玻璃纤维的物理性能与加工工艺

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1、玻璃纤维的物理性能与加工工艺-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN玻璃纤维的物理性能和加工工艺一物理性能1.外观特点一般天然或人造的有机纤维，其表面都有较深的皱纹。而玻璃纤维表面呈光滑 的圆柱体，其横断面几乎都是完整的圆形，宏观来看，表面光滑，所以纤维之 间的抱合力非常小，不利于和树脂粘结。由于呈圆柱体，所以玻璃纤维彼此靠 近时，空隙填充的较密实。这对提高玻璃钢制品的玻璃含量是有利的。2.密度玻璃纤维的密度较其它有机纤维为大，但比一般金属密度要低，几乎和铝一 祥。因此在航空工业上用玻璃钢代替铝钛合金就成为可能。玻璃纤维的密度与 成分有密切的关系，一般为 2

2、.5-2.7g/cm3 左右，但含有大量重金属的高弹玻璃 纤维密布度可达2.9g/cm3, 般来说无碱纤维的密度比有碱纤维密度要大，见 下表。名称羊毛蚕丝棉花人造丝尼龙碳纤维玻璃纤 维（有 碱）玻璃纤 维（无 碱）密度1.281.31.501.501.141.42.62.4g/cm21.331.451.601.602.72.63.抗拉强度玻璃纤维的抗拉强度比同成分的玻璃高几十倍，例如有碱玻璃的抗拉强度只有40-100MPa，而用它拉制的玻璃纤维强度可达2000MPa，其强度提高了20-50倍, 从下表可以看出，玻璃纤维的拉伸强度比高强合金钢还要高。高强合金钢铝合金玻璃玻璃纤维直径口 m58拉伸

3、强度MPa16004046040120100030004.耐磨性和耐折性玻璃纤维的耐磨性是指纤维抗摩擦的能力；玻璃纤维的耐折性是指纤维抵抗折 断的能力。玻璃纤维这两个性能都很差。当纤维表面吸附水分后能加速微裂纹 扩展，使纤维耐磨性和耐折性降低。为了提高玻璃纤维的柔性以满足纺织工艺 的要求，可以采用适当的表面处理。如经 0.2%阳离子活性剂水溶液处理后，玻 璃纤维的耐磨性比未处理的高 200 倍，纤维的柔性一般以断裂前弯曲半径的大 小表示。弯曲半径越小，柔性越好。如玻璃纤维直径为9 口 m时，其弯曲半径 为0.094mm，而超细纤维直径为3.6 口 m时，其弯曲半径为0.038mm。5. 弹性玻

4、璃纤维的延伸率纤维的延伸率是指纤维在外力作用下，直至拉断时的伸长百 分率。玻璃纤维的延伸率比其它有机纤维的延伸率低，其伸长的程度与所施加 的力成正比，直到纤维断裂为止，不存在屈服点。负荷去掉后可以恢复原来长 度，因此玻璃纤维是完全的弹性体。6. 电性能由于玻璃纤维的介电性好，耐热性良好，吸湿性小，并且不燃烧，所以无碱玻璃纤 维制品在电气、电机工业中得到了广泛而有效的应用。7. 热性能玻璃纤维的导热性低，特别是玻璃棉制品密度小，寿命长和耐高温，广泛用于 建筑和工业的保温、隔热和隔冷，是一种优良的热绝缘材料。玻璃的导热系数(通过单位传热面积13温度梯度为1C/m，时间为1h所通过的热量)为0.7-

5、 1.28W(m.K)，但拉制玻璃纤维后，其导热系数只有0.035W(m.K产生这种现象 的原因，主要是纤维间的空隙较大，密度较小。密度越小，其导热系数越小，主要 是因为空气导热系数低所致。导热系数越小，隔热性能越好。当玻璃纤维受潮时， 导热系数增大，隔热性能降低。8. 吸声性能玻璃纤维还有优良的吸声、隔声性能，在建筑、机械和交通运输方面得到广泛 的应用。吸声系数是当声波传到物体表面时，物体表面所吸收的声能与落在表 面总声能的比值。一般材料的吸声系数大小与声源物体振动频率有关。例如用 棉花制成的隔声物质，当音频为2 0 0 HZ变到1 2 0 0 HZ时，吸声系数可 由0.09变到0.92，所

