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玻璃纤维增强材料的类型和应用
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玻纤增强材料类型及其应用 玻璃纤维及制品是玻璃钢重要的增强组分材料。由于使用了玻璃纤维制品，可使玻璃钢复合材料，提高其抗拉强度、抗弯强度、刚度，以及耐冲击强度等。本文将对玻璃纤维的分类和类型，以及如何用好玻璃纤维，各种成型工艺应使用什么类型的玻纤增强材料，作一简单的概述。 一、玻璃纤维增强材料的分类 １、玻璃纤维按组分分类 玻璃纤维可按组分及其性能，进行分类。在许多可用的玻璃纤维增强材料类型中间，含钙－铝－硼－硅为主成分的Ｅ玻璃纤维，是最先被采用，并且用量最多的一种增强材料。它具有较好的电气性能和机械性能，价格也比较便宜。 Ｅ－ＣＲ玻璃纤维是Ｅ玻纤的改性纤维，其组分内不含有硼元素，具有较强的耐酸性能，大多用于耐酸贮罐和管道类产品。 Ｓ玻璃纤维（或称Ｒ玻璃纤维），可大大提高复合材料的强度和刚度，适用于宇航业和军事工业等方面的应用领域，以满足其高技术性能的要求。另外，在运输业、运动器械、娱乐器具等方面，也有广泛的应用。 Ｄ玻璃纤维，其介电性能较为优越，在电子工业应用上，已占有绝对的优势。 玻璃纤维增强材料，也可按连续的或不连续的形式，进行分类。 ２、连续型玻纤增强材料 连续型增强材料，有单向无捻粗纱，双向无捻粗纱布，玻纤布，单向至四向无纺织无捻粗纱，无定向连续纤维毡等。其他还有：玻纤布与非织物毡，连续纤维毡与短切原丝毡，以及各种多层工程专用连续型增强材料等复合型增强材料。此外，还有编缝的或织缝的三向预成型纤维增强材料等。 无捻粗纱的生产制造方法有两种，一种是经漏板拉出长丝集束组成，称为直接法；另一种是把几束纤维不加捻，平行组合，称为组合法。无捻粗纱纤维直径一般在１０～２４μｍ之间，常用线度重量通常表示为６００、１２００、２４００和４８００旦。无捻粗纱的特性是刚性好，纤维张力均匀，光滑并容易切断。无捻粗纱性能的发挥，还与所使用的工艺条件有关，例如纺织，连续预浸渍，短切等。无捻粗纱，最近开发出一个新的品种，称“加圈无捻粗纱”，即在粗纱的垂直方向上，加有环圈。它可提高单向复合材料的横向强度，尤其适合于拉挤玻璃钢制品使用。 预浸渍无捻粗纱，通常是Ｒ玻璃纤维浸渍环氧树脂，多用于纤维缠绕工艺，制品可得到较高的机械强度。 连续纤维毡，是从漏板拉制出纤维后，直接均匀分布层叠而制成，并使用粘结剂进行粘结成毡。其使用粘结剂的种类和数量，可根据应用的情况而定。连续纤维毡常用于对模成型工艺，以及某些定型的批量产品和电子线路板等。 ３、非连续纤维增强材料，有短切纤维、短切纤维毡、短切纤维预成型材料、连续纤维毡和磨碎纤维等。其中短切纤维，一般是将原丝切割成３～１２毫米长，而制成。它具有集束性、流动性和密实性等项特点，用途较为广泛。 短切纤维毡，一般采用５０毫米长的玻璃纤维加粘结剂制成。粘结剂可溶于苯乙烯，其用量约为３～１０%，也可根据玻璃钢制成品的具体要求，以及制毡工艺而定。短切纤维毡较适合于接触成型工艺的表面面层使用。 磨碎纤维，是将纤维经过磨碎机处理，使玻纤长度在０.１～０.２毫米之间而制得。磨碎纤维的直径，一般为１０～１７μｍ，可用于热塑玻璃钢和快速反应注射模塑的聚氨酯成型工艺。该类增强材料由于线度很短，因而可以比其他增强材料，在提高刚度、尺寸稳定性和耐冲击强度等方面，有一定的良好效果。 二、正确使用玻纤增强材料 目前，作为玻璃钢主要组成成分的玻纤增强材料，品种已有很多。如何正确使用玻纤增强材料，这是玻璃钢生产企业所必须引起注意的一个重要方面。