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          玻璃纖維是什么?

          玻璃纖維(英文原名為:glass fiber或fiberglass)是一種性能優異的無機非金屬材料,種類繁多,優點是絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好,機械強度高,但缺點是性脆,耐磨性較差。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經高溫熔制、拉絲、絡紗、織布等工藝制造成的,其單絲的直徑為幾個微米到二十幾米個微米,相當于一根頭發絲的1/20-1/5,每束纖維原絲都由數百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維通常用作復合材料中的增強材料,電絕緣材料和絕熱保溫材料,電路基板等國民經濟各個領域。玻璃一般人之觀念為質硬易碎物體,并不適于作為結構用材,但如其抽成絲后,則其強度大為增加且具有柔軟性,故配合樹脂賦予形狀以后終于可以成為優良之結構用材。玻璃纖維隨其直徑變小其強度增高。特點介紹原料及其應用玻璃纖維比有機纖維耐溫高,不燃,抗腐,隔熱、隔音性好(特別是玻璃棉),抗拉強度高,電絕緣性好(如無堿玻璃纖維)。但性脆,耐磨性較差。玻璃纖維主要用作電絕緣材料,工業過濾材料,防腐、防潮、隔熱、隔音、減震材料。還可作為增強材料,用來制造增強塑料或增強橡膠、增強石膏和增強水泥等制品。用有機材料被覆玻璃纖維可提高其柔韌性,用以制成包裝布、窗紗、貼墻布、覆蓋布、防護服和絕電、隔音材料。作為補強材玻璃纖維具有以下之特點,這些特點使玻璃纖維之使用遠較其他種類纖維來得廣泛,發展速度亦先于其特性列舉如下:

          (1)拉伸強度高,伸長小(3%)。

          (2)彈性系數高,剛性佳。

          (3)彈性限度內伸長量大且拉伸強度高,故吸收沖擊能量大。

          (4)為無機纖維,具不燃性,耐化學性佳。

          (5)吸水性小。

          (6)尺度安定性,耐熱性均佳。

          (7)加工性佳,可作成股、束、氈、織布等不同形態之產品。

          (8)透明可透過光線。

          (9)與樹脂接著性良好之表面處理劑之開發完成。

          (10)價格便宜。

          (11)不易燃燒,高溫下可熔成玻璃狀小珠。

          主要成分

          其主要成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等,根據玻璃中堿含量的多少,可分為無堿玻璃纖維(氧化鈉0%~2%,屬鋁硼硅酸鹽玻璃)、中堿玻璃纖維(氧化鈉8%~12%,屬含硼或不含硼的鈉鈣硅酸鹽玻璃)和高堿玻璃纖維(氧化鈉13%以上,屬鈉鈣硅酸鹽玻璃)。玻璃纖維按形態和長度,可分為連續纖維、定長纖維和玻璃棉;按玻璃成分,可分為無堿、耐化學、高堿、中堿、高強度、高彈性模量和抗堿玻璃纖維等。

          生產玻璃纖維的主要原料是:石英砂、氧化鋁和葉蠟石、石灰石、白云石、硼酸、純堿、芒硝、螢石等。

          生產方法大致分兩類: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的甚細纖維。通過鉑合金板以機械拉絲方法拉制的無限長的纖維,稱為連續玻璃纖維,通稱長纖維。通過輥筒或氣流制成的非連續纖維,稱為定長玻璃纖維,通稱短纖維。借離心力或高速氣流制成的細、短、絮狀纖維,稱為玻璃棉。玻璃纖維經加工,可制成多種形態的制品,如紗、無捻粗紗、短切原絲、布、帶、氈、板、管等。

          玻璃纖維按組成、性質和用途,分為不同的級別。按標準級規定(見表),E級玻璃纖維使用普遍,廣泛用于電絕緣材料;S級為特殊纖維,雖然產量小,但很重要,因具有超強度,主要用于軍事防御,如防彈箱等;C級比E級更具耐化學性,用于電池隔離板、化學濾毒器;A級為堿性玻璃纖維,用于生產增強材料。

          生產玻璃纖維用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。國際上已經商品化的纖維用的玻璃成分如下:

          E-玻璃亦稱無堿玻璃,是一種硼硅酸鹽玻璃。目前是應用廣泛的一種玻璃纖維用玻璃成分,具有良好的電氣絕緣性及機械性能,廣泛用于生產電絕緣用玻璃纖維,也大量用于生產玻璃鋼用玻璃纖維,它的缺點是易被無機酸侵蝕,故不適于用在酸性環境。

          C-玻璃亦稱中堿玻璃,其特點是耐化學性特別是耐酸性優于無堿玻璃,但電氣性能差,機械強度低于無堿玻璃纖維10%~20%,通常國外的中堿玻璃纖維含一定數量的三氧化二硼,而我國的中堿玻璃纖維則完全不含硼。在國外,中堿玻璃纖維只是用于生產耐腐蝕的玻璃纖維產品,如用于生產玻璃纖維表面氈等,也用于增強瀝青屋面材料,但在我國中堿玻璃纖維占據玻璃纖維產量的一大半(60%),廣泛用于玻璃鋼的增強以及過濾織物,包扎織物等的生產,因為其價格低于無堿玻璃纖維而有較強的競爭力。

          高強玻璃纖維其特點是高強度、高模量,它的單纖維抗拉強度為2800MPa,比無堿玻纖抗拉強度高25%左右,彈性模量86000MPa,比E-玻璃纖維的強度高。用它們生產的玻璃鋼制品多用于軍工、空間、防彈盔甲及運動器械。但是由于價格昂貴,目前在民用方面還不能得到推廣,全世界產量也就幾千噸左右。

          AR玻璃纖維亦稱耐堿玻璃纖維,主要是為了增強水泥而研制的。

          A玻璃亦稱高堿玻璃,是一種典型的鈉硅酸鹽玻璃,因耐水性很差,很少用于生產玻璃纖維。

          E-CR玻璃是一種改進的無硼無堿玻璃,用于生產耐酸耐水性好的玻璃纖維,其耐水性比無堿玻纖改善7~8倍,耐酸性比中堿玻纖也優越不少,是專為地下管道、貯罐等開發的新品種。

          D玻璃亦稱低介電玻璃,用于生產介電強度好的低介電玻璃纖維。

          除了以上的玻璃纖維成分以外,近年來還出現一種新的無堿玻璃纖維,它完全不含硼,從而減輕環境污染,但其電絕緣性能及機械性能都與傳統的E玻璃相似。另外還有一種雙玻璃成分的玻璃纖維,已用在生產玻璃棉中,據稱在作玻璃鋼增強材料方面也有潛力。此外還有無氟玻璃纖維,是為環保要求而開發出來的改進型無堿玻璃纖維。玻璃纖維的拉伸強度高,伸長小(3%),測試方法標準有:GB/T14338-1993合成短纖維卷曲性試驗方法,GB/T 15232-1994紡織玻璃纖維氈拉伸斷裂強力的測定,GB/7689.5玻璃纖維拉伸斷裂強力和斷裂伸長的測定,GB T15232-1994紡織玻璃纖維氈拉伸斷裂強力的測定,GB/T 7689.5-2001|增強材料機織物試驗方法第5部分:玻璃纖維拉伸斷裂強力和斷裂伸長的測定等等。單纖維強伸性能試驗要采用能測試玻璃纖維的高強高模纖維強力儀。

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