理论教育 高碱玻璃纤维:强度高、耐高温的优质增强材料

高碱玻璃纤维:强度高、耐高温的优质增强材料

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:玻璃纤维是复合材料目前使用量最大的一种增强材料。③高碱玻璃纤维:指化学成分中碱金属氧化物含量为11.5%~12.5%(或更高)的钠钙硅酸盐玻璃纤维。其拉伸强度比无碱玻璃纤维高约35%,杨氏模量高10%~20%,高温下仍能保持良好的强度和疲劳性能。玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高。对玻璃纤维的弹性模量起主要作用的是其化学组成。

高碱玻璃纤维:强度高、耐高温的优质增强材料

玻璃纤维(GF)是以玻璃为原料,在高温熔融状态下拉丝而成,其直径在0.5~30μm。玻璃纤维是复合材料目前使用量最大的一种增强材料。玻璃纤维具有不燃、耐热、电绝缘、拉伸强度高、化学稳定性好等优良性能。至今,以不饱和聚酯为基体、以玻璃纤维增强的复合材料(玻璃钢)已遍及世界各地,应用范围几乎涉及所有的工业部门。

1.2.3.1 玻璃纤维分类

(1)按不同的含碱量分类。

①无碱玻璃纤维(E-玻璃纤维):指化学成分中碱金属氧化物含量<1%(国内<0.5%)的铝硼硅酸盐玻璃纤维。具有优异的电绝缘性、耐热性、耐候性和力学性能。

②中碱玻璃纤维(C-玻璃纤维):指化学成分中碱金属氧化物含量为2%~6%的钠钙硅酸盐玻璃纤维。其特点是:耐酸性好,但绝缘性差,强度和模量低,机械强度约为无碱玻璃纤维的75%。由于其原料丰富,所以,成本比无碱玻璃纤维低,可用于耐酸而又对电性能要求不高的复合材料。广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物、包扎织物等。

③高碱玻璃纤维:指化学成分中碱金属氧化物含量为11.5%~12.5%(或更高)的钠钙硅酸盐玻璃纤维。其特点是:耐酸性好,但不耐水,原料易得,价格低廉。由于碱金属氧化物含量高,对潮气的侵蚀极为敏感,耐老化性差,耐酸性比C-玻璃纤维差,因此,很少生产和使用。

④特种玻璃纤维:如由纯镁、铝、硅三元素组成的高强玻璃纤维,镁、铝、硅系高强高弹玻璃纤维,硅、铝、钙、镁系耐化学介质腐蚀玻璃纤维,含铅纤维,高硅氧纤维,二氧化硅纤维等。

(2)按纤维性能分类。

①高强玻璃纤维(S-玻璃纤维):由纯Mg、Al、Si三元素组成。其拉伸强度比无碱玻璃纤维高约35%,杨氏模量高10%~20%,高温下仍能保持良好的强度和疲劳性能。

②高模量玻璃纤维(M-玻璃纤维):是一种BeO、ZrO2或TiO2含量较高的玻璃纤维。其相对密度较大,比强度并不高,由它制成的玻璃钢制品有较高的强度和模量,适用于航空、航天领域

③普通玻璃纤维:有碱玻璃纤维——钠、钙系玻璃;无碱玻璃纤维。(www.daowen.com)

④耐酸玻璃纤维:为Si、Al、Ca、Mg系耐化学腐蚀玻璃纤维,适用于耐腐蚀部件和蓄电池套管等。

1.2.3.2 玻璃纤维性能

(1)物理性能。玻璃纤维呈表面光滑的圆柱体,纤维之间的抱合力非常小,不利于和树脂黏结。玻璃纤维彼此相靠近时,空隙填充得较为密实,有利于提高玻璃钢制品的玻璃含量。

(2)力学性能。玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高。一般玻璃制品的拉伸强度只有40~100MPa,而直径为3~9μm的玻璃纤维拉伸强度则高达1500~4000MPa,较一般合成纤维高约10倍,比合金钢还高2倍。

(3)纤维的弹性。玻璃纤维的弹性模量约为7×104MPa,与铝相当,只有普通钢的1/3。对玻璃纤维的弹性模量起主要作用的是其化学组成。实践证明,加入BeO、MgO能够提高玻璃纤维的弹性模量。

(4)纤维的耐磨性和耐折性。玻璃纤维的耐磨性是指纤维抵抗摩擦的能力;玻璃纤维的耐折性是指纤维抵抗折断的能力。玻璃纤维这两方面性能都很差,经过揉搓摩擦容易受伤或断裂,这是玻璃纤维的严重缺点。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。

(5)纤维热性能。导热系数是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面温差为1℃,在1h内通过1m2面积传递的热量。

玻璃纤维导热系数为0.03kcal/(m·℃·h),产生这种现象的原因主要是纤维间的空隙较大,容重较小;容重越小,其导热系数越小,主要是因为空气导热系数低;导热系数越小,隔热性能越好。

(6)纤维的光学性能。玻璃是优良的透光材料,但玻璃纤维制品透光性远不如玻璃。一般情况下,玻璃布的反射系数与布的织纹特点、密度及厚度有关,平均为40%~70%;如将透光性较弱的半透明材料垫在下边,玻璃布的反射系数可达87%。

(7)化学性能。玻璃纤维除氢氟酸(HF)、浓碱(NaOH)、浓磷酸外,对所有化学药品和有机溶剂均具有很好的化学稳定性。

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