1、復復 合合 材材 料料 學學 專專 業：無機非金屬材料業：無機非金屬材料 教教 師：孫彥彬師：孫彥彬 第三章第三章 復合材料的增強材料復合材料的增強材料 在復合材料中，凡是能提高基體材料力學在復合材料中，凡是能提高基體材料力學性能的物質，均稱為增強材料。纖維在復合性能的物質，均稱為增強材料。纖維在復合材料中起增強作用，是主要承力組分。它不材料中起增強作用，是主要承力組分。它不僅能使材料顯示出較高的抗張強度和剛度，僅能使材料顯示出較高的抗張強度和剛度，而且能減少收縮，提高熱變形溫度和低溫沖而且能減少收縮，提高熱變形溫度和低溫沖擊強度等。復合材料的性能在很大程度上取擊強度等。復合材料的性能在很大程

2、度上取決于纖維的性能、含量及使用狀態。如聚苯決于纖維的性能、含量及使用狀態。如聚苯乙烯塑料，加入玻璃纖維后，拉伸強度可從乙烯塑料，加入玻璃纖維后，拉伸強度可從600Mpa提高到提高到1000Mpa，彈性模量可從，彈性模量可從3000Mpa提高到提高到8000Mpa，其熱變形溫度可，其熱變形溫度可從從85提高到提高到105，使，使- 40下的沖擊強度下的沖擊強度可提高可提高10倍。倍。 3.1 玻璃纖維及其制品玻璃纖維及其制品 一、玻璃纖維的分類一、玻璃纖維的分類 玻璃纖維的分類方法很多。一般從玻璃玻璃纖維的分類方法很多。一般從玻璃原料成分、單絲直徑、纖維外觀及纖維特性原料成分、單絲直徑、纖維外

3、觀及纖維特性等方面進行分類。等方面進行分類。 1、以玻璃原料成分分類、以玻璃原料成分分類 這種分類方法主要用于連續玻璃纖維的分這種分類方法主要用于連續玻璃纖維的分類。一般以不同的含堿量來區分：類。一般以不同的含堿量來區分： (1)無堿玻璃纖維無堿玻璃纖維(通稱通稱E玻纖玻纖) 是以鈣鋁硼硅酸鹽組成的玻璃纖維，這種是以鈣鋁硼硅酸鹽組成的玻璃纖維，這種纖維強度較高，耐熱性和電性能優良，能抗纖維強度較高，耐熱性和電性能優良，能抗大氣侵蝕，化學穩定性也好大氣侵蝕，化學穩定性也好(但不耐酸但不耐酸)，最大，最大的特點是電性能好，故也稱它為電的特點是電性能好，故也稱它為電氣玻璃。氣玻璃。 目前，國內規定其

4、堿金屬氧化物含量不目前，國內規定其堿金屬氧化物含量不大于大于0.5%，國外一般為，國外一般為1%左右。左右。 (2)中堿玻璃纖維中堿玻璃纖維 堿金屬氧化物含量在堿金屬氧化物含量在11.512.5%之間。之間。國外沒有這種玻璃纖維，它的主要特點是耐國外沒有這種玻璃纖維，它的主要特點是耐酸性好，但強度不如酸性好，但強度不如E玻璃纖維高。主要應玻璃纖維高。主要應用于耐腐蝕領域中，價格較便宜。用于耐腐蝕領域中，價格較便宜。 (3)有堿玻璃有堿玻璃(A玻璃玻璃)纖維纖維 類似于窗玻璃及玻璃瓶的鈉鈣玻璃。此類似于窗玻璃及玻璃瓶的鈉鈣玻璃。此種玻璃由于含堿量高，強度低，對潮氣侵蝕種玻璃由于含堿量高，強度低，

5、對潮氣侵蝕極為敏感，因此很少作為增強材料。極為敏感，因此很少作為增強材料。 (4)特殊玻璃纖維特殊玻璃纖維 如由純鎂鋁硅三元組成的高強玻璃纖維，如由純鎂鋁硅三元組成的高強玻璃纖維，鎂鋁硅系高強高彈玻璃纖維，硅鋁鈣鎂系耐鎂鋁硅系高強高彈玻璃纖維，硅鋁鈣鎂系耐化學介質腐蝕玻璃纖維，含鉛纖維、高硅氧化學介質腐蝕玻璃纖維，含鉛纖維、高硅氧纖維、石英纖維等。纖維、石英纖維等。 2、以單絲直徑分類、以單絲直徑分類 玻璃纖維單絲呈圓柱形，以其直徑的不玻璃纖維單絲呈圓柱形，以其直徑的不同可以分成幾種同可以分成幾種(其直徑以其直徑以m為單位為單位)： 粗粗 纖纖 維：維：30m； 初級纖維：初級纖維：20m；

6、中級纖維：中級纖維：1020m； 高級纖維：高級纖維：310m(亦稱紡織纖維亦稱紡織纖維)； 超細纖維：小于超細纖維：小于4m。 單絲直徑不同，不僅使纖維的性能有差單絲直徑不同，不僅使纖維的性能有差異，而且影響到纖維的生產工藝、產量和成異，而且影響到纖維的生產工藝、產量和成本。一般本。一般510m的纖維作為紡織制品使的纖維作為紡織制品使用，用，1014m的纖維一般做無捻粗紗、無的纖維一般做無捻粗紗、無紡布、短切纖維氈等較為適宜。紡布、短切纖維氈等較為適宜。 3、以纖維外觀分類、以纖維外觀分類 有連續纖維，其中有無捻粗紗及有捻粗有連續纖維，其中有無捻粗紗及有捻粗紗紗(用于紡織用于紡織)、短切纖維

