都有數(shù)百根甚至上千根單絲組成，通常作為復(fù)材料中的增強材料，電絕緣材料和絕熱保溫材料，電路基板等，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域。
玻璃纖維之特性：
玻璃一般人之觀念為質(zhì)硬易碎物體，并不適于作為結(jié)構(gòu)用材，但如其抽成絲后，則其強度大為增加且具有柔軟性，故配合樹脂賦予形狀以后終于可以成為優(yōu)良之結(jié)構(gòu)用材。玻璃纖維隨其直徑變小其強度增高。作為補強材玻璃纖維具有以下之特點，這些特點使玻璃纖維之使用遠較其他種類纖維來得廣泛，發(fā)展速度亦遙遙領(lǐng)先其特性列舉如下：
(1)拉伸強度高，伸長小(3%)。
(2)彈性系數(shù)高，剛性佳。
(3)彈性限度內(nèi)伸長量大且拉伸強度高，故吸收沖擊能量大。
(4)為無機纖維，具不燃性，耐化學(xué)性佳。
(5)吸水性小。
(6)尺度安定性，耐熱性均佳。
(7)加工性佳，可作成股、束、氈、織布等不同形態(tài)之產(chǎn)品。
(8)透明可透過光線.
(9)與樹脂接著性良好之表面處理劑之開發(fā)完成。
(10)價格便宜。
玻璃纖維的分類：
玻璃纖維按形態(tài)和長度，可分為連續(xù)纖維、定長纖維和玻璃棉;按玻璃成分，可分為無堿、耐化學(xué)、高堿、中堿、高強度、高彈性模量和抗堿玻璃纖維等。
生產(chǎn)玻璃纖維的主要原料是：石英砂、氧化鋁和葉蠟石、石灰石、白云石、硼酸、純堿、芒硝、螢石等。生產(chǎn)方法大致分兩類：一類是將熔融玻璃直接制成纖維;一類是將熔融玻璃先制成直徑20mm的玻璃球或棒，再以多種方式加熱重熔后制成直徑為 3～80μm的甚細纖維。通過鉑合金板以機械拉絲方法拉制的無限長的纖維，稱為連續(xù)玻璃纖維，通稱長纖維。通過輥筒或氣流制成的非連續(xù)纖維,稱為定長玻璃纖維,通稱短纖維。借離心力或高速氣流制成的細、短、絮狀纖維，稱為玻璃棉。玻璃纖維經(jīng)加工，可制成多種形態(tài)的制品，如紗、無捻粗紗、短切原絲、布、帶、氈、板、管等。
玻璃纖維按組成、性質(zhì)和用途，分為不同的級別。按標準級規(guī)定(見表)，E級玻璃纖維使用最普遍，廣泛用于電絕緣材料;S級為特殊纖維，雖然產(chǎn)量小，但很重要，因具有超強度，主要用于軍事防御，如防彈箱等;C級比E級更具耐化學(xué)性，用于電池隔離板、化學(xué)濾毒器;A級為堿性玻璃纖維,用于生產(chǎn)增強材料。
玻璃纖維 - 主要成分 其主要成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等，根據(jù)玻璃中堿含量的多少，可分為無堿玻璃纖維(氧化鈉0%～2%，屬鋁硼硅酸鹽玻璃)、中堿玻璃纖維(氧化鈉8%～12%,屬含硼或不含硼的鈉鈣硅酸鹽玻璃)和高堿玻璃纖維(氧化鈉13%以上，屬鈉鈣硅酸鹽玻璃)。