6、以各种材料的吸声系数都有一定的音频特性。玻璃棉的吸 声系数、频率特性与玻璃纤维容积密度、厚度、纤维直径等指标密切有关。一 般的规律是：随着密度的增加，吸声系数不断增加。二加工工艺生产玻璃纤维的主要原料是为石英砂、氧化铝、叶蜡石、石灰石、白云石、硼 酸、纯碱、芒硝、萤石等。玻纤需要将矿物放在1600 度以上的熔窑内溶制，一 旦点火后就会连续生产7-8 年，很少停车，否则窑内的耐火材料等需要重新更 换。在玻纤的成本中，能源和叶腊石等矿石占比较大。玻璃纤维生产工艺可分 为坩埚法拉丝工艺及池窑拉丝工艺两种。生产玻璃纤维的主要原料是为石英砂、氧化铝、叶蜡石、石灰石、白云 石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石等。玻

7、纤需要将矿物放在1600 度以上的熔窑内溶 制，一旦点火后就会连续生产 7-8 年，很少停车，否则窑内的耐火材料等需要 重新更换。在玻纤的成本中，能源和叶腊石等矿石占比较大。玻璃纤维生产工 艺可分为坩埚法拉丝工艺及池窑拉丝工艺两种。1、坩锅法拉丝工艺坩锅法拉丝工艺被称为二次成型工艺。即先把玻璃配合料经高温熔化制成 玻璃球，再将玻璃球二次加热至熔化，再高速拉制成一定直径的玻璃纤维原 丝。这种生产工艺工序繁多，又由于玻璃球二次加热熔化，给生产及产品带来 很多弊端，诸如能耗高、成型工艺不稳定、产品质量不高、劳动生产率低，使 生产规模和自动化水平受到一定限制。因此，目前大的玻纤生产厂家基本已经 淘汰了

8、这种生产工艺。2、池窑法拉丝工艺另一种为池窑法拉丝工艺，又被称为一次成型工艺。这种生产工艺是将各 种玻璃配合料在池窑熔化部经高温熔成玻璃液，在澄清部排除气泡成为均匀的 玻璃液，再在成型通路中辅助加热，经池窑漏板，高速拉制成一定直径的玻璃 纤维原丝。一座窑炉可以通过数条成型通路，安装上百台拉丝漏板同时生产。 池窑拉丝工艺温度控制合理，节约能源消耗，也使生产工艺稳定，产品产量、 质量得以提高。采用这种池窑法拉丝工艺能实现大规模化工业生产，并容易实 施最先进的全自动控制技术，使劳动生产效率得以大幅度提高。因此，池窑法 拉丝工艺已经成为当前国际上的主流拉丝工艺。用这种方法生产的玻璃纤维总 量约占全球总

9、量的85%90%。泊素叶定律：Q=兀 P D 4 128l 耳A P4 l 耳Q 单位时间的体积流量少毛细管两端的流体静压力差D 毛细管直径R 毛细管半径L 毛细管长度R 所研究的毛细管截面上的半径V 所研究的半径处的流动速度n液体的粘度 假定：1. 液体是牛顿液体，即温度一定的条件下，剪切应力和剪切 应变呈现线性关系2. 液体在毛细管中等温流动，粘度恒定不变3液体在毛细管中为层流，Re=20),可以忽略入口效应和出口效应材料性质E玻璃纤维S玻璃纤维C玻璃纤维A玻璃纤维A3钢比例极限。p兆 帕3430420030403040193强度极限。b兆 帕3430420030403040402弹性模量E兆帕7.3*1048.5*1047.3*1047.3*1042*105密度 P（ g/cm3）2.542.452.412.467.8伸长率0(%)4.85.425热膨胀系数a(1/05*10-612*10-6泊松比u0.220.220.34 5 -6比强度。/P （米）13.8*10419 7*10412 6*10412 6*1045.1*104比刚度E/ P （米）2.9*1063.6*1063.1*1063.0*1062.6*106