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大部分玻璃纤维同玻璃一样,在外电场作用下,因玻璃纤维内的离子产生迁移而导电.玻璃纤维的导电率主要取决于化学组成、温度和湿度,无碱玻璃纤维的电绝缘性能比有碱玻璃纤维优越得多,这主要是因为无碱纤维中碱金属离子少的缘故.碱金属离子越多,电绝缘性能越差.玻璃纤维的电阻率随温度的升高而下降,虽然玻璃纤维的吸附能力较小,但空气湿度对玻璃纤维的电阻率影响很大,湿度增加电阻率下降.
在玻璃纤维的化学组成中,加入大量的氧化铁、氧化铅、氧化铜、氧化铋或氧化钒,会使纤维具有半导体性能.在玻璃纤维上涂敷金属或石墨,能获得导电纤维。可消除静电的玻璃钢产品就是根据上述这两种方法而制成的.
用熔融玻璃制成的极细的纤维,绝缘性、耐热性、抗腐蚀性好,机械强度高。用做绝缘材料和玻璃钢的原料等。
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。英文原名为:glass fiber或fiberglass。成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。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。最后形成各类产品,玻璃纤维单丝的直径从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,每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单丝组成,通常作为复材料中的增强材料,电绝缘材料和绝热保温材料,电路基板等,广泛应用于国民经济各个领域。
存放时间对强度的影响,玻璃纤维在存放过程中,由于空气中水分的侵蚀,其强度下降.在存放过程中化学稳定性高的纤维强度降低较少.
施加负荷时间对强度的影响.玻璃纤维的强度,随着施加负荷时间的增加而降低,当环境温度较高时尤其明显.究其原因,可能是吸附在微裂纹中的水分在外力作用下,使微裂纹扩展速度加快的缘故.
此外,玻璃纤维成型方法和成型条件对强度也有很大影响,如玻璃硬化速度越快玻璃纤维,拉制的纤维强度越高.
如果将玻璃纤维加热至250℃以上后再冷却,则强度明显下降,而且温度越高,强度下降越明显,例如,
强度下降的程度,与热处理的时间有关.玻璃布热处理温度虽然很高,但因受热时间短,故强度降低不大.
(一)玻璃纤维-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)。
直径和长度对玻璃纤维的拉伸强度影响可以用微裂纹假说来解释,因为随着纤维直径和长度的减小,纤维中的微裂纹会相应减少,从而纤维的强度得到提高.
化学组成对强度的影响,一般含碱量越高,强度越低.无碱玻璃纤维比有碱玻璃纤维的拉伸强度高20%.
研究证明,由于高强纤维和无碱玻璃纤维成型温度高、硬化速度快及结构键能大等,因此它们具有很高的拉伸强度.
许多学者就玻璃纤维强度高的原因提出了各种不同的假说,如微裂纹假说,分子取向假说及冻结高温结构假说等.
微裂纹假说.微裂纹假说认为,玻璃的理论强变取决于分子或原子间的引力,其理论强度很高,可达200—1200kgf/mmz.但其实测强度很低,这是因为在玻璃或玻璃纤维中存在着数量不等、尺寸不同的微裂纹,因而大大降低了强度.微裂纹分布在玻璃或玻璃纤维的整个体积内,但以表面的微裂纹危害最大.由于微裂纹的存在,玻璃在外力作用下受力不均,在危害最大的微裂纹处,产生应力集中,从而使强度下降.
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。
维的延伸率是指纤维在拉力作用下直接拉断时的伸长百分率,玻璃纤维的延伸率比有机纤维的延伸率低,一般为3%左右.
玻璃纤维的弹性模量比其它人造纤维大5—8倍,但比一般金属的弹性模量要低很多,因此玻璃钢的刚度较低.对玻璃纤维的弹性模量起主要作用的是其化学组成.实验证明,加入BeO,MgO能够提高玻璃纤维的弹性模量.含BeO的高模量玻璃纤维(M),其弹性模量比无碱玻璃纤维(E)提高60%.
玻璃纤维的耐热性较高,软化点为550—580℃,其热膨胀系数为4.8X10—6/℃.
玻璃纤维的耐热性取决于它的化学成分.一般钠钙玻璃纤维加热到470℃之前,强度变化不大;而石英和高硅氧玻璃纤维的耐热性可达到2000℃以上.
