玻璃纤维成份和性能

1 玻璃玻璃纤维纤维行行业业基本概念 基本概念 玻璃玻璃纤维纤维成份和性能成份和性能 生产玻璃纤维的基本原料是 石英砂 腊石 石灰石 白云石 为了熔化以 上物质 还要加入硼酸和萤石作助熔剂 玻璃纤维按所含 Na2O 成分的多少分 三类 无碱玻璃纤维 中碱玻璃纤维 高碱玻璃纤维 无碱玻璃纤维中含有 SiO2 55 57 Al2O3 10 17 CaO 12 25 MgO 0 8 B2O3 8 5 Na2O 0 5 中碱 玻璃纤维 Na2O 含量为 12 高碱玻璃纤维 Na2O 含量为 15 其它成分一样 含量稍微变动 从性能上看 无碱 中碱 高碱玻璃纤维其强度依次降低 耐久 性依次变差 绝缘性依次减弱 只是耐酸性依次增强 无碱玻璃纤维多用于增 强和绝缘材料 高碱玻璃纤维多用于稀酸环境 如蓄电池隔板 电镀槽 酸贮罐 酸过滤材料等 中碱玻璃纤维因价格优势在中国得到普遍使用 玻璃纤维与金 属相比具有高强度 耐腐蚀 透光性和绝缘性好等特点 玻璃玻璃纤维纤维生生产产工工艺艺 生产玻璃纤维常用的方法有两种 池窑法直接拉丝 球法坩锅拉丝 池窑 法直接拉丝是将矿物原料磨细配制送入单元窑 用重油燃烧加热熔化物料后直 接拉丝 具有产量大 质量稳 能耗低的特点 球法坩锅拉丝是从市场上购进玻 璃球然后再通过电加热熔化拉丝 所用坩锅有陶土坩锅 全铂坩锅 代铂坩锅 之分 前者只能用平板碎玻璃生产高碱玻璃纤维 全铂坩锅能耐高温且能制出 干净纯净玻璃纤维 但单炉需铂铑合金 3 4 公斤 造价昂贵 现在主要用代铂 坩锅 即熔化部分为耐高温陶土材料 拉丝漏板用铂銠合金材料 单炉用贵金 属 0 6 公斤既可 节省造价 但质量不如全铂坩锅 适合我国 球法坩锅拉丝所 用漏板为 50 800 孔 单丝直径在 9 微米以下 一般需经过加捻纺织后制成各 种玻璃纤维制品 此法能耗大 质量不稳定 但非常灵活 可补充池窑拉丝的一 切空白 池窑拉丝用漏板为 800 4000 孔 单丝直径在 11 微米以上 单丝用浸润剂涂油保护后集束成原丝 如果用于增强塑料则必需涂覆偶联 剂 浸润剂的作用是 A 浸润保护作用 B 粘结集束作用 C 防止玻璃纤维表面静 电荷的积累 D 为玻璃纤维提供进一步加工和应用所需要的特性 E 使玻璃纤维 2 获得与基材有良好的相容性 五种性能使下游复合材料是有理想的物理 力学 化学 电学以及耐老化等应用性能 偶联剂是让无机玻璃材料与有机树酯材料 很好地结合在一起 它们决定着玻璃纤维的技术含量和使用方向 玻璃纤维浸 润剂分为增强型浸润剂 纺织型浸润剂和增强型浸润剂三大类 其配方根据下 游要求各不相同 玻璃玻璃纤维纤维制品制品 玻璃纤维制品可分为无纺制品和织纺制品两大类 前者包括无捻直接粗纱 和各种玻璃纤维毡如原丝短切毡 连续毡 针刺毡 复合毡等 后者可通过机织 编织 针织 缝编等手段制成各种用途的玻璃纤维材料 原丝退解成无捻纱 加 捻成单股纱 再合股成纱线 继续合股可制成缆线或绳索 变形加工可制成膨 体纱 以上纱 线 绳即可单独应用又可借助纺织技术做成各种片状或立体织 物 以满足多种场合下的工业需要 纺织制品品种多 附加值高 但用量少 只 占玻纤制品总量的 20 左右 其中又以方格布为主 占三分之二 单根丝用直径 微米 量化 纱和线用线密度 tex 一公里的克重 量化 片状物 用 克 平方米 和厚度 毫米 1000 量化 