7、、空心玻璃纖維、短切纖維、空心玻璃纖維、玻璃粉及磨細纖維等。玻璃粉及磨細纖維等。 4、以纖維特性分類、以纖維特性分類 根據纖維本身具有的性能可分為：高強根據纖維本身具有的性能可分為：高強玻璃纖維、高模量玻璃纖維、玻璃纖維、高模量玻璃纖維、 耐高溫玻璃耐高溫玻璃纖纖 維、耐堿玻璃纖維、耐酸玻璃纖維、普通玻維、耐堿玻璃纖維、耐酸玻璃纖維、普通玻璃纖維璃纖維(指無堿及中堿玻璃纖維指無堿及中堿玻璃纖維)。 二、玻璃纖維的結構及化學組成二、玻璃纖維的結構及化學組成 1、玻璃纖維的結構、玻璃纖維的結構 玻璃纖維的結構與玻璃相同。關于玻璃玻璃纖維的結構與玻璃相同。關于玻璃結構的假說到目前為止比較能夠反映實際

8、情結構的假說到目前為止比較能夠反映實際情況的是況的是“微晶結構假說微晶結構假說”和和“網絡結構假網絡結構假說說”。 微晶結構假說認為，玻璃是由硅酸鹽或微晶結構假說認為，玻璃是由硅酸鹽或二氧化硅的二氧化硅的“微晶體微晶體”組成，在組成，在“微晶體微晶體”之間由硅酸鹽過冷溶液所填充。之間由硅酸鹽過冷溶液所填充。 網絡結構假說認為，玻璃是由二氧化硅網絡結構假說認為，玻璃是由二氧化硅的四面體，鋁氧三面體或硼氧三面體相互連的四面體，鋁氧三面體或硼氧三面體相互連 成不規則三維網絡，網絡間的空隙由成不規則三維網絡，網絡間的空隙由Na、K、Ca、Mg等陽離子所填充。二氧化硅四面體等陽離子所填充。二氧化硅四面體

9、的三維網狀結構是決定玻璃性能的基礎，填的三維網狀結構是決定玻璃性能的基礎，填充的充的Na、Ca等陽離子稱為網絡改性物。等陽離子稱為網絡改性物。 玻璃結構是近似有序的。原因是玻璃結玻璃結構是近似有序的。原因是玻璃結構中存在一定數量和大小比較有規則排列的構中存在一定數量和大小比較有規則排列的區域，這種規則性是由一定數目的多面體遵區域，這種規則性是由一定數目的多面體遵循類似晶體結構的規則排列造成的。但是有循類似晶體結構的規則排列造成的。但是有序區域不是像晶體結構那樣有嚴格的周期性，序區域不是像晶體結構那樣有嚴格的周期性，微觀上是不均勻的，宏觀上卻又是均勻的，微觀上是不均勻的，宏觀上卻又是均勻的，反映

10、到玻璃的性能上是各向同性的。反映到玻璃的性能上是各向同性的。 2、玻璃纖維的化學組成、玻璃纖維的化學組成 玻璃纖維的化學組成主要是玻璃纖維的化學組成主要是SiO2、B2O3、 CaO、Al2O3等，它們對玻璃纖維的性質和等，它們對玻璃纖維的性質和生產工藝起決定性作用。以生產工藝起決定性作用。以SiO2為主的稱為為主的稱為硅酸鹽玻璃，以硅酸鹽玻璃，以B2O3為主的稱為硼酸鹽玻璃。為主的稱為硼酸鹽玻璃。Na2O、K2O等堿性氧化物為助熔氧化物，它等堿性氧化物為助熔氧化物，它可以降低玻璃的熔化溫度和粘度，使玻璃熔可以降低玻璃的熔化溫度和粘度，使玻璃熔液中的氣泡容易排除。它主要通過破壞玻璃液中的氣泡容

11、易排除。它主要通過破壞玻璃骨架，使結構疏松，從而達到助熔的目的，骨架，使結構疏松，從而達到助熔的目的，因此因此Na2O和和K2O的含量越高，玻璃纖維的強的含量越高，玻璃纖維的強度、電絕緣性能和化學穩定性都會相應的降度、電絕緣性能和化學穩定性都會相應的降低。加入低。加入CaO、Al2O3等，能在一定條件下等，能在一定條件下構成玻璃網絡的一部分，改善玻璃的某些性構成玻璃網絡的一部分，改善玻璃的某些性質和工藝性能；用質和工藝性能；用CaO 取代取代SiO2，可降低拉，可降低拉 絲溫度。加入絲溫度。加入Al2O3等可提高耐水性。等可提高耐水性。 總之，玻璃纖維化學成分的制定，一方總之，玻璃纖維化學成分

12、的制定，一方面要滿足玻璃纖維物理和化學性能的要求，面要滿足玻璃纖維物理和化學性能的要求，具有良好的化學穩定性；另一方面要滿足制具有良好的化學穩定性；另一方面要滿足制造工藝的要求，如合適的成型溫度、硬化速造工藝的要求，如合適的成型溫度、硬化速度及粘度范圍。度及粘度范圍。 三、玻璃纖維的物理性能三、玻璃纖維的物理性能 玻璃纖維具有一系列優良性能，拉伸強玻璃纖維具有一系列優良性能，拉伸強度高，防火、防霉、防蛀、耐高溫和電絕緣度高，防火、防霉、防蛀、耐高溫和電絕緣性能好等。它的缺點是具有脆性，不耐腐蝕，性能好等。它的缺點是具有脆性，不耐腐蝕，對人的皮膚有刺激性等。對人的皮膚有刺激性等。 1、外觀和比重

