【正文】 第三章 增強(qiáng)纖維內(nèi)容提要 概述 玻璃纖維 碳纖維及其表面處理 芳香族聚酰胺纖維 聚芳酯（芳香族聚酯纖維） HSPE及其表面處理 概述：在 CM中，材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度和模量等）主要由增強(qiáng)材料決定的，因此，對(duì)增強(qiáng)材料的要求比較高，通常使用高性能纖維。什么是高性能纖維 ?一般指 : 強(qiáng)度 CN/dtex， 模量 440 CN/dtex 的纖維CN：厘牛，代表的是力 。dtex：分特克斯， 10000米（ 10公里）纖維束的重量克數(shù) 。tex:特克斯， 1000米纖維束的重量克數(shù) ,1tex=106kg/m定長(zhǎng)法 d:旦尼爾 ,9000米纖維束的重量克數(shù) β:支數(shù) ,指 lg(原 )紗的長(zhǎng)度 (m)—— 定質(zhì)量法 1dtex=tex/10=d/9 高性能纖維包括此外，還有金屬纖維此外，還有金屬纖維PM一些常見(jiàn)纖維的力學(xué)性能比較纖維種類纖維種類 強(qiáng)度強(qiáng)度 (GPa) 模量模量 (GPa) 密度（密度（ g/cm3) MP（（ ℃℃ ））GF：： E－－ GF 72 1316 S－－ GF 85 1650CF: Grofil 300500 ————PPTA 132 550聚芳酯聚芳酯 69 380PBO 280 600PI 150 500HSPE 160 140鋁纖維鋁纖維 71 660鋼纖維鋼纖維 200 1621一些常見(jiàn)纖維的力學(xué)性能比較纖維名稱纖維名稱 密度密度g/cm3拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度GPa拉伸模量拉伸模量GPa 斷裂伸長(zhǎng)斷裂伸長(zhǎng)率率 %LOICFT700 230300 Kevlar49 124 29Technora/JP/PPTA 85 25RusarRussa/PPTA ＞＞ ＞＞ 140 3 42PBO 280 UHMWPE 168 PI纖維纖維 280340 40表面處理⑴ 表面處理的目的 改進(jìn)纖維與基體之間的界面結(jié)構(gòu)，改善兩者的復(fù)合性能。⑵ 表面處理方法 物理方法：偶聯(lián)劑； 化學(xué)方法：表面化學(xué)反應(yīng)、 plasma等離子體。平紋 斜紋 緞紋 席紋每根經(jīng)紗 (或緯紗 )，交替地從一根緯紗 (或經(jīng)紗 )的上方和下方越過(guò)的織紋。 平紋結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定 ，布面最密滿，適于作平面的玻璃鋼制品。 鋪覆性最差 。在各種織紋中， 平紋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度最低 。 指經(jīng)緯紗以三上一下的方式交織所形成的織紋。斜紋布的懸垂性比平紋布好， 鋪覆性較好 ， 強(qiáng)度也高于平紋布，手感柔軟， 但穩(wěn)定性比平紋布差 。指緯紗以七上一下的方式交織所形成的織紋。這種織紋雖不如平紋穩(wěn)定，但由于浮經(jīng)或浮緯較長(zhǎng)，纖維彎曲少，故制成玻璃纖維增強(qiáng)塑料制品的強(qiáng)度較高 ， 鋪覆性最好 。 兩根或多根經(jīng)紗，在兩根或多根緯紗的上下進(jìn)行交織的織物，席紋雖不如平紋布穩(wěn)定，但它 比較柔順，更能貼合簡(jiǎn)單的形狀 。纖維織物纖維織物指每一根緯紗處有兩很經(jīng)紗絞合的組織。其特點(diǎn)是 穩(wěn)定性很好 ．厚度一般約為 —。用于需要變形最小，經(jīng)緯密低的地方，例如作為表面織物。羅紋（紗羅） 玻璃纖維. GF的構(gòu)成及分類⑴ 基本構(gòu)成玻璃主要由 SiO2四面體、 Al2O3三面體或硼氧（B2O3）三面體相互連成不規(guī)則三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)空間由 Na、 K、 Ca、 Mg等金屬陽(yáng)離子所填充。以 SiO2為主的稱硅酸鹽玻璃；以 B2O3為主的稱硼酸鹽玻璃。玻璃中的 Na2O、 K2O等堿性氧化物為熔融氧化物，它可以降低玻璃的 融化溫度 和 粘度 。