纖維增強(qiáng)材料之玻璃纖維

介紹纖維增強(qiáng)材料之前首先要說明一個(gè)概念，“復(fù)合材料”。從工程概念上講，復(fù)合材料是指以人工方式將兩種或多種性質(zhì)不同，但由可性能互補(bǔ)的材料復(fù)合起來做成的新材料。復(fù)合材料的組分分成基體和增強(qiáng)體兩個(gè)部分。通常將其中連續(xù)分布的組分稱為基體，如聚合物（樹脂）基體、金屬基體、陶瓷基體；將纖維、顆粒、晶須等分散在基體中的物質(zhì)稱為增強(qiáng)體。纖維增強(qiáng)材料顧名思義就是以纖維為增強(qiáng)體的復(fù)合材料。玻璃纖維是常用的纖維增強(qiáng)材料中的一種。

玻璃纖維發(fā)展歷程

1893年美國率先研制出玻璃纖維，并于1938年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。1946年玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料成功應(yīng)用于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體，由于軍事工業(yè)的需求，玻璃纖維及其復(fù)合材料在50年代以后得到了迅猛發(fā)展，目前30多個(gè)國家生產(chǎn)玻璃纖維，品種達(dá)4000-5000種。

我國于1958年開始生產(chǎn)玻璃纖維，目前產(chǎn)量居世界第五，但產(chǎn)品等級(jí)比較低，對(duì)某些高性能的玻璃纖維還不能實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)。

玻璃纖維生產(chǎn)方法

生產(chǎn)玻璃纖維的主要原料是：石英砂、氧化鋁、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(xì)纖維。通過鉑合金板以機(jī)械拉絲方法拉制的無限長(zhǎng)的纖維，稱為連續(xù)玻璃纖維，通稱長(zhǎng)纖維。通過輥筒或氣流制成的非連續(xù)纖維,稱為定長(zhǎng)玻璃纖維，通稱短纖維。

玻璃纖維分類方式

1按含堿量分

無堿玻璃纖維：堿性氧化物（K2O，Na2O）含量小于2%

低堿玻璃纖維：堿性氧化物含量2%-6%

中堿玻璃纖維：堿性氧化物含量6%-12%

有堿玻璃纖維：堿性氧化物含量大于12%

2按纖維特性分

高強(qiáng)玻璃纖維＞4GPa

高模玻璃纖維＞100GPa

低介玻璃纖維 ε＜4.0，Tanδ＜0.003

耐腐蝕玻璃纖維

耐堿玻璃纖維

3按纖維直徑

粗纖維：直徑大于30μm

初級(jí)纖維：直徑20-30μm

中級(jí)纖維：直徑10-20μm

高級(jí)纖維：直徑3-9μm

超細(xì)纖維：直徑＜4μm

玻璃纖維的性能

1力學(xué)性能

打開百度App，看更多圖片

2耐熱性能

玻璃纖維是一種無機(jī)纖維，本身不會(huì)引起燃燒，有很好的耐熱性。

玻璃纖維在較低的溫度下受熱，其性能雖變化不大，但會(huì)引起收縮現(xiàn)象。

玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)非常小，所以常用于管道和容器的隔熱以及作為成型的絕緣殼。

3化學(xué)穩(wěn)定性能

玻璃纖維對(duì)腐蝕化學(xué)品如酸和堿，有好的阻抗，幾乎不受有機(jī)溶劑的影響，并對(duì)大多數(shù)無機(jī)化合物是穩(wěn)定的。

4電性能

玻璃纖維具有較高的比電阻和低的電介質(zhì)常數(shù)。玻璃纖維的電性能主要取決于玻璃的化學(xué)成分，尤其是堿氧化物的含量，所以無堿玻璃纖維制品在電氣、電機(jī)工業(yè)中得到了廣泛而有效的作用。

5其他性能

玻璃纖維還具有耐老化、防腐、防霉、抗紫外線輻射等性能。采用合適的表面處理劑，可以改善玻璃纖維的加工性能。玻璃纖維也存在一定的缺陷，如脆性大，耐磨性差，柔軟性差，不耐彎曲，吸濕性差，染色困難，制造成本較高。