13、、外觀和比重 一般天然或人造的有機纖維，其表面都一般天然或人造的有機纖維，其表面都有較深的皺紋。而玻璃纖維表面呈光滑的圓有較深的皺紋。而玻璃纖維表面呈光滑的圓柱，其橫斷面幾乎都是完整的圓形。柱，其橫斷面幾乎都是完整的圓形。 玻璃纖維直徑從玻璃纖維直徑從1.525m，大多數為，大多數為414m。 玻璃纖維的密度為玻璃纖維的密度為2.164.30g/cm3，其，其比重較有機纖維大很多，但比一般的金屬比比重較有機纖維大很多，但比一般的金屬比重要低，與鋁相比幾乎一樣，所以在航空工重要低，與鋁相比幾乎一樣，所以在航空工業上用復合材料代替鋁鈦合金就成為可能。業上用復合材料代替鋁鈦合金就成為可能。此外，一般

14、無堿玻璃纖維比有堿纖維的比重此外，一般無堿玻璃纖維比有堿纖維的比重要大。要大。 2、表面積大、表面積大 由于玻璃纖維的表面積大，使得纖維表由于玻璃纖維的表面積大，使得纖維表面處理的效果對性能的影響很大。面處理的效果對性能的影響很大。 3、玻璃纖維的力學性能、玻璃纖維的力學性能 (1)拉伸強度高拉伸強度高。一般玻璃制品的拉伸強度。一般玻璃制品的拉伸強度只有只有40100MPa，而直徑，而直徑39m的玻璃纖的玻璃纖維拉伸強度則高達維拉伸強度則高達15004000 MPa，較一，較一般合成纖維高約般合成纖維高約10倍，比合金鋼還高倍，比合金鋼還高2倍。倍。 影響玻璃纖維強度的因素：影響玻璃纖維強度的

15、因素： 一般情況，玻璃纖維的拉伸強度隨直徑一般情況，玻璃纖維的拉伸強度隨直徑變細而拉伸強度增加；變細而拉伸強度增加； 拉伸強度也與纖維的長度有關，拉伸強度也與纖維的長度有關， 隨著隨著 長度增加，拉伸強度顯著下降。長度增加，拉伸強度顯著下降。 纖維直徑和長度對拉伸強度的影響，可用纖維直徑和長度對拉伸強度的影響，可用“微裂紋理論微裂紋理論”給予解釋，隨著纖維直徑的給予解釋，隨著纖維直徑的減小和長度的縮短，纖維中微裂紋的數量和減小和長度的縮短，纖維中微裂紋的數量和大小就會相應地減小，這樣強度就會相應地大小就會相應地減小，這樣強度就會相應地增加。增加。 化學組成對強度的影響。對于同一系化學組成對強度

16、的影響。對于同一系統統(即基本組分即基本組分)來說，部分改變氧化物的種來說，部分改變氧化物的種類和數量，纖維強度改變不大類和數量，纖維強度改變不大(20%30%)。而改變系統而改變系統(即改變它的基本組分即改變它的基本組分)，強度產，強度產生大幅度變化。一般來說，含堿量越高，強生大幅度變化。一般來說，含堿量越高，強度越低。度越低。 高強玻璃纖維強度明顯地高于無高強玻璃纖維強度明顯地高于無堿堿 玻璃纖維，而有堿纖維強度更低。研究表明，玻璃纖維，而有堿纖維強度更低。研究表明，高強和無堿玻璃纖維由于成型溫度高、硬化高強和無堿玻璃纖維由于成型溫度高、硬化速度快、結構鍵能大等原因，而具有很高的速度快、結

17、構鍵能大等原因，而具有很高的拉伸強度。拉伸強度。 纖維的表面缺陷對強度影響巨大。各種纖纖維的表面缺陷對強度影響巨大。各種纖維都有微裂紋時強度相近，只有當表面缺陷維都有微裂紋時強度相近，只有當表面缺陷減小到一定程度時，纖維強度對其化學組成減小到一定程度時，纖維強度對其化學組成的依賴關系才會表現出來。的依賴關系才會表現出來。 存放時間對纖維強度的影響存放時間對纖維強度的影響纖維的老纖維的老化。當纖維存放一段時間后，會出現強度下化。當纖維存放一段時間后，會出現強度下降的現象，稱為纖維的老化。這主要取決于降的現象，稱為纖維的老化。這主要取決于纖維對大氣水分的化學穩定性。纖維對大氣水分的化學穩定性。 施

18、加負荷時間對纖維強度的影響施加負荷時間對纖維強度的影響纖纖維的疲勞。玻璃纖維的疲勞一般是指纖維強維的疲勞。玻璃纖維的疲勞一般是指纖維強度隨施加負荷時間的增加而降低的情況。度隨施加負荷時間的增加而降低的情況。玻璃纖維疲勞的原因，在于吸附作用的影響，玻璃纖維疲勞的原因，在于吸附作用的影響，即水分吸附并滲透到纖維微裂紋中，在外力即水分吸附并滲透到纖維微裂紋中，在外力的作用下，加速裂紋的擴展。纖維疲勞的程的作用下，加速裂紋的擴展。纖維疲勞的程度取決于微裂紋擴展和范圍。這與應力、尺度取決于微裂紋擴展和范圍。這與應力、尺寸、濕度、介質種類等方面有關。寸、濕度、介質種類等方面有關。 玻璃纖維成型方法和成型條

19、件對強度也玻璃纖維成型方法和成型條件對強度也有很大影響。如玻璃硬化速度越快，拉拉制有很大影響。如玻璃硬化速度越快，拉拉制的纖維強度也越高。的纖維強度也越高。 (2)玻璃纖維的彈性玻璃纖維的彈性 玻璃纖維的延伸率玻璃纖維的延伸率 纖維的延伸率纖維的延伸率(又稱斷裂伸長率又稱斷裂伸長率)是指纖維是指纖維在外力作用下直至拉斷時的伸長百分率。玻在外力作用下直至拉斷時的伸長百分率。玻璃纖維的延伸率比其它有機纖維的延伸率低，璃纖維的延伸率比其它有機纖維的延伸率低，一般為一般為3%左右。左右。 玻璃纖維的彈性模量玻璃纖維的彈性模量 玻璃纖維的彈性模量是指在彈性范圍內應玻璃纖維的彈性模量是指在彈性范圍內應力和