主要通過(guò)破壞玻璃的骨架體疏松達(dá)到助熔的目的。因此 Na2O、 K2O的含量越高， GF的強(qiáng)度、電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性都會(huì)相應(yīng)的降低 。加入 CaO、 Al2O3能在一定條件下構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)的一部分，改善玻璃的條件性質(zhì)和工藝性能。用 CaO取代 SiO2可降低拉伸溫度 ， Al2O3可提高耐水性 。因此可以按照堿金屬氧化物的含量來(lái)對(duì) GF分類。⑵ 分類 按化學(xué)組成分有堿玻璃纖維有堿玻璃纖維 A:堿金屬氧化物的含量大于堿金屬氧化物的含量大于 12％％中堿玻璃纖維中堿玻璃纖維 C:堿金屬氧化物的含量堿金屬氧化物的含量 6％％ ~12％％無(wú)堿玻璃纖維無(wú)堿玻璃纖維 E:堿金屬氧化物的含量低于堿金屬氧化物的含量低于 2％％高強(qiáng)玻璃纖維高強(qiáng)玻璃纖維 SMgAlSi系系 或或 B2O3系系高彈玻璃纖維高彈玻璃纖維 MS系中加入系中加入 BeO通常堿金屬氧化物含量高時(shí)，玻璃易熔易抽絲，通常堿金屬氧化物含量高時(shí)，玻璃易熔易抽絲， 產(chǎn)品成本產(chǎn)品成本低低 ，這種玻璃纖維的特點(diǎn)是，這種玻璃纖維的特點(diǎn)是 耐海水腐蝕性好耐海水腐蝕性好 ，可供一般要求使，可供一般要求使用。用。 民用建筑中多使用民用建筑中多使用 低堿或中堿玻低堿或中堿玻 纖維，電器及軍工產(chǎn)品都纖維，電器及軍工產(chǎn)品都選用選用 無(wú)堿玻璃纖維無(wú)堿玻璃纖維 。 粗紗 30μm 無(wú)捻粗紗、無(wú)紡布 初級(jí)紗 20μm 短切纖維、纖維氈 中級(jí)紗 10～ 20μm 高級(jí)紗 3～ 10μm 紡織 玻璃纖維紗可分無(wú)捻紗及有捻紗兩種。單位長(zhǎng)度內(nèi)纖維與纖維之間所加的轉(zhuǎn)數(shù)，以捻／ m為單位 加捻的作用：提高纖維的抱合力改善單纖維的受力狀況，利于紡織工序的進(jìn)行。缺點(diǎn)：捻度過(guò)大不易被樹(shù)脂浸透。 (3)玻璃纖維紗的規(guī)格玻璃纖維紗的規(guī)格.GF的性質(zhì)⑴ 物理性質(zhì)－密度為 g/cm3－電絕緣性與其中堿金屬的含量有關(guān)；－耐熱性：軟化點(diǎn)為 550－ 580℃ ；石英和硅氧玻璃的耐熱性可達(dá) 2023℃ 。⑵ 化學(xué)性質(zhì)有影響的化學(xué)試劑 HF、 NaOH、濃磷酸。纖維纖維 密度密度 (g/cm3) 強(qiáng)度（強(qiáng)度（ GPa）） 模量模量 (GPa））E－－ GF 72S－－ GF 87M－－ GF 118纖維纖維 強(qiáng)度強(qiáng)度 (GPa）） 模量模量 (GPa））棉花棉花 1012羊毛羊毛 玻璃塊玻璃塊 ————E－－ GF 72鋁合金鋁合金 　　 4246⑶⑶ 機(jī)械性質(zhì)機(jī)械性質(zhì)注：注： M－－ GF為加入為加入 BeO，MgO（高彈性（高彈性能）能）注：從玻璃塊和注：從玻璃塊和 E－－ GF可以看出，玻璃加工成可以看出，玻璃加工成纖維后，其纖維后，其 強(qiáng)度提高了強(qiáng)度提高了20－－ 50倍倍 。. 玻璃纖維的生成流程→ 制玻璃球→ 鉑金坩堝熔融→ 小漏孔拉絲 （ 10 20 408孔）→ 涂浸潤(rùn)劑→ 并股成紗→ 紡織成布、氈或帶。 坩堝法拉絲、池窯漏板法拉絲(1)坩堝法拉絲工藝 (2)池窯漏板法拉絲工藝 連續(xù)玻璃纖維生產(chǎn)的一種新的工藝方法。將玻璃配合料投入熔窯熔化后直接拉制成各種支數(shù)的連續(xù)玻璃纖維。 池窯拉絲 (與坩堝拉絲相比較 )的優(yōu)點(diǎn)： 1.省去制球工藝，簡(jiǎn)化工藝流程，效率高；2.池窯拉絲一窯可安裝 10塊到上百塊漏板，熔量大，生產(chǎn)能力高；3.易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；4.適于多孔大漏板生產(chǎn)玻璃鋼適用的粗纖維；5.生產(chǎn)的廢紗便于回爐。