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玻璃纤维是什么?

玻璃纤维(英文原名为:glass fiber或fiberglass )是一种性能优异的无机非金属材料,种类繁多,优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好,机械强度高,但缺点是性脆,耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的,其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米,相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ,每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料,电绝缘材料和绝热保温材料,电路基板等国民经济各个领域。玻璃一般人之观念为质硬易碎物体,并不适于作为结构用材,但如其抽成丝后,则其强度大为增加且具有柔软性,故配合树脂赋予形状以后终于可以成为优良之结构用材。玻璃纤维随其直径变小其强度增高。 特点介绍  原料及其应用玻璃纤维比有机纤维耐温高,不燃,抗腐,隔热、隔音性好(特别是玻璃棉),抗拉强度高,电绝缘性好(如无碱玻璃纤维)。但性脆,耐磨性较差。玻璃纤维主要用作电绝缘材料,工业过滤材料,防腐、 防潮、 隔热、隔音、减震材料。还可作为增强材料,用来制造增强塑料或增强橡胶、增强石膏和增强水泥等制品。用有机材料被覆玻璃纤维可提高其柔韧性,用以制成包装布、窗纱、贴墙布、覆盖布、防护服和绝电、隔音材料。作为补强材玻璃纤维具有以下之特点,这些特点使玻璃纤维之使用远较其他种类纤维来得广泛,发展速度亦领先其特性列举如下:   

(1)拉伸强度高,伸长小(3%)。   

(2)弹性系数高,刚性佳。   

(3)弹性限度内伸长量大且拉伸强度高,故吸收冲击能量大。   

(4)为无机纤维,具不燃性,耐化学性佳。   

(5)吸水性小。   

(6)尺度安定性,耐热性均佳。   

(7)加工性佳,可作成股、束、毡、织布等不同形态之产品。   

(8)透明可透过光线。   

(9)与树脂接着性良好之表面处理剂之开发完成。   

(10)价格便宜。   

(11)不易燃烧,高温下可熔成玻璃状小珠。

主要成分  

其主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等,根据玻璃中碱含量的多少,可分为无碱玻璃纤维(氧化钠0%~2%,属铝硼硅酸盐玻璃)、中碱玻璃纤维(氧化钠8%~12%,属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃)和高碱玻璃纤维(氧化钠13%以上,属钠钙硅酸盐玻璃)。玻璃纤维按形态和长度,可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉;按玻璃成分,可分为无碱、耐化学、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和抗碱玻璃纤维等。   

生产玻璃纤维的主要原料是:石英砂、氧化铝和叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石等。

生产方法大致分两类:一类是将熔融玻璃直接制成纤维;一类是将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球或棒,再以多种方式加热重熔后制成直径为 3~80μm的甚细纤维。通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维,称为连续玻璃纤维,通称长纤维。通过辊筒或气流制成的非连续纤维,称为定长玻璃纤维,通称短纤维。借离心力或高速气流制成的细、短、絮状纤维,称为玻璃棉。玻璃纤维经加工,可制成多种形态的制品,如纱、无捻粗纱、短切原丝、布、带、毡、板、管等。   

玻璃纤维按组成、性质和用途,分为不同的级别。按标准级规定(见表),E级玻璃纤维使用普遍,广泛用于电绝缘材料;S级为特殊纤维,虽然产量小,但很重要,因具有超强度,主要用于军事防御,如防弹箱等;C级比E级更具耐化学性,用于电池隔离板、化学滤毒器;A级为碱性玻璃纤维,用于生产增强材料。   

生产玻璃纤维用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。国际上已经商品化的纤维用的玻璃成分如下:

E-玻璃 亦称无碱玻璃,是一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分,具有良好的电气绝缘性及机械性能,广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维,也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维,它的缺点是易被无机酸侵蚀,故不适于用在酸性环境。

C-玻璃 亦称中碱玻璃,其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃,但电气性能差,机械强度低于无碱玻璃纤维10%~20%,通常国外的中碱玻璃纤维含一定数量的三氧化二硼,而我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。在国外,中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品,如用于生产玻璃纤维表面毡等,也用于增强沥青屋面材料,但在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半(60%),广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物,包扎织物等的生产,因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。

高强玻璃纤维 其特点是高强度、高模量,它的单纤维抗拉强度为2800MPa,比无碱玻纤抗拉强度高25%左右,弹性模量86000MPa,比E-玻璃纤维的强度高。用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹盔甲及运动器械。但是由于价格昂贵,目前在民用方面还不能得到推广,全世界产量也就几千吨左右。

AR玻璃纤维 亦称耐碱玻璃纤维,主要是为了增强水泥而研制的。

A玻璃 亦称高碱玻璃,是一种典型的钠硅酸盐玻璃,因耐水性很差,很少用于生产玻璃纤维。

E-CR玻璃 是一种改进的无硼无碱玻璃,用于生产耐酸耐水性好的玻璃纤维,其耐水性比无碱玻纤改善7~8倍,耐酸性比中碱玻纤也优越不少,是专为地下管道、贮罐等开发的新品种。

D玻璃 亦称低介电玻璃,用于生产介电强度好的低介电玻璃纤维。   

除了以上的玻璃纤维成分以外,近年来还出现一种新的无碱玻璃纤维,它完全不含硼,从而减轻环境污染,但其电绝缘性能及机械性能都与传统的E玻璃相似。另外还有一种双玻璃成分的玻璃纤维,已用在生产玻璃棉中,据称在作玻璃钢增强材料方面也有潜力。此外还有无氟玻璃纤维,是为环保要求而开发出来的改进型无碱玻璃纤维。玻璃纤维的拉伸强度高,伸长小(3%),测试方法标准有:GB/T14338-1993合成短纤维卷曲性试验方法,GB/T 15232-1994 纺织玻璃纤维 毡 拉伸断裂强力的测定,GB/7689.5玻璃纤维拉伸断裂强力和断裂伸长的测定,GB T15232-1994纺织玻璃纤维毡拉伸断裂强力的测定,GB/T 7689.5-2001|增强材料 机织物试验方法 第5部分:玻璃纤维拉伸断裂强力和断裂伸长的测定等等。单纤维强伸性能试验要采用能测试玻璃纤维的高强高模纤维强力仪。

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