玻璃纖維 - 特性,原料及其應(yīng)用玻璃纖維比有機纖維耐溫高,不燃,抗腐，隔熱、隔音性好(特別是玻璃棉)，抗拉強度高，電絕緣性好(如無堿玻璃纖維)。但性脆，耐磨性較差。玻璃纖維主要用作電絕緣材料，工業(yè)過濾材料，防腐、 防潮、 隔熱、隔音、減震材料。還可作為增強材料，用來制造增強塑料(見彩圖)或增強橡膠、增強石膏和增強水泥等制品。用有機材料被覆玻璃纖維可提高其柔韌性，用以制成包裝布、窗紗、貼墻布、覆蓋布、防護服和絕電、隔音材料。
生產(chǎn)玻璃纖維用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。目前國際上已經(jīng)商品化的纖維用的玻璃成分如下：
1、E-玻璃 亦稱無堿玻璃，是一種硼硅酸鹽玻璃。目前是應(yīng)用最廣泛的一種玻璃纖維用玻璃成分，具有良好的電氣絕緣性及機械性能，廣泛用于生產(chǎn)電絕緣用玻璃纖維，也大量用于生產(chǎn)玻璃鋼用玻璃纖維，它的缺點是易被無機酸侵蝕，故不適于用在酸性環(huán)境。
2、C-玻璃 亦稱中堿玻璃，其特點是耐化學(xué)性特別是耐酸性優(yōu)于無堿玻璃，但電氣性能差，機械強度低于無堿玻璃纖維10%～20%，通常國外的中堿玻璃纖維含一定數(shù)量的三氧化二硼，而我國的中堿玻璃纖維則完全不含硼。在國外，中堿玻璃纖維只是用于生產(chǎn)耐腐蝕的玻璃纖維產(chǎn)品，如用于生產(chǎn)玻璃纖維表面氈等，也用于增強瀝青屋面材料，但在我國中堿玻璃纖維占據(jù)玻璃纖維產(chǎn)量的一大半(60%)，廣泛用于玻璃鋼的增強以及過濾織物，包扎織物等的生產(chǎn)，因為其價格低于無堿玻璃纖維而有較強的競爭力。
3、高強玻璃纖維 其特點是高強度、高模量，它的單纖維抗拉強度為2800MPa，比無堿玻纖抗拉強度高25%左右，彈性模量86000MPa，比E-玻璃纖維的強度高。用它們生產(chǎn)的玻璃鋼制品多用于軍工、空間、防彈盔甲及運動器械。但是由于價格昂貴，目前在民用方面還不能得到推廣，全世界產(chǎn)量也就幾千噸左右。
4、AR玻璃纖維 亦稱耐堿玻璃纖維，主要是為了增強水泥而研制的。
5、A玻璃 亦稱高堿玻璃，是一種典型的鈉硅酸鹽玻璃，因耐水性很差，很少用于生產(chǎn)玻璃纖維。
6、E-CR玻璃 是一種改進的無硼無堿玻璃，用于生產(chǎn)耐酸耐水性好的玻璃纖維，其耐水性比無堿玻纖改善7～8倍，耐酸性比中堿玻纖也優(yōu)越不少，是專為地下管道、貯罐等開發(fā)的新品種。
7、D玻璃 亦稱低介電玻璃，用于生產(chǎn)介電強度好的低介電玻璃纖維。
除了以上的玻璃纖維成分以外，近年來還出現(xiàn)一種新的無堿玻璃纖維，它完全不含硼，從而減輕環(huán)境污染，但其電絕緣性能及機械性能都與傳統(tǒng)的E玻璃相似。另外還有一種雙玻璃成分的玻璃纖維，已用在生產(chǎn)玻璃棉中，據(jù)稱在作玻璃鋼增強材料方面也有潛力。此外還有無氟玻璃纖維，是為環(huán)保要求而開發(fā)出來的改進型無堿玻璃纖維。
玻璃纖維制品品種與用途
1、無捻粗紗
無捻粗紗是由平行原絲或平行單絲集束而成的。無捻粗紗按玻璃成分可劃分為：無堿玻璃無捻粗紗和中堿玻璃無捻粗紗。生產(chǎn)玻璃粗紗所用玻纖直徑從 12～23μm。無捻粗紗的號數(shù)從150號到9600號(tex)。無捻粗紗可直接用于某些復(fù)合材料工藝成型方法中，如纏繞、拉擠工藝，因其張力均勻，也可織成無捻粗紗織物，在某些用途中還將無捻粗紗進一步短切。