玻璃纖維制品的生產(chǎn)工藝主要設(shè)備：紡紗機(jī)和織布機(jī) 1— 電熔池窯爐； 2— 漏板； 3— 加浸潤(rùn)劑； 4— 機(jī)械裝置； 5— 噴射粘接劑； 6— 金屬網(wǎng)帶； 7— 固化裝置； 8— 卷筒連續(xù)玻璃纖維氈生產(chǎn)示意圖. GF的表面處理⑴ 浸潤(rùn)劑浸潤(rùn)劑 －浸潤(rùn)劑的作用－浸潤(rùn)劑的作用 使多根單絲集中成股；使多根單絲集中成股； 增加原紗的耐磨性和提高拉伸保護(hù)；增加原紗的耐磨性和提高拉伸保護(hù)； 保護(hù)纖維免受大氣和水分的侵蝕作用。保護(hù)纖維免受大氣和水分的侵蝕作用。 －紡織型浸潤(rùn)劑－紡織型浸潤(rùn)劑 為了滿足紡織工序的要求。具有良好的集束性、潤(rùn)為了滿足紡織工序的要求。具有良好的集束性、潤(rùn)滑性、成膜性和抗靜電性?；?、成膜性和抗靜電性。 使用前必須對(duì)纖維和織物進(jìn)使用前必須對(duì)纖維和織物進(jìn)行表面處理。行表面處理。紡織型浸潤(rùn)劑紡織型浸潤(rùn)劑淀粉浸潤(rùn)劑淀粉浸潤(rùn)劑石蠟乳劑石蠟乳劑淀粉為主要的成膜劑優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用低、成膜性好、易除掉主要成分：石蠟、凡士林、硬脂酸、變壓器油等優(yōu)點(diǎn)：潤(rùn)滑性、集束性好⑵ GF 表面處理的意義 玻璃鋼的性能不僅與所使用的增強(qiáng)材料、基體樹(shù)脂有關(guān)，玻璃鋼的性能不僅與所使用的增強(qiáng)材料、基體樹(shù)脂有關(guān)，而且很大程度上還與而且很大程度上還與 增強(qiáng)材料和合成樹(shù)脂的界面結(jié)合好壞增強(qiáng)材料和合成樹(shù)脂的界面結(jié)合好壞 有關(guān)有關(guān)。 表面處理就是在表面處理就是在 GF表面被覆一種叫表面活性劑的特殊物質(zhì)表面被覆一種叫表面活性劑的特殊物質(zhì)，使，使 GF與基體樹(shù)脂牢固的粘結(jié)在一起，以達(dá)到提高玻璃鋼性能與基體樹(shù)脂牢固的粘結(jié)在一起，以達(dá)到提高玻璃鋼性能的目的。這種表面活性劑又稱作的目的。這種表面活性劑又稱作 ““ 偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑 ”” 或或 ““ 架橋劑架橋劑 ”” 。 GF及織物經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗?，不僅改進(jìn)了玻璃纖維的及織物經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗?，不僅改進(jìn)了玻璃纖維的耐磨、防水、電磁絕緣耐磨、防水、電磁絕緣 等性能，而且對(duì)玻璃鋼的等性能，而且對(duì)玻璃鋼的 強(qiáng)度強(qiáng)度 ，特別是，特別是濕態(tài)下的強(qiáng)度濕態(tài)下的強(qiáng)度 提高有顯著效果。提高有顯著效果。－增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑－增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑 在一定粘度上能滿足拉絲工藝要求，而且對(duì)纖維和樹(shù)脂在一定粘度上能滿足拉絲工藝要求，而且對(duì)纖維和樹(shù)脂粘結(jié)影響不大。因此，粘結(jié)影響不大。因此， 在做在做 CM時(shí)，不必除去。時(shí)，不必除去。⑶ 表面處理劑（偶聯(lián)劑） 偶聯(lián)劑是一種含有兩部分性質(zhì) 不同的基團(tuán) 的化合物。其中一種官能團(tuán)能很好的與 GF表面結(jié)合 （一般是物理吸附）；另一種官能團(tuán)能很好的 與基體樹(shù)脂 結(jié)合（可以是物理的，也可以是化學(xué)的，如共聚等）。 通過(guò)表面處理劑把兩種性質(zhì)截然不同的材料聯(lián)合起來(lái)，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。幾種常見(jiàn)的 GF偶聯(lián)劑① 有機(jī)鉻：最有名的稱 “沃蘭（ Volan） ”。160