玻璃玻璃纤维纤维的增的增强强性能性能 复合材料由三部分组成 增强相 基体相 界面相 基体相是一种连续相材 料 它把改善材料性能的增强材料固化结成一体 并起到传递应力的作用 主 要包括树脂 金属 陶瓷 水泥等几大类 增强相起承受应力负荷和显示功能的 作用 主要包括玻璃纤维 碳纤维 芳纶纤维 钢丝等 界面相决定着增强相和 基体相的结合力 是复合材料设计的重要技术因素和功能实现因素 玻璃钢是最常见也是用量最大的一种复合材料 国外称玻璃纤维增强塑料 其基体相是高分子树脂 如不饱和聚酯树脂 环氧树脂 酚醛树脂 聚丙烯酸树 脂等 增强相是各种质地和型号的玻璃纤维制品 如玻璃纤维方格布 短切毡 连续毡 缠绕纱等 界面相通过浸润剂 偶联剂及各种助剂实现 如石蜡 淀粉 等保护剂 硅烷类偶联剂等 纤维玻璃纤维增强塑料 FRP 的生产成本 原料成本 复合成本 其中原料 成本 由于石化工业的发达使合成树脂成本在不断下降和玻璃纤维池窑拉丝的 3 发展使玻璃纤维成本也在不断下降 但是 由于技术原因使得复合成本高于原 料成本 造成复合材料生产成本过高 玻璃纤维增强塑料可靠性较差也是由于 复合技术原因造成的 主要表现在玻璃纤维与合成树脂分布不均匀 合成树脂 含量很难准确控制 复合界面不良 力学结构不佳 所以亟需技术创新加以突 破 纵观复合材料发展 50 余年历史 始终沿着后期复合道路发展 未有突破 要想使复合材料产生质的飞跃 必须突破常规复合机理 采用高新技术在玻璃 纤维新生态下进行早期复合 这就是中国人发明的 玻璃纤维复塑丝及玻璃纤 维复塑异型材 所倡导的复合材料发展新理念 在玻璃纤维熔化拉丝过程 利 用玻璃纤维的余热和表面的活性 将合成树脂复合在新生的玻璃纤维表面上 形成玻璃纤维复合塑丝 达到单纤维精密复合 采用一步生产法制成无机材料 与有机材料的复合纤维 实行高速拉丝自动复塑 它将常规的冗长复合工序提 前合并在拉丝过程中瞬时完成 由于复合与拉丝同期合并进行 所以成为零工 时复合 由于复合工时为零 所以复合劳动成本等于零 则使得复合材料成本 接近或等于原料成本 所以称为低成本新技术 由于实行单纤维精密复合 使 得复合材料的界面积为最大 等于所有玻璃纤维表面积之和 所以结合力也 最大 消除复合材料内部缺陷 所以提高了复合材料质量和可靠性 我们知道 常用 E 级玻璃纤维的工作态抗拉强度为 1200Mpa 碳纤维 T300 的抗拉强度为 3500Mpa 因此玻璃纤维只能做普通复合材料使用 而高 强度的先进复合材料必须使用碳纤维做增强材料 但是碳纤维价格昂贵 例如 T300 720 元 kg 如此昂贵的价格阻碍了先进复合材料普及应用 过去人们曾设 想 通过改进成份来提高玻璃纤维的强度 但是效果不大 例如 S 级玻璃纤维 只比 E 级玻璃纤维强度提高 30 但是成本增加 4 倍 再想提高玻璃纤维的强 度 被认为是不可能的事 但是 深入研究不难发现 玻璃纤维酝藏着一个非常 重要的未被利用的特性 那就是玻璃纤维新生态的强度非常高 高于碳纤维 例如 E 级玻璃纤维新生态强度为 3700Mpa 它比碳纤维 T300 的强度 3500Mpa 高出 200Mpa 由于玻璃纤维对环境水份非常敏感 抗蚀能力较低 经 过水冷却和浸润剂处理后 强度大幅下降 再有玻璃纤维表面无保护 因互相 摩擦损失 也使强度下降约 30 所以到了玻璃纤维工作状态时 强度下降 12OOMpa 损失了 