20、應變關系的比例常數。玻璃纖維的彈性力和應變關系的比例常數。玻璃纖維的彈性模量約為模量約為7104MPa，與鋁相當，只有普通，與鋁相當，只有普通鋼的三分之一，致使復合材料的剛度較低。鋼的三分之一，致使復合材料的剛度較低。對玻璃纖維的彈性模量起主要作用的是其化對玻璃纖維的彈性模量起主要作用的是其化學組成。加入學組成。加入BeO、MgO能能提高彈性模量。含提高彈性模量。含 BeO的高彈玻璃纖維的高彈玻璃纖維(M)其彈性模量比無堿其彈性模量比無堿玻璃纖維玻璃纖維(E)提高提高60%。它取決于玻璃纖維。它取決于玻璃纖維結構的本身，與直徑大小、磨損程度等無關。結構的本身，與直徑大小、磨損程度等無關。不同直

21、徑的玻璃纖維彈性模量相同，也證明不同直徑的玻璃纖維彈性模量相同，也證明了它們具有近似分子結構。了它們具有近似分子結構。 玻璃纖維的延伸率小，這是由于纖維中玻璃纖維的延伸率小，這是由于纖維中硅氧鍵結合力較強，受力后不易發生錯動。硅氧鍵結合力較強，受力后不易發生錯動。玻璃纖維的斷裂延伸率與直徑有關，直徑玻璃纖維的斷裂延伸率與直徑有關，直徑910m的纖維，最大延伸率的纖維，最大延伸率2%左右，左右，5m的纖維，約在的纖維，約在3%。 4、玻璃纖維的耐磨性和耐折性、玻璃纖維的耐磨性和耐折性 玻璃纖維的耐磨性是指纖維抵抗磨擦能玻璃纖維的耐磨性是指纖維抵抗磨擦能 力，玻璃纖維的耐折性是指纖維抵抗折斷的力，

22、玻璃纖維的耐折性是指纖維抵抗折斷的能力。玻璃纖維的這兩個性能都很差。經過能力。玻璃纖維的這兩個性能都很差。經過揉搓磨擦容易受傷或斷裂，這是玻璃纖維的揉搓磨擦容易受傷或斷裂，這是玻璃纖維的嚴重缺點，使用時應當注意。嚴重缺點，使用時應當注意。 當纖維表面吸附水分后能加速微裂紋擴當纖維表面吸附水分后能加速微裂紋擴展，纖維的耐磨性和耐折性降低。為了提高展，纖維的耐磨性和耐折性降低。為了提高玻璃纖維的柔性以滿足紡織工藝的要求，可玻璃纖維的柔性以滿足紡織工藝的要求，可以采用適當的表面處理，如經以采用適當的表面處理，如經0.2%陽離子陽離子活性劑水溶液處理后，玻璃纖維的耐磨性比活性劑水溶液處理后，玻璃纖維的

23、耐磨性比未處理的高未處理的高200倍。倍。 纖維的柔性一般以斷裂前彎曲半徑和大纖維的柔性一般以斷裂前彎曲半徑和大小來表示，彎曲半徑越小，柔性越好。如小來表示，彎曲半徑越小，柔性越好。如 玻璃纖維直徑為玻璃纖維直徑為9m時，其彎曲半徑為時，其彎曲半徑為0.094mm，而超細纖維直徑為，而超細纖維直徑為3.6m時，其時，其彎曲半徑為彎曲半徑為0.038mm。 5、玻璃纖維的熱性能、玻璃纖維的熱性能 (1)玻璃纖維的導熱性玻璃纖維的導熱性 導熱系數指通過單位傳熱面積導熱系數指通過單位傳熱面積1m2，溫，溫度梯度為度梯度為1度度/m，時間為，時間為1小時所通過的熱量。小時所通過的熱量。玻璃的導熱系為玻

24、璃的導熱系為0.61.1千卡千卡/米米度度時，但時，但拉制成玻璃纖維后，其導熱系數只有拉制成玻璃纖維后，其導熱系數只有0.03千千卡卡/米米度度時。產生這種現象的原因，主要是時。產生這種現象的原因，主要是纖維間的空隙較大，容重較小所致；容重越纖維間的空隙較大，容重較小所致；容重越小，其導熱系數越小，主要是因為空氣導熱小，其導熱系數越小，主要是因為空氣導熱系數低所致；導熱系數越小，隔熱性能越好。系數低所致；導熱系數越小，隔熱性能越好。使用溫度的變化對玻璃纖維的導熱系數影響使用溫度的變化對玻璃纖維的導熱系數影響不大。因此，玻璃纖維是一種優良的絕熱材不大。因此，玻璃纖維是一種優良的絕熱材料。當玻璃纖

25、維受潮時，導熱系數增大，隔料。當玻璃纖維受潮時，導熱系數增大，隔熱性能降低。熱性能降低。 (2)玻璃纖維的耐熱性玻璃纖維的耐熱性 玻璃纖維耐熱性較高，軟化點為玻璃纖維耐熱性較高，軟化點為550580，其熱膨脹系數為，其熱膨脹系數為4.810-6/。 玻璃纖維是一種無機纖維，不會引起燃玻璃纖維是一種無機纖維，不會引起燃燒。將玻璃纖維加溫，直到某一強度界限以燒。將玻璃纖維加溫，直到某一強度界限以前，強度基本不變。玻璃纖維的耐熱性是由前，強度基本不變。玻璃纖維的耐熱性是由化學成分決定的?；瘜W成分決定的。 一般鈉鈣玻璃纖維加熱到一般鈉鈣玻璃纖維加熱到470之前之前(不降溫不降溫)，強度變化不大，石英和

