7 玻璃纤维 -2

本节主要内容 7.4 玻璃纤维及其制品

7.4.1 玻璃纤维及其制品的生产工艺 7.4.2 玻璃纤维纱的规格及性能

7.5 玻璃纤维的表面处理 7.5.1 浸润剂 7.5.2 玻璃纤维表面处理剂 7.5.3 玻璃纤维表面处理方法

7.6 特种玻璃纤维 7.6.1 高强度玻璃纤维 7.6.2 高模量玻璃纤维 7.6.3 高硅氧纤维和石英纤维 7.6.4 空心玻璃纤维

7.4 玻璃纤维及其制品

7.4.1.1 玻璃纤维的生产工艺 坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝

(1) 坩埚法拉丝工艺

生产工艺由制球和拉丝两部分组成整个拉丝过程中加球和拉丝温度控制是由自动控制装置来完成的

7.4.1 玻璃纤维及其制品的生产工艺

1— 加料孔； 2— 铂针； 3— 坩埚； 4— 电极板； 5— 玻璃液； 6— 漏板； 7— 玻璃纤维单丝； 8— 集束轮；9— 玻璃纤维原纱； 10— 拉丝卷筒

(2) 池窑漏板法拉丝工艺 连续玻璃纤维生产的一种新的工艺方法。将玻璃配合料投入熔窑熔化后直接拉制成各种支数的

连续玻璃纤维。

池窑拉丝 ( 与坩埚拉丝相比较 ) 的优点： 1. 省去制球工艺，简化工艺流程，效率高；2. 池窑拉丝一窑可安装 10 块到上百块漏板，熔量大，生产能力高；

3. 易实现自动化；4. 适于多孔大漏板生产玻璃钢适用的粗纤维；5. 生产的废纱便于回炉。

7.4.1.2 玻璃纤维制品的生产工艺主要设备：纺纱机和织布机

1—电熔池窑炉； 2—漏板； 3—加浸润剂； 4—机械装置；5—喷射粘接剂； 6—金属网带； 7—固化装置； 8—卷筒

连续玻璃纤维毡生产示意图

7.4.2 玻璃纤维纱的规格及性能

玻璃纤维纱可分无捻纱及有捻纱两种。 无捻纱一般用增强型浸润剂，由原纱直接并股、络纱制成 有捻纱则多用纺织型浸润剂，原纱经过退绕、加捻、并股、络纱而制成。

根据纤维直径、支数及股数不同，无捻纱和有捻纱的规格有许多种。

捻度 单位长度内纤维与纤维之间所加的转数，以捻／ m 为单位

Z 捻 ( 左捻 ) ，顺时针方向加捻；S 捻 ( 右捻 ) ，逆时针方向加捻。

加捻的作用：提高纤维的抱合力改善单纤维的受力状况，利于纺织工序的进行。缺点：捻度过大不易被树脂浸透。

无捻粗纱的用处

无捻粗纱中的纤维是平行排列的，拉伸强度很高，易被树脂浸透，故无捻粗纱多用于缠绕高压容器及管道等，同时也用于拉挤成型、喷射成型等工艺中。

纤维支数有两种表示方法： (1) 定质量法

用质量为 1g 的原纱的长度来表示，即：

原纱克质量数）纤维质量（测量）纤维长度（通常用

纤维支数＝m100

m100

40 支纱

(2) 定长法 目前国际上统一使用的方法，通称“ TEX”(公制号数 )。

1000m 长的原纱的克质量。 4“TEX”

质量为 1g 的原纱长 40m 。

1000m 原纱质量为 4g 。

玻璃纤维及玻璃纤维制品1 、无捻粗纱2 、无碱布3 、短切玻璃纤维4 、无捻方格布5 、玻璃纤维耐碱网布6 、膨体纱与膨体布7 、拉挤纱8 、缠绕纱9 、喷射纱………….

