玻璃纤维
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《塑料橡胶助剂手册》第647页（4308字）
【释文】：
玻璃纤维是由熔融的玻璃经快速拉伸并冷却所形成的纤维状物质。远在古埃及时代，人们已知道将熔化的玻璃拉拔成丝作为壶和瓶子等器具的装饰品。但玻璃纤维的工业发展乃始于第一次世界大战初期，当时，为了解决绝热材料石棉的短缺问题，对玻璃纤维的研制给予了极大重视，使之迅速实现了工业生产。起初，玻璃纤维主要用作防腐、保温和电气绝缘材料，至40年代后，随着不饱和聚酯玻璃纤维增强塑料的出现，玻璃纤维作为塑料增强材料的应用得到了很大发展。现在，玻璃纤维已成为最基本的、应用最广泛的塑料增强材料。
由玻璃纤维及其制品增强的塑料，学名称玻璃纤维增强塑料，俗称玻璃钢。作为增强材料使用的玻璃纤维及其制品有许多种，可从不同角度分类，按照化学成分可分为如下几种：
(1)无碱玻璃纤维(通称E玻璃)，含碱量小于0．5%或0．7%，电绝缘性能、强度和化学稳定性优良，是玻璃钢最重要的增强材料。
(2)低碱玻璃纤维，含碱量小于2%，其电性能、强度和化学稳定性略逊于无碱玻璃纤维，今后将逐步为后者所取代。
(3)中碱玻璃纤维，含碱量12%左右，因其含碱量较高，电绝缘性能差，但化学稳定性和强度尚好。可作为对电性能和强度要求不高的玻璃钢增强材料。
(4)高碱玻璃纤维，含碱量等于或大于15%。可用作低级玻璃钢增强材料。
表14-4为各种玻璃纤维的化学组成。所谓含碱量是指玻璃组成中含碱金属钾和钠的氧化物重量。对力学强度和电性能要求较高的玻璃钢制品，宜用无碱玻璃纤维，因为含碱玻璃纤维的耐湿性差，在蒸馏水中浸20min后，强度即下降30%。玻璃纤维的含碱量越低，制品的耐湿性越好。但对于不作为结构材料的玻璃钢或对电性能要求不高的玻璃钢，也可采用有碱玻璃纤维，这种纤维的主要优点是价格低廉。近年来，还出现了各种高强度、高弹性模量、低介电常数及空心纤维等新型玻璃纤维，用于制造飞机、火箭、飞船及其它特殊应用所需的玻璃钢。
表14-4 玻璃纤维的化学组成(%)
注：表中各序号说明
1．我国无碱玻璃纤维成分；2．美国通用无碱玻璃纤维成分；3．前苏联过去所用低碱玻璃纤维成分，现已废弃
不用；4．我国通用中碱玻璃纤维成分；5．国外通用中碱玻璃纤维成分；6．国外高碱玻璃纤维成分；7．美国高
强度玻璃纤维(S-994)成分；8．美国高弹性模量纤维(YM-31-A)成分；9．铝镁硅酸盐成分的纤维用酸萃取后
制成的高硅氧纤维成分。
按照玻璃纤维的直径可将其分为如下几类：
(1)初级纤维(又称粗纤维)，单纤维直径大于20μm；
(2)中级纤维，单纤维直径10～20μm；
(3)高级纤维(又称纺织纤维)，单纤维直径3～10μm；
(4)超级纤维(又称超细纤维)，单纤维直径小于4μm。
按照玻璃纤维的长短可将其分为：
(1)连续纤维(又称纺织纤维)，用于加工成玻璃纱、布、带、无捻粗纱等；
(2)定长纤维，其长度有限，一般在300～500mm左右，用于制造毛纱或毡片。
为了适应不同性能和不同用途玻璃钢制品的要求，玻璃纤维增强材料的形式是多种多样的，目前广泛使用的有如下几种：
(1)无捻粗纱，由若干股连续玻璃纤维原丝不经加捻直接并合而成，组成无捻粗纱所用的原丝股数可由4股到60股不等。无捻粗纱的单丝直径一般较粗(8～9μm)，拉丝作业方便，成本低。粗纱不需要加捻，强度保持率大，容易渗透树脂。无捻粗纱主要用于制造缠绕产品，如管道、压力容器、火箭壳体等。
(2)无捻粗纱织物，由无捻粗纱按平纹布的织法织成，俗称“粗格子布”，与玻璃布相比，又重又厚，主要用于制造大型容器和船舶等。
(3)玻璃布，由连续纤维纱织成，常见的织纹有平纹、斜纹、皱纹三种。