26、，強度變化不大，石英和高硅氧玻璃纖維的耐熱性可達到高硅氧玻璃纖維的耐熱性可達到2000以上。以上。 如果將玻璃纖維加熱到如果將玻璃纖維加熱到250以上后，再以上后，再冷卻冷卻(通常稱為熱處理通常稱為熱處理)，則強度明顯下降。，則強度明顯下降。溫度越高，強度下降越顯著。例如：溫度越高，強度下降越顯著。例如： 300下經下經24小時，強度下降小時，強度下降20%； 400下經下經24小時，強度下降小時，強度下降50%； 500下經下經24小時，強度下降小時，強度下降70%； 600下經下經24小時，強度下降小時，強度下降80%； 強度降低與熱作用時間有關，因此，玻強度降低與熱作用時間有關，因此，玻

27、璃布熱處理濕度雖然很高，但因受熱時間短，璃布熱處理濕度雖然很高，但因受熱時間短， 故強度降低不大。故強度降低不大。 玻璃纖維熱處理后強度下降，可能是熱玻璃纖維熱處理后強度下降，可能是熱處理使微裂紋增加所引起的。處理使微裂紋增加所引起的。 6、玻璃纖維的電性能、玻璃纖維的電性能 玻璃纖維的導電性主要取決于化學組成、玻璃纖維的導電性主要取決于化學組成、溫度和濕度。無堿纖維的電絕緣性能比有堿溫度和濕度。無堿纖維的電絕緣性能比有堿纖維優越得多，這主要是因為無堿纖維中堿纖維優越得多，這主要是因為無堿纖維中堿金屬離子少的緣故。堿金屬離子越多，電絕金屬離子少的緣故。堿金屬離子越多，電絕緣性能越差；玻璃纖維的

28、電阻率隨著溫度的緣性能越差；玻璃纖維的電阻率隨著溫度的升高而下降。雖然玻璃纖維的吸附能力較小，升高而下降。雖然玻璃纖維的吸附能力較小，但空氣濕度對玻璃纖維的電阻率影響很大，但空氣濕度對玻璃纖維的電阻率影響很大，濕度增加電阻率不降。濕度增加電阻率不降。 在玻璃纖維的化學組成中，加入大量的在玻璃纖維的化學組成中，加入大量的氧化鎂、氧化鉛、氧化銅、氧化鉍或氧化釩，氧化鎂、氧化鉛、氧化銅、氧化鉍或氧化釩，會使纖維具有半導體性能。在玻璃纖維上涂會使纖維具有半導體性能。在玻璃纖維上涂敷金屬或石墨，能獲得導電纖維。敷金屬或石墨，能獲得導電纖維。 7、玻璃纖維及制品的光學性能、玻璃纖維及制品的光學性能 玻璃是

29、優良的透光材料，但制成玻璃纖玻璃是優良的透光材料，但制成玻璃纖維制品后，其透光性遠不如玻璃。玻璃纖維維制品后，其透光性遠不如玻璃。玻璃纖維制品的光學性能以反射系數、透光系數和亮制品的光學性能以反射系數、透光系數和亮度系數來表示。度系數來表示。 反射系數反射系數P是指玻璃布反射的光強度與是指玻璃布反射的光強度與入射到玻璃布上的光強度之比，即入射到玻璃布上的光強度之比，即0IIPP 式中：式中：P反射系數；反射系數；Ip反射光強度；反射光強度；Io入射光強度入射光強度 在一般情況下，玻璃布的反射系數與布在一般情況下，玻璃布的反射系數與布的織紋特點、密度及厚度有關，平均為的織紋特點、密度及厚度有關，

30、平均為40%70%，如將透光性較弱的半透明材料墊在，如將透光性較弱的半透明材料墊在下邊，玻璃布的反射系數可達下邊，玻璃布的反射系數可達87%。 透光系數是指透過玻璃布的光強度與入透光系數是指透過玻璃布的光強度與入射光強度之比，即射光強度之比，即0II 式中：式中：透光系數；透光系數；I透光強度；透光強度；Io入射光強度入射光強度 玻璃布的透光系數與布的厚度及密度有玻璃布的透光系數與布的厚度及密度有關。密度小而薄的玻璃布，透過系數可達關。密度小而薄的玻璃布，透過系數可達65%，而密度大而厚的玻璃布，透光系數只，而密度大而厚的玻璃布，透光系數只有有1820%。 亮光系數是用試樣的亮度與絕對白的表亮

31、光系數是用試樣的亮度與絕對白的表面亮度面亮度(標準器標準器)之比來測得。之比來測得。 由于玻璃纖維具有優良的光學性能，因由于玻璃纖維具有優良的光學性能，因而可以制成透明玻璃鋼，以做各種采光材料，而可以制成透明玻璃鋼，以做各種采光材料，制成導光管以傳送光束或光學物像。制成導光管以傳送光束或光學物像。四、玻璃纖維的化學性能四、玻璃纖維的化學性能 玻璃纖維除對氫氟酸、濃堿、濃磷酸外，玻璃纖維除對氫氟酸、濃堿、濃磷酸外， 對所有化學藥品和有機溶劑都有良好的化學對所有化學藥品和有機溶劑都有良好的化學穩定性?；瘜W穩定性在很大程度上決定了不穩定性?；瘜W穩定性在很大程度上決定了不同纖維的使用范圍。同纖維的使用

32、范圍。 玻璃纖維的性能一般認為與水、濕度有玻璃纖維的性能一般認為與水、濕度有關，實際上玻璃纖維在相對溫度關，實際上玻璃纖維在相對溫度80%以上環以上環境中存放，強度就有下降；在境中存放，強度就有下降；在100%相對濕相對濕度下，強度保持率在度下，強度保持率在50%左右。左右。 但玻璃纖維但玻璃纖維 單絲即使與水接觸，強度也不發生變化，只單絲即使與水接觸，強度也不發生變化，只有有堿玻璃纖維中所含的堿分溶出，強度下有有堿玻璃纖維中所含的堿分溶出，強度下降。降。 1、侵蝕介質對玻璃纖維制品的腐蝕情況、侵蝕介質對玻璃纖維制品的腐蝕情況 根據網絡結構假說可知，根據網絡結構假說可知，SiO2四面體相四面體