1 、无捻粗纱 无捻粗纱是由平行原丝或平行单丝集束而成。无捻粗纱是加工方格布、网格布的基本原料，是玻璃钢基材最基本的原材料。

喷射用无捻粗纱，缠绕型无捻粗纱，拉挤用无捻粗纱及织造用无捻粗纱等，用途十分广泛。

种类

2 、无碱布 无碱布是用无碱玻纤纱织造而成，具有优异的电气绝缘性、力学性能、耐热性及抗吸湿性。主要用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、船艇、模具等 无碱布还适合用作玻璃漆布，玻璃布层压制品与覆铜箔层压的基材，以及玻璃云母制品等的补强材料。

3 、短切玻璃纤维 短切玻璃纤维，适应于各种不同的用途。采用适当的浸润剂和集束数，切成不同长度的玻璃纤维，在热固性，热塑性树脂增强材料中获得广泛的应用。

4 、无捻方格布

以无捻粗纱织成的方格布，广泛应用于手糊玻璃钢 (FRP) 产品领域。

5 、玻璃纤维耐碱网布

玻璃纤维耐碱网布是以中碱或无碱玻璃纤维织物为基础，经耐碱涂层处理而成。该产品强度高、粘结性好、服贴性、定位性极佳，广泛应用于墙体增强，外墙保温，屋面防水等方面，还可应用于水泥、塑料、沥青、大理石、马赛克等墙体材料的增强，是建筑行业理想的工程材料。

6 、膨体纱与膨体布 膨体纱由玻璃纤

维纱经过高压空气装置，特殊膨化而成，该产品兼有连续长纤维的高强度，又有短切纤维的蓬松性，具有耐高温、耐腐蚀、高过滤效果、高强度等特点，被广泛应用于过滤布、装饰布、绝缘织物等，是石棉制品理想的替代材料，在环保工业方面应用广泛。

膨体布是由膨体纱制造而成，具有透气性好，容尘量大、过滤效率高等特点。主要用于钢铁、水泥、发电等行业的高温袋过滤器；包装材料；装饰材料等。

7 、拉挤纱 具有良好的耐磨性、柔软成性好、纤维光滑毛纱少、与苯乙烯有极好的相溶性，浸透速度非常快。通过拉挤成型与聚酯或环氧树脂结合成高强度的玻璃钢制品。

挤拉纱产品特性：

品名 产品代号

浸润剂类型

含水率％

选用树脂

卷装量(Kg)

无碱拉挤纱

ERL-1200

硅烷类 ＜ 0.18聚酯或环氧 20±0.5

无碱拉挤纱

ERL-2400

硅烷类 ＜ 0.18聚酯或环氧 20±0.5

中碱拉挤纱

CRL-1200

硅烷类 ＜ 0.2聚酯或环氧 20±0.5

中碱拉挤纱

CRL-2400

硅烷类 ＜ 0.2聚酯或环氧 20±0.5

8 、缠绕纱

具有较好的成带性、柔软、纤维光滑、与苯乙烯有很好的相溶性、浸透速度快。制成的玻璃钢耐水性好。通过管道缠绕成型与聚酯或环氧树脂结合成高强度的玻璃钢制品。

品名 产品代号

浸润剂类型

含水率％

选用树脂

卷装量(Kg)

无碱缠绕纱

ERC-1200

硅烷类 ＜ 0.18聚酯或环氧 20±0.5

无碱缠绕纱

ERC-2400

硅烷类 ＜ 0.18聚酯或环氧 20±0.5

中碱缠绕纱

CRC-2400

硅烷类 ＜ 0.2聚酯或环氧 20±0.5

9 、喷射纱

具有较好的短切性能、无静电、与苯乙烯有良好的相溶性、浸透速度较快。通过连续喷射法与聚酯或环氧树脂结合成高强度的玻璃钢制品。

10 、玻璃纤维套管

玻璃纤维套管是由无碱纱编织而成，用于电视、仪表、无线电、电视机、电扇及其他家用电器上。应用玻璃纤维套管的电线和电缆能提供良好的性能和可靠的绝缘。

11 、短切毡 把玻璃纤维短切成约 50mm 长，然后均匀沉降在成型带上，并敷上特种粘结剂形成短切毡，它具有各向同性与树脂结合良好的亲和性，脱泡性、易成型等特点，广泛使用于手糊玻璃钢 (FRP) 及玻纤层压板材上。

12 、连续原丝毡 连续原丝毡是新型玻纤无纺增强材料，广泛用于高质量玻璃钢的模压和拉挤成型工艺。该技术以玻璃纤维原丝为原料，经机械铺叠制成高强度无纺毡，产品规格为 225～ 900克 / 平方米

13 、玻璃纤维方格布 玻璃纤维方格布具有高强、耐腐、绝缘等特点。是制造玻璃钢制品基布。广泛应用于仪表、无线电贮槽建筑构件、制造游艇、汽车车体、透明玻璃钢及手糊玻璃钢工艺上。