25OOMpa 采用什么样的技术手段保护玻璃纤维由新生态 到工作态强度不下降或少下降 这正是玻璃纤维新生态早期复合技术的有用 4 之处 高硅氧玻璃纤维 高硅氧玻璃纤维是采用三元系统制备而成的特殊玻璃纤维 经过多种 特殊工艺处理 具有耐高温 高强度 优异的化学稳定性和电绝缘性能 适用于缠绕工艺 和编制工艺 广泛应用在航天技术和日常电子技 术领域 特殊性能对比 1 耐高温 可瞬间承受 1700 高温 在 1000 高温环境 中 可正常工作 2 高强度 比一般无碱玻璃纤维等同线密度 高 3 5 倍 3 优异 的化学稳定性和电绝缘性 产品种类 1 高硅氧玻纤纱 2 高硅氧玻纤布 3 高 硅氧玻纤绳 4 高硅氧玻纤网格布 5 高硅氧玻纤毡 主要应用领域 高温环境工作和 电气绝缘 三元催化器 是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置 它可将汽车尾气排出的 CO HC 和 NOx 等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳 水和氮气 由 于这种催化器可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质 故称三元 三元催化器的工作原理是 当高温的汽车尾气通过净化装置时 三元催化器中的净化 剂将增强 CO 碳氢化合物和 NOx 三种气体的活性 促使其进行一定的氧化 还原化学反 应 其中 CO 在高温下氧化成为无色 无毒的二氧化碳气体 碳氢化合物在高温下氧化成 水 H20 和二氧化碳 NOx 还原成氮气和氧气 三种有害气体变成无害气体 使汽车尾气 得以净化 三元催化一般不用清洗 如果三元催化氧化厉害了就直接更换 因为 三元催化的工 作温度在 350 度左右 所以最好没有液态水残留 所以清洗并不好 纤纤 维维 细细 度度 3 25 m 纯纯 度度 SiO2含含 量量99 9 以以 上上 二二 性性 能能 熔熔 点点 1710 析析 晶晶 温温 度度 700 以以 上上 耐耐 温温 性性 1200 半半 小小 时时 开开 始始 酥酥 化化 不不 变变 型型 导导 热热 系系 数数 纤纤 维维 毡毡 状状 时时 在在200 以以 下下 150Kg mm2 500 时时 强强 度度 减减 少少20 弹弹 性性 模模 数数 96 104Kg mm2 介介 电电 常常 数数 4 5 体体 积积 电电 阻阻 作作 电电 缆缆 时时 常常 温温 下下 1 1017 cm 500 时时 1 1010 cm 1000 时时 1 108 cm 耐耐 水水 性性 在在 水水 中中 煮煮 沸沸3小小 时时 无无 损损 失失 耐耐 酸酸 性性 在在1NH2SO4煮煮 沸沸3小小 时时 无无 损损 失失 耐耐 碱碱 性性 在在0 5NNaOH煮煮 沸沸3小小 时时 损损 失失0 62 三三 用用 途途 用用 于于 高高 温温 隔隔 热热 如如 火火 箭箭 导导 弹弹 作作 隔隔 热热 防防 震震 材材 料料 或或 其其 它它 高高 温温 绝绝 缘缘 工工 程程 中中 用用 于于 增增 强强 塑塑 料料 与与 树树 脂脂 合合 成成 制制 作作 高高 温温 高高 强强 度度 玻玻 璃璃 钢钢 材材 料料 广广 泛泛 用用 于于 航航 空空 导导 弹弹 火火 箭箭 等等 方方 面