33、相互連結，構成玻璃纖維結構的骨架，它是很互連結，構成玻璃纖維結構的骨架，它是很難與水、酸難與水、酸(H3PO4、HF除外除外)起反應的；在起反應的；在玻璃纖維結構中還有玻璃纖維結構中還有Na、Ca、K等金屬離等金屬離子及子及SiO2與金屬離子結合的硅酸鹽部分。當與金屬離子結合的硅酸鹽部分。當侵蝕介質與玻璃纖維制品作用時，多數是溶侵蝕介質與玻璃纖維制品作用時，多數是溶解玻璃纖維結構中的金屬離子或破壞硅酸鹽解玻璃纖維結構中的金屬離子或破壞硅酸鹽部分；對于濃堿溶液、氫氟酸、磷酸等，將部分；對于濃堿溶液、氫氟酸、磷酸等，將 使玻璃纖維結構全部溶解。使玻璃纖維結構全部溶解。 2、影響玻璃纖維化學穩定性的

34、因素、影響玻璃纖維化學穩定性的因素 (1)玻璃纖維的化學成分玻璃纖維的化學成分 中堿玻璃纖維對酸的穩定性是較高的，中堿玻璃纖維對酸的穩定性是較高的，但對水的穩定性是較差的；無堿玻璃纖維耐但對水的穩定性是較差的；無堿玻璃纖維耐酸性較差，但耐水性較好；中堿玻璃纖維和酸性較差，但耐水性較好；中堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維，從弱堿液對玻璃纖維強度的無堿玻璃纖維，從弱堿液對玻璃纖維強度的影響看，二者的耐堿性相接近。影響看，二者的耐堿性相接近。 中堿纖維含中堿纖維含Na2O、K2O比無堿纖維高二比無堿纖維高二十多倍，受酸作用后，首先從表面上，有較十多倍，受酸作用后，首先從表面上，有較多的金屬氧化物侵析出來，但

35、主要是多的金屬氧化物侵析出來，但主要是Na2O、K2O的離析、溶解；的離析、溶解； 另一方面，酸與玻璃纖另一方面，酸與玻璃纖 維中硅酸鹽作用生成硅酸，而硅酸迅速聚合維中硅酸鹽作用生成硅酸，而硅酸迅速聚合并凝成膠體，結果在玻璃表面上會形成一層并凝成膠體，結果在玻璃表面上會形成一層極薄的氧化硅保護膜，這層膜使酸的侵折與極薄的氧化硅保護膜，這層膜使酸的侵折與離子交換過程迅速減緩，使強度下降也緩慢。離子交換過程迅速減緩，使強度下降也緩慢。實踐證明，實踐證明，Na2O、K2O有利于這層保護膜的有利于這層保護膜的形成。所以中堿纖維比無堿纖維的耐酸性好。形成。所以中堿纖維比無堿纖維的耐酸性好。 水與玻璃纖維

36、作用，首先是侵蝕玻璃纖水與玻璃纖維作用，首先是侵蝕玻璃纖維表面的堿金屬氧化物，主要是維表面的堿金屬氧化物，主要是Na2O、K2O的溶解，使水呈現堿性。隨著時間的增加，的溶解，使水呈現堿性。隨著時間的增加，玻璃纖維與堿液繼續作用，直至使玻璃纖維與堿液繼續作用，直至使SiO2骨架骨架破壞。由于無堿玻璃纖維的堿金屬氧化物含破壞。由于無堿玻璃纖維的堿金屬氧化物含量較低，所以對水的穩定性較高。量較低，所以對水的穩定性較高。 無堿纖維與中堿纖維受到無堿纖維與中堿纖維受到NaOH溶液侵蝕溶液侵蝕后，幾乎所有玻璃成分，包括后，幾乎所有玻璃成分，包括SiO2在內，均在內，均勻溶解，使纖維變細，但隨浸堿時間的增加

37、，勻溶解，使纖維變細，但隨浸堿時間的增加，化學成分含量基本不發生變化，即內部結構化學成分含量基本不發生變化，即內部結構并未破壞，因而單位面積的強度基本不變。并未破壞，因而單位面積的強度基本不變。 總之，玻璃纖維的化學穩定性主要取決總之，玻璃纖維的化學穩定性主要取決于其成分中的于其成分中的SiO2及堿金屬氧化物的含量。及堿金屬氧化物的含量。顯然，顯然，SiO2含量多能提高玻璃纖維的化學穩含量多能提高玻璃纖維的化學穩定性，而堿金屬氧化物則會使化學穩定性降定性，而堿金屬氧化物則會使化學穩定性降低。在玻璃纖維成分中增加低。在玻璃纖維成分中增加SiO2或或Al2O3含含量，或加入量，或加入ZrO2及及T

38、iO2都可以提高玻璃纖都可以提高玻璃纖維維 的耐酸性；增加的耐酸性；增加SiO2的含量，或加入的含量，或加入CaO、ZrO2及及ZnO能提高玻璃纖維的耐堿性；在能提高玻璃纖維的耐堿性；在玻璃纖維中加入玻璃纖維中加入Al2O3、ZrO2及及TiO2等氧化等氧化物，可大大提高耐水性。物，可大大提高耐水性。 石英、高硅氧玻璃纖維對水、酸的化學石英、高硅氧玻璃纖維對水、酸的化學穩定性較好，耐堿性遠比普通纖維高。穩定性較好，耐堿性遠比普通纖維高。 (2)纖維表面情況對化學穩定性的影響纖維表面情況對化學穩定性的影響 玻璃是一種非常好的耐腐蝕材料，但拉玻璃是一種非常好的耐腐蝕材料，但拉制成玻璃纖維后，其性能