14 、无碱纤维带 无碱玻璃纤维带是电机及电器的良好的包扎绝缘材料，也是玻璃钢 (FRP) 用基材。

7.5 玻璃纤维的表面处理

7.5.1 浸润剂

在拉丝工艺中，当玻璃液从漏板拉出单丝以后，要经过浸润槽把浸润剂涂敷在玻璃纤维表面上。

可分为纺织型浸润剂和增强型浸润剂。

单丝处理 (浸润剂 )纤维织物的表面处理 (中间粘合剂 )

1. 浸润剂的作用

玻璃纤维突出的弱点 较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。在拉丝和

纺织过程中，纤维就难免出现断裂现象，而且刚拉出的纤维容易受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其强度下降。

浸润剂的作用： 使多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和提高拉伸强度；保护纤维免受大气和水分的侵蚀作用。

2. 浸润剂的种类

(1) 纺织型浸润剂

(2) 增强型浸润剂

(1) 纺织型浸润剂 主要是满足纺织工序的要求。 使用该类浸润剂的玻璃纤维和织物作为玻璃钢的增强材科时，事先必须对纤维和织物进行表面处理。因为浸润剂中含石蜡和油剂，影响与树脂的粘结。

纺织型浸润剂

淀粉浸润剂

石蜡乳剂

淀粉为主要的成膜剂优点：费用低、成膜性好、易除掉

主要成分：石蜡、凡士林、硬脂酸、变压器油等优点：润滑性、集束性好

(2) 增强型浸润剂 由中间粘合剂、润滑剂、乳化剂等组分，配成拉丝用的浸润剂，在拉丝过程中直接被覆于玻璃纤维表面。增强型浸润剂在一定程度上能满足拉丝工艺要求，而且对纤维与树脂粘结影响不大。因此，在玻璃钢成型时不必除去，可直接使用。在选用玻璃纤维及其织物时。必须根据树脂类型考虑采用何种浸润剂。

7.5.2 玻璃纤维表面处理剂

1. 表面处理的意义 表面处理：在玻璃纤维表面被覆一种叫做表面处理剂的特殊物质，使玻璃纤维与合成树脂牢固地粘结在一起，以达到提高玻璃钢性能的目的。

作用：表面处理剂处于玻璃纤维与合成树脂之间而使

这两种性质不同的材料牢固地连接在一起。玻璃纤维及织物经过适当的表面处理后，不仅

改进了玻璃纤维的耐磨、防水、电磁绝缘等性能，而且对玻璃钢的强度，特别是湿态下的强度提高有显著的效果。

玻璃纤维未经处理剂处理而制作的玻璃钢，因老化而强度下降严重；经处理的强度下降缓慢，且有更高的强度保留值。

处理剂对聚酯玻璃钢人工气候老化强度的影响1—沃兰处理； 2-A-151 处理；3—A-172 处理； 4—未处理

处理剂对聚酯玻璃钢自然曝晒后强度的影响1—沃兰处理； 2-A-151 处理；3—A-172 处理； 4—未处理

处理剂对玻璃钢海水浸泡后强度也有明显的影响。玻璃钢经处理的比末处理的原始强度只提高 0.5倍左右，而经海水浸泡1年后强度保留率却高 1倍以上。其中以沃兰处理的效果更好，在经 1-3年的浸泡后，竞比未处理的高近 2倍或更多。

处理剂对聚酯玻璃钢海水浸泡后强度的影响1—沃兰处理； 2-A-151 处理；3—A-172 处理； 4—未处理

处理剂对玻璃钢的耐化学腐蚀性能的影响也很大。如将玻璃钢试样浸在酸碱液中，通过观察表面树脂脱落布纹显露的情况证明，未经处理的树脂脱落严重，凡经过处理的效果均好，特别是经 KH—550 前处理的效果更为明显。