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。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,发展速度亦遥遥领先其特性列举如下:
玻璃钢的原材料分为增强材料和基体材料两类.玻璃钢的增强材料由玻璃纤维及其织物组成,是玻璃钢主要的承载组分材料,对玻璃钢强度和刚度有着直接的影响.基体即树脂,我们要认识常见树脂及它的性能。
一般天然或人造的纤维,其表面都有较深的皱纹.而玻璃纤维是表面光滑的圆柱体,其横断面几乎都是完整的圆形.宏观看来,玻璃纤维表面光滑,纤维之间的抱合力非常小,不利于和树脂帖结.但由于玻璃纤维是圆柱状,因此彼此相靠近时,能堆砌得较为密实,这对于提高玻璃钢制品中的玻璃含量是有利的.玻璃钢使用的玻璃纤维直径,一般为5—20um.其比重较有机纤维大得多,但比一般的金属比重要低,约与铝的比重相当,所以在航空工业上用玻璃钢代替铝或钛合金已成为可能.此外。无碱玻璃纤维的比重一般比有碱玻璃纤维的要大.
玻璃纤维比块状玻璃的强度高很多,这是因为玻璃纤维在高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性,使微裂纹产生的机会减少.此外,玻璃纤维的断面较小,并随着表面积的减少,微裂纹存在的机率也减少,从而使纤维强度增高.有人更明确地提出,直径小的玻璃纤维强度比直径粗的玻璃纤维强度高的原因,是由于表面微裂纹尺寸和数量较小,从而减小了应力集中,使纤维具有较高的强度。
玻璃纤维的耐磨性是指纤维抵抗磨擦的能力:玻璃纤维的耐折性是指其抵抗折断的能力.玻璃纤维的这两个性能都很差.当纤维表面吸附水分后,由于能加速微裂纹的扩展,使纤维耐磨性和耐折性进一步降低.为了提高玻璃纤维的柔性以满足纺织工业的要求,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时高200倍.纤维的柔性一般以断裂前弯曲半径的大小来表示,弯曲半径越小,柔性越好.如直径为9pm的玻璃纤维其弯曲半径为0.094mm,而直径为3.6um的超细纤维,其弯曲半径为0.038mm.
(1)玻璃纤维的导热性.玻璃的导热系数为0.6一1.1kcal/(m·℃·h)1),但拉制成玻璃纤维后,其导热系数只有0.03kcal/(m·℃′·h),产生这种现象的原因.主要是由于纤维间的空隙较大及空隙之间的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。
分子取向假说.分子取向假说认为,在玻璃纤维成型过程中,由于拉丝机的牵引力作用,使玻璃纤维分子产生定向排外,从而提高了玻璃纤维强度.
此外,还有冻结高温结构假说,裂纹取向假说,等等.迄今,比较有说服力的还是微裂纹假说。
1)纤维直径和长度对拉伸强度的影响,一般地说,玻璃纤维的直径越细,拉伸强度越高.但在不同的拉丝温度下,直径相同的纤维,强度也有区别.
玻璃钢的原材料分为增强材料和基体材料两类.玻璃钢的增强材料由玻璃纤维及其织物组成,是玻璃钢主要的承载组分材料,对玻璃钢强度和刚度有着直接的影响.基体即树脂,我们要认识常见树脂及它的性能。
玻璃一般人的观念为质硬易碎物体,并不适于作为结构用材,但若抽成丝后,则其强度大为增加且具有柔软性,故配合树脂赋予其形状以后可以成为优良之结构用材。玻璃纤维随其直径变小而强度增高,玻璃纤维作为强化塑料的补强材料应用时,最大的特征是抗拉强度大。抗拉强度在标准状态下是6.3~6.9 g/d,湿润状态5.4~5.8 g/d。密度2.54。耐热性好,温度达300℃时对其强度没影响。有优良的电绝缘性,是高级的电绝缘材料,也用于绝热材料和防火屏蔽材料。一般只被浓碱、氢氟酸和浓磷酸腐蚀
作为玻璃钢用的玻璃纤维:其拉伸强度是一个很重要的物理指标.块状玻璃的强度不高;很容易断裂,而其拉成玻璃纤维之后,不仅变得具有柔曲性,而且强度也大大提高.
玻璃纤维的拉伸强度比成分相同的块状玻璃的高几十倍.例如无碱玻璃的拉伸强度只有4—10kgf/mm2,而用它拉出的玻璃纤维强度可达200kgf/mm2,强度提高20—25倍.玻璃纤维的拉伸强皮甚至高于高合金钢.