39、遠不如玻璃，這主制成玻璃纖維后，其性能遠不如玻璃，這主要是由于玻璃纖維的比表面積大所造成的。要是由于玻璃纖維的比表面積大所造成的。例如，例如，1g重重2mm厚的玻璃，具有厚的玻璃，具有5.1cm2表面表面積，而積，而1g玻璃纖維玻璃纖維(直徑直徑5m)的表面積則有的表面積則有 3100cm2，表面積增大了，表面積增大了608倍，也就是說倍，也就是說玻璃纖維受侵蝕介質作用的面積比玻璃大玻璃纖維受侵蝕介質作用的面積比玻璃大608倍，因此，玻璃纖維的耐腐蝕性能比塊倍，因此，玻璃纖維的耐腐蝕性能比塊玻璃差很多。玻璃差很多。 玻璃纖維直徑對化學穩定性關系極大，玻璃纖維直徑對化學穩定性關系極大，隨著纖維直

40、徑的減小，其化學穩定性也跟著隨著纖維直徑的減小，其化學穩定性也跟著降低。降低。 (3)侵蝕介質體積和溫度對玻璃纖維化學侵蝕介質體積和溫度對玻璃纖維化學穩定性的影響穩定性的影響 溫度對玻璃纖維的化學穩定性有很大影溫度對玻璃纖維的化學穩定性有很大影響，在響，在100以下時，溫度每升高以下時，溫度每升高10，纖，纖維在介質侵蝕下的破壞速度增加維在介質侵蝕下的破壞速度增加50100； 當溫度升高到當溫度升高到100以上時，破壞作用將更以上時，破壞作用將更劇烈。同樣的玻璃纖維，受不同體積的侵蝕劇烈。同樣的玻璃纖維，受不同體積的侵蝕介質作用，其化學穩定性不同。介質的體積介質作用，其化學穩定性不同。介質的體

41、積越大，對纖維的侵蝕越嚴重。越大，對纖維的侵蝕越嚴重。 五、玻璃纖維織物的品種及性能五、玻璃纖維織物的品種及性能 玻璃纖維織物的品種較多，主要有玻璃玻璃纖維織物的品種較多，主要有玻璃纖維布、玻璃纖維氈、玻璃纖維帶等。玻璃纖維布、玻璃纖維氈、玻璃纖維帶等。玻璃纖維布又可分平紋布、斜紋布、緞紋布、無纖維布又可分平紋布、斜紋布、緞紋布、無捻粗紗布捻粗紗布(即方格布即方格布)、單向布、無紡布等。、單向布、無紡布等。玻璃纖維氈又分為短切纖維氈、表面氈及連玻璃纖維氈又分為短切纖維氈、表面氈及連續纖維氈等。續纖維氈等。 1、無捻粗紗布：、無捻粗紗布： 它具有浸膠容易、鋪覆性它具有浸膠容易、鋪覆性 好、較厚實

42、、強度高、氣泡易排除、施工方好、較厚實、強度高、氣泡易排除、施工方便、價格較便宜等特點，它是手糊工藝中常便、價格較便宜等特點，它是手糊工藝中常使用的一種布。使用的一種布。 2、平紋布：、平紋布：平紋布是最普通的織法，通常平紋布是最普通的織法，通常叫平織，是由經紗和緯紗各一根上下相互交叫平織，是由經紗和緯紗各一根上下相互交叉而織成。平紋布編織緊密、交織點多、強叉而織成。平紋布編織緊密、交織點多、強度較低，表面平整、氣泡不易排除。它主要度較低，表面平整、氣泡不易排除。它主要用在各個方向強度均要求一致的產品上，適用在各個方向強度均要求一致的產品上，適用于制作形面簡單或平坦的制品。用于制作形面簡單或平

43、坦的制品。 3、斜紋布：、斜紋布：這種布經向與緯向的交織點連這種布經向與緯向的交織點連續而成斜向的紋路。斜紋布與平紋布相比織續而成斜向的紋路。斜紋布與平紋布相比織點較少。斜紋布較致密、柔性好、鋪覆性較點較少。斜紋布較致密、柔性好、鋪覆性較 好、強度較大，適于制作有曲面的和各方好、強度較大，適于制作有曲面的和各方向都需要強度高的制品。向都需要強度高的制品。 4、緞紋布：、緞紋布：它的一個方向上的每根紗從另它的一個方向上的每根紗從另一方向的幾根紗一方向的幾根紗(三根、五根、七根三根、五根、七根)上面通上面通過，而只壓在一根紗下面，在布的表面上過，而只壓在一根紗下面，在布的表面上形成單獨的、不連續的

44、經緯向交織點。緞形成單獨的、不連續的經緯向交織點。緞紋布質地柔軟、鋪覆性好、強度較大，與紋布質地柔軟、鋪覆性好、強度較大，與模具接觸性好，適用于型面復雜的手糊玻模具接觸性好，適用于型面復雜的手糊玻璃鋼制品。璃鋼制品。 5、單向布：、單向布：單向布的經紗用強紗，緯紗用單向布的經紗用強紗，緯紗用弱紗織成。其特點是經紗方向強度較高，弱紗織成。其特點是經紗方向強度較高，適用于定向強度要求高的制品。適用于定向強度要求高的制品。 6、無紡布：、無紡布：它是由連續纖維它是由連續纖維(直徑為直徑為1215m)平行或交叉排列后，用粘結劑粘結而平行或交叉排列后，用粘結劑粘結而成的片狀材料，這種布是在撥絲過程中直接