(1)噴射用無捻粗紗 適合于玻璃鋼噴射成型使用的無捻粗紗要具備如下性能：①良好的切割性，在連續(xù)高速切割時產(chǎn)生的靜電少;②無捻粗紗切割后分散成原絲的效率要高，也即分束率高，通常要求90%以上;③短切后的原絲具有優(yōu)良的覆模性，可覆蓋在模具的各個角落;④樹脂浸透快，易于被輥子輥平并易于驅(qū)趕氣泡;⑤原絲筒退解性能好，粗紗線密度均勻，適合于各種噴槍及纖維輸送系統(tǒng)。噴射用無捻粗紗都是由多股原絲絡(luò)制而成，每股原絲含200根玻纖單絲。
(2)SMC用無捻粗紗 SMC即片狀模塑料，主要用于壓制汽車部件、浴缸、水箱板、凈化槽、各種座椅等。SMC用無捻粗紗在制造SMC片材時要切成lin(25mm)的長度，分散在樹脂糊中，因此對SMC用無捻粗紗的要求是短切性好，毛絲少，抗靜電性優(yōu)良，在切割時短切絲不會粘附在刀輥上。對著色的SMC而言，無捻粗紗要在高顏料含量的樹脂糊中被樹脂浸透。通常SMC無捻粗紗一般為2400tex，少數(shù)情況下也有用4800tex的。
(3)纏繞用無捻粗紗 纏繞法用于制造各種口徑的玻璃鋼管、貯罐等。纏繞用無捻粗紗的號數(shù)從1200號到9600號，纏繞大型管道及貯罐多傾向于直接無捻粗紗，如4800tex 的直接無捻粗紗。對纏繞用無捻粗紗的要求如下：①成帶性好，呈扁帶狀;②無捻粗紗退解性好，在從紗筒退解時不脫圈，不形成"鳥巢"狀亂絲;③張力均勻，無懸垂現(xiàn)象;④線密度均勻，一般須小于±7%;⑤無捻粗紗浸透性好，從樹脂槽通過時易為樹脂潤濕及浸透。
(4)拉擠用無捻粗紗 拉擠用于制造斷面一致的各種型材，其特點是玻纖含量高，單向強度大。拉擠用無捻粗紗可以是多股原絲并合的也可以是直接的無捻粗紗，其線密度范圍為1100號到4400號。各種性能要求與纏繞無捻粗紗大體相同。
(5)織造用無捻粗紗 無捻粗紗的一個重要用途是織造各種厚度的方格布或單向無捻粗紗織物，它們大多用于手糊玻璃鋼成型工藝中。對強造用無捻粗紗有如下要求：①良好的耐磨性;② 良好的成帶性;③織造用無捻粗紗在織造前需經(jīng)強制烘干;④無捻粗紗張力均勻，懸垂度應(yīng)符合一定標準;⑤無捻粗紗退解性好;⑥無捻粗紗浸透性好。
(6)預(yù)型體用無捻粗紗 在預(yù)型體工藝中，無捻粗紗被短切并噴附在預(yù)定形狀的網(wǎng)上，同時噴少量樹脂使纖維網(wǎng)固定成形，然后將成形的纖維網(wǎng)片移入金屬模具中，注入樹脂熱壓成形，即得制品。對于這種工藝的無捻粗紗的性能要求與對噴射無捻粗紗的要求基本相同。
2、無捻粗紗織物(方格布)
方格布是無捻粗紗平紋織物，是手糊玻璃鋼重要基材。方格布的強度主要在織物的經(jīng)緯方向上，對于要求經(jīng)向或緯向強度高的場合，也可以織成單向方格布，它可以在經(jīng)向或緯向布置較多的無捻粗紗。