平纹玻璃布的每一根经纱和纬纱都从一根纱下穿过并压在另一根纱上。玻璃纱的卷取最大，因此强度较缎纹布或斜纹布为低。由于它的经向与纬向强度接近一致，适用于制造各方向的强度要求一致和型面曲线简单的玻璃钢制品，如层压板材等。
斜纹玻璃布的每一根经纱的纬纱都从几根纱下穿过，并压在另外几根纱上。它具有良好的铺覆性，适用于手糊法铺覆双曲面析凹凸型面的玻璃钢制品，在各个方向都有较高的强度。
皱纹玻璃布一个方向上的每根纱上面通过另一方向的各根纱而只压在一根纱下面。玻璃纱的卷曲最小，因此强度较大。它具有良好的铺覆性，适用于手糊法铺覆型面复杂的玻璃钢制品。
除以上三种织纹外，为了适应特殊制品的需要，还有一些其它织法的玻璃布，如：
单向布--在一个方向上(一般是经纱)采用强度较高的纱，而在另一方向(纬向)采用较弱的纱，因此，经向的强度要比纬向大得多。
高模量布--由粗和细的两组经纬纱组成。粗纱占玻璃布组成的90%左右，其经纬纱是垂直相叠、不相互穿插。细纱是相互交织在粗纱的周围，使之固定成为不弯的整齐的柱状排列。这种布由于承担荷载的粗纱不互相穿插发生弯曲，因此，强度特别大。
轮廓布--将玻璃纱织成圆锥形的布套，适用于飞机雷达罩和一些具有双曲面的飞机部件等。
(4)连续玻璃纤维纱，由连续玻璃纤维或原丝经加捻和合股等纺织工序制成。常用的单纱支数有1．76tex、2．8tex、4．5tex、6．25tex、12．5tex、13．3tex、22．2tex、33．3tex等，单丝直径从4～9μm不等。这类纱主要用于缠绕法以及纺织成玻璃布、带等。
(5)短切纤维，是由无捻粗纱短切成3．2～50mm长的短纤维。适用于干预混料模压法及湿浆预型体法，并可用于热塑性塑料的增强。
(6)切碎纤维，是将连续纤维原丝切制而成的0．4～6mm短碎纤维，其特点是在浇注法成型时极易分散。
(7)增强毡片，由玻璃纤维杂乱铺阵而成。分为短切纤维毡和连续纤维毡两种，它们的增强能力基本相同，但在加工及模压特性上有所不同。增强毡片适用于手糊法、压模法、离心浇注法及各种连续浸渍工艺。
(8)面层毡片和覆盖毡片，这两种毡片很薄，适用于需要光滑、平整表面的部位。面层毡片由于树脂含量高而较硬，适用于形状简单的部位，覆盖毡片因树脂含量低而较软，适用于形状复杂的部位。
(9)三向织物，是一种由玻璃纤维织成的立体网格结构。普通玻璃布制成的玻璃钢的弱点是层间剪切强度较低，增强作用仅在玻璃布的平面上产生，而且集中在与纱线平行的两个方向上。三向织物可以使织物的层间区域也得到增强，产生在力学上各向同性的玻璃钢。三向织物玻璃钢在拉伸、压缩、剪切、耐磨和导热等性能方面都较层压材料优越，尤其适用于齿轮、轴承等受力零件。
玻璃纤维制造过程中涂敷于表面的润滑剂对树脂和玻璃之间的粘合有妨碍作用，因此，在制造玻璃钢之前必须将这层浸润剂除去。表14-5列出了几种浸润剂除去方法，现在最常用的是连续热清洗法。
表14-5 玻璃布去除浸润剂的处理方法
为了进一步改善玻璃与树脂之间的粘合性，在制造玻璃钢之前，一般还须用偶联剂(详见第十一章)对玻璃纤维进行表面处理。常用的处理方法是把偶联剂配制成一定浓度的溶液，将经热处理的玻璃布浸入该溶液中，充分浸渍后提出烘干。
玻璃纤维可用于增强热固性塑料，也可增强热塑性塑料。玻璃纤维增强塑料的主要优点是比强度大、电绝缘性好、耐热、耐腐蚀、化学稳定性高。表14-6列出了玻璃纤维增强热固性塑料和几种金属的比强度比较，表14-7为玻璃纤维在热塑性塑料中的增强效果。玻璃纤维的缺点是脆性较大，耐磨和耐揉性差，表面光滑不易与树脂粘合，对皮肤有刺痛感。
表14-6 几种玻璃钢和金属的比强度值
*比强度是强度与相对密度(或密度)的比值。
表14-7 玻璃纤维增强热塑性塑料的性能
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