45、成的片狀材料，這種布是在撥絲過程中直接成型的，易于保持纖維的新生態。具有強度成型的，易于保持纖維的新生態。具有強度高、剛性好、工藝簡單等優點。高、剛性好、工藝簡單等優點。 7、高模量織物：、高模量織物：它是由兩組粗和細的經緯它是由兩組粗和細的經緯紗織成，粗紗占玻璃織物的紗織成，粗紗占玻璃織物的90%以左右。其以左右。其特點是強度較大，鋪覆性能好，紗線可以歪特點是強度較大，鋪覆性能好，紗線可以歪扭。扭。 8、短切纖維氈：、短切纖維氈：這種氈的鋪覆性能好，各這種氈的鋪覆性能好，各向同性、價格便宜、強度較低、樹脂用量大，向同性、價格便宜、強度較低、樹脂用量大，適用于手糊及噴射成型玻璃鋼。適用于手糊及

46、噴射成型玻璃鋼。 9、連續纖維氈：、連續纖維氈：這種氈鋪覆性好、強度大、這種氈鋪覆性好、強度大、質量均勻、樹脂用量大、價格比短切纖維氈質量均勻、樹脂用量大、價格比短切纖維氈貴貴10左右。適用于手糊及噴射成型玻璃鋼左右。適用于手糊及噴射成型玻璃鋼和大型貯罐玻璃鋼的富樹脂層。和大型貯罐玻璃鋼的富樹脂層。 1010、表面氈：、表面氈：這種氈是將定長玻璃纖維這種氈是將定長玻璃纖維（細纖維）隨機地均勻鋪放而成。厚度約為（細纖維）隨機地均勻鋪放而成。厚度約為0.30.30.4mm0.4mm。表面氈鋪覆性好、強度低、價。表面氈鋪覆性好、強度低、價格較便宜，主要用于玻璃鋼制品的表面，使格較便宜，主要用于玻璃鋼

47、制品的表面，使制品表面光滑，樹脂含量高，耐老化性能好。制品表面光滑，樹脂含量高，耐老化性能好。表面氈分表面氈分E E玻璃纖維和玻璃纖維和C C玻璃纖維兩種。玻璃纖維兩種。六、特種玻璃纖維六、特種玻璃纖維 1、高強度及高模量玻璃纖維、高強度及高模量玻璃纖維 （1）高強度玻璃纖維）高強度玻璃纖維 高強度玻璃纖維有鎂鋁硅酸鹽和硼硅酸鹽高強度玻璃纖維有鎂鋁硅酸鹽和硼硅酸鹽兩個系統。兩個系統。 鎂鋁硅酸鹽玻璃纖維也稱鎂鋁硅酸鹽玻璃纖維也稱S玻璃纖維。玻璃纖維。其化學成分主要是其化學成分主要是SiO2-65%，Al2O3-25%，MgO-10%。它與。它與E玻璃纖維相比，拉伸強度玻璃纖維相比，拉伸強度高高

48、33%，彈性模量提高，彈性模量提高20%。S玻璃纖維具玻璃纖維具有高的比強度，在高溫下有良好的強度保留有高的比強度，在高溫下有良好的強度保留率及高的疲勞極限。直徑為率及高的疲勞極限。直徑為9m的鎂鋁硅酸的鎂鋁硅酸鹽纖維，經過無水增強型浸潤劑鹽纖維，經過無水增強型浸潤劑“HTS”處處理后，其拉伸強度可達理后，其拉伸強度可達4900MPa，彈性模量，彈性模量為為9104 MPa，其耐熱性比較高。，其耐熱性比較高。 S玻璃纖玻璃纖維維 的拉絲溫度很高，一般要在的拉絲溫度很高，一般要在1400以上，需以上，需要特殊的拉絲工藝，因此，國外又開始研究要特殊的拉絲工藝，因此，國外又開始研究硼硅酸鹽玻璃纖維。

49、這種纖維的化學成分為硼硅酸鹽玻璃纖維。這種纖維的化學成分為SiO2：4050%，Al2O3：1929%，B2O3：1020%，Li2O:0.11%。配方中引入。配方中引入BeO以提高其彈性模量。以提高其彈性模量。 硼硅酸鹽玻璃纖維的液相溫度較低，不硼硅酸鹽玻璃纖維的液相溫度較低，不需特殊拉絲工藝條件，一般用含量需特殊拉絲工藝條件，一般用含量1525%的鉑拉絲爐即可拉絲。的鉑拉絲爐即可拉絲。 硼 硅 酸 鹽 玻 璃 纖 維 的 的 拉 伸 強 度 為硼 硅 酸 鹽 玻 璃 纖 維 的 的 拉 伸 強 度 為4400MPa，彈性模量為，彈性模量為7.4104MPa。 （2）高模量玻璃纖維）高模量玻

50、璃纖維 高模量玻璃，這種玻璃也稱高模量玻璃，這種玻璃也稱M玻璃或玻璃或YM-35-A玻璃，玻璃，M玻璃纖維的模量為玻璃纖維的模量為9.4104MPa，比一般玻璃纖維的模量提高，比一般玻璃纖維的模量提高1/3以上，拉伸強度和以上，拉伸強度和E玻璃纖維相似，玻璃玻璃纖維相似，玻璃液相溫度為液相溫度為1100。由它制成的玻璃鋼制品。由它制成的玻璃鋼制品剛性特別好，在外力作用下不易變形，更適剛性特別好，在外力作用下不易變形，更適合于要求高強度和高模量制品，以及航空、合于要求高強度和高模量制品，以及航空、宇航所用的制品。國內這種玻璃的成分為：宇航所用的制品。國內這種玻璃的成分為：SiO2 53.7%，CaO 12.7%，MgO 9%，BeO 8%，ZrO2 2%，TiO2 7.9%，Li2O 3%，Fe2O3 0.5%。 2、耐高溫玻璃纖維、耐高溫玻璃纖維 （1）石英纖維）石英纖維 石英纖維是一種優良的耐高溫材料，這種石英纖維是一