表面处理剂在玻璃钢中的独特作用 它既能与玻璃相连，又能与树脂作用； 既保护了玻璃纤维表面，又大大地增强了玻璃与树脂

界面的粘结，防止水分或其他有害介质的侵入，减少或消除界面的弱点，改善了界面状态，有效地传递了应力，使玻璃钢这种复合材料的多种材料间能形成一个牢固的整体。

结果：长期耐候性、耐水性、耐化学腐蚀性能均有大幅度改善；机械强度有成倍的提高；耐热性和电性能也有很大改善。

界面理论

偶联理论 化学处理膜理论 物理吸附理论 ………

偶联理论 偶联剂是一种高分子化合物，这种化合物一般都含有两部分性质不同的基团。一种官能团能很好与玻璃纤维表面结合；另一种官能团能很好与合成树脂结合 ( 产生共聚 ) 。通过表面处理剂把两种性能截然不同的物质联合起来，形成一个统一的整体。因此，把表面处理剂叫“架桥剂”，也叫“偶联剂”。这种中间连接作用叫架桥作用或偶联作用。

3. 玻璃纤维表面处理剂的种类

有机铬 有机硅钛酸酯

有机铬处理剂中最有名的属“沃兰 (Vo1an)” ，它的化学名称叫做甲基丙烯酸氯化铬络合物物。

CH C

O

O

CrCl2OH

CrCl2

CH3

CH3

有机硅处理剂：结构通式为 RnSiX4-n。。

R 是有机基团，含有能与合成树脂作用形成化学键的活性基团。如；不饱和双键 、环氧基团、氨基 -NH2、巯基 -SH 等。 X 是易于水解的基团，水解后能与玻璃作用。 n 为 1 、 2或 3 ，绝大多数为 1

CH CH2 CH CH2

O

牌号 化学名称 结构式 适用范围国内 国外 热固性 热塑性

沃兰 Volan甲基丙烯酸氯化铬盐

酚醛聚酯环氧

聚乙烯聚甲基丙烯酸甲酯

A-151 乙烯基三乙氧基硅烷

聚酯硅树脂聚酰亚胺

聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯

KH-550

A-1100

AYM-9

γ-胺基丙基三乙氧基硅烷

环氧酚醛三聚氰胺

PVC聚碳酸酯尼龙聚乙烯聚丙烯

KH-560

A-187Y-4087Z-6040

KBM-403

γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷

聚酯、环氧、酚醛、三聚氰胺

聚碳酸酯尼龙聚苯乙烯聚丙烯

CH C

O

O

CrCl2

OHCrCl2

CH3

CH3

H2N(CH2)3Si(OC2H5)3

O

CH2 CHCH2O(CH2)3Si(OCH3)3

常用玻璃纤维表面处理剂

CH2 CHSi(OC2H5)3

牌号 化学名称 结构式 适用范围国内 国外 热固性 热塑性

KH-570

A-174

Z-6030

KBM-503

γ-甲基丙烯酸丙基三甲氧基硅烷

聚酯环氧

聚苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚乙烯聚丙烯

南大 -42苯胺甲基三乙氧基硅烷

环氧酚醛

尼龙

A-172乙烯基三(β-甲氧乙氧基 ) 硅烷

聚酯环氧 聚丙烯

KH-580γ-巯基丙基三乙氧基硅烷

环氧酚醛

PVC聚苯乙烯聚胺酯

CH2 C

CH3

C O

O

(CH2)3Si(OCH3)3

CH2 CHSi(OC2H4 OCH3)3

NHCH2Si(OC2H5)3

HS(CH2)3Si(OC2H5)3

牌号 化学名称 结构式 适用范围

国内 国外 热固性 热塑性

KH-590A-189Z-6060Y-5712

γ-巯基丙基三甲氧基硅烷

大部分都适用

聚苯乙烯

B201 二乙烯三胺基丙基三乙氧基硅烷

酚醛三聚氰胺 尼龙

聚碳酸酯

A-186Y-4086

KBM-303

β-(3, 4-环氧环己基 )乙基三甲氧基硅烷

环氧聚酯酚醛三聚氰胺

A-1120Z-6020X-6030

BBM-603

γ-(乙二胺基 )丙基三甲氧基硅烷

环氧酚醛三聚氰胺

尼龙聚乙烯聚丙烯

HS(CH2)3Si(OCH3)3

H2NC2H4NHC2H4NH(CH2)3Si(OC2H5)3

CH2CH2Si(OCH3)3

O

NH2CH2CH2NH(CH2)3Si(OCH3)3

7.5.3 玻璃纤维表面处理方法

后处理法 前处理法 迁移法。

1. 后处理法 凡是使用纺织型浸润剂，制得的玻璃纤维及织物，在用于制作玻璃钢之前原则上都采用此法进行表面处理。 分两步进行：首先除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂，然后经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺，使玻璃纤维表面被覆上一层处理剂。 特点：处理的各道工序都需要专门的设备，初投资较大，玻璃纤维强度损失大．但处理效果好，比较稳定．是目前国内外最常使用的处理方法。