對方格布的質(zhì)量要求如下：①織物均勻，布邊平直，布面平整呈席狀，無污漬、起毛、折痕、皺紋等;②經(jīng)、緯密，面積重量，布幅及卷長均符合標準;③卷繞在牢固的紙芯上，卷繞整齊;④迅速、良好的樹脂透性;⑤織物制成的層合材料的干、濕態(tài)機械強度均應(yīng)達到要求。
用方格布鋪敷成型的復(fù)合材料其特點是層間剪切強度低，耐壓和疲勞強度差。
3、玻璃纖維氈片
(1)短切原絲氈 將玻璃原絲(有時也用無捻粗紗)切割成50mm長，將其隨機但均勻地鋪陳在網(wǎng)帶上，隨后施以乳液粘結(jié)劑或撒布上粉末結(jié)劑經(jīng)加熱固化后粘結(jié)成短切原絲氈。短切氈主要用于手糊、連續(xù)制板和對模模壓和SMC工藝中。對短切原絲氈的質(zhì)量要求如下：①沿寬度方向面積質(zhì)量均勻;②短切原絲在氈面中分布均勻，無大孔眼形成，粘結(jié)劑分布均勻;③具有適中的干氈強度;④優(yōu)良的樹脂浸潤及浸透性。
(2)連續(xù)原絲氈 將拉絲過程中形成的玻璃原絲或從原絲筒中退解出來的連續(xù)原絲呈8字形鋪敷在連續(xù)移動網(wǎng)帶上，經(jīng)粉末粘結(jié)劑粘合而成。連續(xù)玻纖原絲氈中纖維是連續(xù)的，故其對復(fù)合材料的增強效果較短切氈好。主要用在拉擠法、RTM法、壓力袋法及玻璃氈增強熱塑料(GMT)等工藝中。
(3)表面氈 玻璃鋼制品通常需要形成富有樹脂層，這一般是用中堿玻璃表面氈來實現(xiàn)。這類氈由于采用中堿玻璃(C)制成，故賦予玻璃鋼耐化學(xué)性特別是耐酸性，同時因為氈薄、玻纖直徑較細之故，還可吸收較多樹脂形成富樹脂層，遮住了玻璃纖維增強材料(如方格布)的紋路，起到表面修飾作用。
(4)針刺氈 針刺氈或分為短切纖維針刺氈和連續(xù)原絲針刺氈。短切纖維針刺氈是將玻纖粗紗短切成50mm，隨機鋪放在預(yù)先放置在傳送帶上的底材上，然后用帶倒鉤的針進行針刺，針將短切纖維刺進底材中，而鉤針又將一些纖維向上帶起形成三維結(jié)構(gòu)。所用底材可以是玻璃纖維或其它纖維的稀織物，這種針刺氈有絨毛感。其主要用途包括用作隔熱隔聲材料、襯熱材料、過濾材料，也可用在玻璃鋼生產(chǎn)中，但所制玻璃鋼強度較低，使用范圍有限。另一類連續(xù)原絲針刺氈，是將連續(xù)玻璃原絲用拋絲裝置隨機拋在連續(xù)網(wǎng)帶上，經(jīng)針板針刺，形成纖維相互勾連的三維結(jié)構(gòu)的氈。這種氈主要用于玻璃纖維增強熱塑料可沖壓片材的生產(chǎn)。
(5)縫合氈 短切玻璃纖維從50mm乃至60cm長均可用縫編機將其縫合成短切纖維或長纖維氈，前者可在若干用途方面代替?zhèn)鹘y(tǒng)的粘結(jié)劑粘結(jié)的短切氈，后者則在一定程度上代替連續(xù)原絲氈。它們的共同優(yōu)點是不含粘結(jié)劑，避免了生產(chǎn)過程的污染，同時浸透性能好，價格較低。
4、短切原絲和磨碎纖維
(1)短切原絲 短切原絲分干法短切原絲及濕法短切原絲。前者用在增強塑料生產(chǎn)中，而后者則用于造紙。用于玻璃鋼的短切原絲又分為增強熱固性樹脂(BMC)用短切原絲和增強熱塑性樹脂用短切原絲兩大類。對增強熱塑性塑料用短切原絲的要求是用無堿玻璃纖維，強度高及電絕緣性好，短切原絲集束性好、流動性好、白度較高。增強熱固性塑料短切原絲要求集束性好，易為樹脂很快浸透，具有很好的機械強度及電氣性能。