现就国外的一些成功经验，总结归纳如下： 单向强度玻璃钢制品 通常采用连续无捻粗纱和单向无纺无捻粗纱等，作为单向强度要求的玻璃钢的增强材料。所采用的成型工艺方法，有手糊、拉挤、纤维缠绕、模压、高压压制成型等工艺方法。 双向强度玻璃钢制品 通常采用玻纤无捻粗纱布（方格布）、玻纤布、双向无纺无捻粗纱等，作为双向强度要求的玻璃钢制品的增强材料。所采用的成型工艺方法，有手糊、纤维缠绕、拉挤、层压等工艺方法。 多向强度玻璃钢制品 通常采用短切原丝、增强毡、多向无纺无捻粗纱、预成型材料、磨碎纤维等作为多向强度要求的玻璃钢制品的增强材料。所采用的成型工艺方法，有手糊、喷射、模压、注射、树脂传递模塑、层压、反应注射模塑、铸塑等工艺方法。 三、成型工艺方法对增强材料的选用 低压闭模成型工艺 这类成型工艺主要包括树脂传递模塑（ＲＴＭ）、增强反应注射模塑（ＲＲＩＭ）、结构反应注射模塑（ＳＲＩＭ）等工艺方法，所用增强材料的类型，有玻纤毡、预成型材料、组合增强材料等。 ＲＲＩＭ成型工艺中采用的磨碎纤维，是在注射入模前，就与树脂进行预混合后使用的。而预成型材料，大多采用在定向纤维组成的筛网上，喷射短切纤维和粘结剂，或者利用加热的方法成型毡片，或者利用组合的方式，制成预成型材料。 高压闭模成型工艺 这类工艺方法主要包括对模注射成型、高压模压成型等工艺方法，所用的增强材料，经常与树脂预先混合，而后再加压成型，其生产成本较为低廉。 ＢＭＣ就是一个典型的例子，将热固性树脂与短切原丝预先混合成料团，而后压制成型玻璃钢制品若短切原丝与热塑性树脂混合，可制成颗粒状料，喂入拉挤机，制成热塑玻璃钢制品。若采用长纤维预浸料，可对预浸渍连续无捻粗纱，进行拉挤成型，以制成热塑拉挤玻璃钢制品。 ＳＭＣ和ＧＭＴ 这两类成型工艺，是采用对混向短切无捻粗纱和连续原丝，进行连续浸渍工序，而后压制成型。某些情况下，是将连续无捻粗纱，采用机械方式定向，以使制品达到更高的机械强度和模量。 预浸渍带 这是采用对连续无捻粗纱或双向织物，进行预浸渍树脂而制成。对于热固性树脂，通过加热预浸料，使之达到Ｂ阶状态。而对于热塑性树脂，可通过冷却至室温，而达到Ｂ阶状态。不管热固预浸料，还是热塑预浸料，均可在放入压机后，经过加热加压，制成玻璃钢制品。 四、玻璃纤维的特殊性能 由于玻璃纤维的增强作用，从而使玻璃钢材料，具有基体树脂所无法比拟的优异性能，例如材料的整体性，可降低材料的重量、高机械性能、耐冲击性能、耐腐蚀性能、良好的介电性能和尺寸稳定性能以及材料的耐久性等等，并使玻璃钢材料在各个领域，获得了广泛的应用。 应该看到，在充分利用玻璃纤维特性的同时，它本身还具有一些重要特性，尚没有被人们所完全认识。 其一，是玻璃纤维具有一定的弹性性能。玻璃纤维在拉力的作用下可以被伸长，直至断裂，但没有屈服点。如果在达到断裂点以前，解除所加的拉力，玻璃纤维就会恢复到原来的长度。 其二，玻璃纤维没有磁滞现象。这是玻璃纤维与金属纤维和有机纤维完全不同之处。玻璃纤维，由于它本身的强度较高，因而它能够贮存或释放较大的能量，并且不会损失这些能量。 其三，玻璃纤维具有抗动态疲劳特性，因此若在玻纤表面加上一定的防磨损保护，则可使其玻璃钢制品，成为汽车和卡车的弹簧件，以及家用器具等的理想材料。 但是，由于玻璃纤维没有屈服点，因而在承载能力逐步减弱的同时，会突然发生断裂现象。例如，常用的Ｅ玻纤单向增强的复合材料，在一个定量载荷下，经过一定的时间常会发生应力断裂现象。经过测试，其抗拉强度将随时间的延续而衰减，初始时衰减很快，将丧失１/３的初始值。但其后，将在５０年内才衰减到原始值的１/２。 |
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