2. 前处理法 适当改变浸润剂的配方，使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的要求，又不妨碍树脂对玻璃纤维的浸润和粘结。将化学处理剂加入到浸润剂中。 与后处理法比较优点：省去了复杂的处理工艺及设备，使用简便；避免了因热处理造成的玻璃纤维强度损失。 缺点：这种浸润剂一方面要满足拉丝、纺织工序的要求，同时又要满足与树脂浸渍、粘结等要求，是一个比较复杂的技术问题，目前尚需进一步研究。

3. 迁移法 迁移法是将化学处理剂直接加入到树脂胶液中进行整体渗合，在浸胶的同时将处理剂施于玻璃纤维上，借处理剂从树脂胶液至纤维表面的“迁移”作用而与纤维表面发生作用，从而在树脂固化过程中产生偶联作用。

7.6 特种玻璃纤维

7.6.1 高强度玻璃纤维 镁铝硅酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃两个系统。 镁铝硅酸盐玻璃的主要成分为 ( 质量％ ) ： SiO2：65％， Al2O3： 25％， MgO10％。拉丝成型温度需要 15

00 度以上．拉丝工艺特殊，成本也比较高。 实际生产的高强度玻璃纤维 ( 称为 S 玻璃纤维 )．是对上述成分略加调整 (引入了 6.5％ ~10％的 Na2O 和 2.

5％的 Sb2O3) ，以降低玻璃的熔制和拉丝成型温度．并加入了 3％ ~6％的 CaO ，以提高其弹性模量。

硼硅酸盐高强玻璃纤维的主要成分为 ( 质量％ ) ： SiO2 40%~50% ， Al2O319%~29% ， B2

O l0％ ~20％， Li2O 0.1%~1％。

硼硅酸盐系统玻璃纤维的强度比 E 玻璃纤维虽只提高 36％，但拉丝温度降低，用一般铂金坩埚即可拉丝。

7.6.2 高模量玻璃纤维 氧化铍具有大幅度提高玻璃纤维弹性模量的效能。高弹玻璃纤维分为含铍与不含铍的两种。含铍的高弹玻璃纤维，如美国的 YM—3A 玻璃 (M 玻璃 )

氧化铍有剧毒 在低铝的钙镁硅酸盐系统中加入铬、钍、钽、铌等氧化物，也可以提高玻璃的弹性模量。其纤维的弹性模量高达 1

2×104MPa ，但拉丝成型较困难。

SiO2 CaO MgO BeO ZrO2 TiO2 Li2O CaO Fe2O3

58.7 12.7 9.0 8.0 2.0 7.9 3.0 3.0 0.5

7.6.3 高硅氧纤维和石英纤维

高硅氧纤维的生产：将高钙的硼硅酸盐玻璃纤维用酸处理，溶析出可溶性成分，从而制得含 SiO2 高达 90％ ~99％的纤维。也可用含碱纤维的化学提纯法制得。 这种纤维能耐 1700 ℃以上高温，但纤维强度低，只为无碱玻璃纤维的 20％ ~50％。

石英纤维的生产：直接用高纯度的石英棒喂送到高温区熔化拉丝。一般在 2000~2100℃下拉制， SiO2含量可达 99

％以上，可耐 1700 ℃以上的高温，强度也比较高，弹性模量与无碱纤维相当，但纤维较脆，易磨损。石英纤维的直径视拉丝工艺不同而异，一般在 10~100μm 之间。

7.6.4 空心玻璃纤维

采用铝硼硅酸盐玻璃成分，用特制坩埚拉制而成的。坩埚有 50 孔与 102 孔两种。纤维的空心率为 10%~65％，外径为 10~17μ m 。 此种纤维质量轻，介电常数低，但较脆。一般以 2

0 股无捻粗纱形式使用，主要用于宇航及水下设备中。

作业

1. 为什么玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高？

2. 影响玻璃纤维强度的因素有哪些？如何影响？解释原因。

作业

1. 为何玻璃纤维要使用浸润剂？2. 玻璃纤维表面处理方法有哪些？各有什么特点。