(2)磨碎纖維 磨碎纖維系由錘磨機或球磨機將短切纖維磨碎而成。磨碎纖維主要在增強反應(yīng)注射工藝(RRIM)中用作增強材料，在制造澆鑄制品、模具等制品時用作樹脂的填料用以改善表面裂紋現(xiàn)象，降低模塑收縮率，也可用作增強材料。
5、玻璃纖維織物
以下介紹的是以玻璃纖維紗線織造的各種玻璃纖維織物。
(1)玻璃布我國生產(chǎn)的玻璃布，分為無堿和中堿兩類，國外大多數(shù)是無堿玻璃布。玻璃布主要用于生產(chǎn)各種電絕緣層壓板、印刷線路板、各種車輛車體、貯罐、船艇、模具等。中堿玻璃布主要用于生產(chǎn)涂塑包裝布，以及用于耐腐蝕場合?？椢锏奶匦杂衫w維性能、經(jīng)緯密度、紗線結(jié)構(gòu)和織紋所決定。經(jīng)緯密度又由紗結(jié)構(gòu)和織紋決定。經(jīng)緯密加上紗結(jié)構(gòu)，就決定了織物的物理性質(zhì)，如重量、厚度和斷裂強度等。有五種基本的織紋：平紋、斜紋、緞紋、羅紋和席紋。
(2)玻璃帶 玻璃帶分為有織邊帶和無織邊帶(毛邊帶)主要織防腐是平紋。玻璃帶常用于制造高強度、介電性能好的電氣設(shè)備零部件。
(3)單向織物 單向織物是一種粗經(jīng)紗和細緯紗織成的四經(jīng)破緞紋或長軸緞紋織物。其特點是在經(jīng)紗主向上具有高強度。
(4)立體織物立體織物是相對平面織物而言，其結(jié)構(gòu)特征從一維二維發(fā)展到了三維，從而使以此為增強體的復(fù)合材料具有良好的整體性和仿形性，大大提高了復(fù)合材料的層間剪切強度和抗損傷容限。它是隨著航天、航空、兵器、船舶等部門的特殊需求發(fā)展起來的，目前其應(yīng)用已拓展至汽車、體育運動器材、醫(yī)療器械等部門。主要有五類：機織三維織物、針織三維織物、正交及非正交非織造三維織物、三維編織織物和其它形式的三維織物。立體織物的形狀有塊狀、柱狀、管狀、空心截錐體及變厚度異形截面等。
(5)異形織物 異形織物的形狀和它所要增強的制品的形狀非常相似，必須在專用的織機上織造。對稱形狀的異形織物有：圓蓋、錐體、帽、啞鈴形織物等，還可以制成箱、船殼等不對稱形狀。
(6)槽芯織物 槽芯織物是由兩層平行的織物，用縱向的豎條連接起來所組成的織物，其橫截面形狀可以是三角形或矩形。
(7)玻璃纖維縫編織物 亦稱為針織氈或編織氈，它既不同于普通的織物，也不同于通常意義的氈。最典型的縫編織物是一層經(jīng)紗與一層緯紗重疊在一起，通過縫編將經(jīng)紗與緯紗編織在一起成為織物。縫編織物的優(yōu)點如下：①它可以增加玻璃鋼層合制品的極限抗張強度，張力下的抗脫層強度以及抗彎強度;②減輕玻璃鋼制品的重量;③表面平整使玻璃鋼表面光滑;④簡化手糊操作，提高勞動生產(chǎn)率。這種增強材料可以在拉擠法玻璃鋼及RTM中代替連續(xù)原絲氈，還可以在離心法玻璃鋼管生產(chǎn)中取代方格布。
