玻璃纤维——文献综述

文献综述题目：玻璃纤维及其复合材料的性能与应用姓名：***专业：化学工程与工艺班级：化工102 班学号： **********指导教师：***日期：2013-6-17玻璃纤维及其复合材料的性能与应用摘要材料是工业的基础，工业的发展，在很大程度上取决于新材料的开发与应用。

玻璃纤维作为一种综合性能优良的无机非金属材料，被广泛应用于国民经济的众多领域，给工业的发展注入了新的活力。

本文主要对玻璃纤维的发展、基本性能、复合材料及其应用做了介绍。

关键字：玻璃纤维复合材料性能AbstractMaterial is the basis of industry,industrial development,development and depends greatly on the application of new materials.Glass fiber as a kind of inorganic non-metallic materials with excellent comprehensive properties,has been widely used in many fields of national economy,has injected new vitality to the development of industry.This paper mainly discusses the development,the basic properties of glass fiber,composite material and its application is introduced.Key words: glass fiber composite materials performance.1、前言在一般人的观念中，玻璃为质硬易碎物体，并不适于作为结构用材，但如其抽成丝后，则其强度大为增加且具有柔软性，配合树脂赋予形状以后终于可以成为优良之结构用材。

可见，玻璃纤维并不是我们平日里想象的这般无用。

玻璃纤维是塑料改性增强的主要品种,是实现通用塑料工程化的重要途径之一,它的使用能使制品的抗拉强度、刚性、热变形温度明显提高。

玻璃纤维的应用已渗透到国民经济的各个领域,如交通、电子、建筑、卫生、环保、化工、造船、航空、航天等,已成为不可缺少的优良材料。

玻璃纤维复合材料由于其材料性能的可设计性及轻质高强的特点,应用于航空、航天及国民经济的诸多领域,如建筑、陆上交通工具、船艇和近海工程、电子、电器、体育、医疗器械等。

在国发2号文件的指导及贵州省十二五规划中提出大力发展制造业，其中合成纤维产业也占很大比重，这是个良好的契机，充分利用好玻璃纤维及其复合材料，对于加快工业的进步，改善贵州经济又重要意义。

2、玻璃纤维的发展历程文献[1][2][3]主要对玻璃纤维及其复合材料的发展性能等做了详细的介绍。

玻璃纤维的发展主要经历了以下几个个阶段：（1)、20世纪30年代末,自玻璃纤维问世,并出现环氧树脂和不饱和聚酯以来,旋即形成了无机材料与有机材料相结合而形成的具有新型功能的复合材料时代,为玻璃纤维电气层压材料和玻璃纤维增强塑料(FRP)的发展奠定了基础。

（2)、1958年至1959年,玻璃纤维池窑拉丝工艺获得成功。

（3）、20世纪末,玻璃纤维增强热固性塑料,玻璃纤维增强热塑性塑料,玻璃纤维增强沥青防水材料和用于电绝缘及建筑等企业的玻璃纤维制品已成为稳定的四大玻璃纤维四大支柱市场。

玻璃纤维有较长的发展历史。

上世纪三十年代，美国人发明了用铂坩埚连续拉制玻璃纤维和用蒸汽喷吹玻璃棉的工艺后，玻璃纤维的生产才形成了现代工业。

随着近代科学技术的发展，对玻璃纤维的力学、耐热等性能提出了更高的要求，促使六十年代以来出现了许多特种玻璃纤维，如耐高温玻璃纤维、高强度玻璃纤维、高模量玻璃纤维等。

我国研究玻璃纤维也有几十年的历史。

早在1958年，我国以手糊工艺研制了玻璃钢船，以层压和卷制工艺研制了玻璃钢板和火箭筒等。

1960年在北京、上海和哈尔滨相继成立了科研机构。

1961年研制成功了玻璃纤维耐烧蚀端头，1970年用手糊夹层结构板制造了44m大型玻璃雷达罩，1975年成立了玻璃钢学会，1983年中国建筑材料研究院试制成功了抗碱玻纤增强硫酸铝酸盐低碱水泥复合材料，1988年武汉工业大学研究成功高性能玻纤增强氯氧镁复合材料，目前，这两种复合材料均已形成工业化生产规模，在建筑工程中广泛用于墙体、防火门、水箱、通风管道、卫生间吊顶、温室框架和艺术制品等。

3、玻璃纤维的制造文献[4] 玻璃纤维主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，根据玻璃中碱含量的多少，可分为无碱玻璃纤维（氧化钠0%～2%，属铝硼硅酸盐玻璃）、中碱玻璃纤维（氧化钠8%～12%,属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃）和高碱玻璃纤维（氧化钠13%以上，属钠钙硅酸盐玻璃）。

玻璃纤维按形态和长度，可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉；按玻璃成分，可分为无碱、耐化学、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和抗碱玻璃纤维等。

文献[5][6][7] 生产玻璃纤维的主要原料是：石英砂、氧化铝和叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石等。

生产方法大致分两类：一类是将熔融玻璃直接制成纤维；一类是将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球或棒，再以多种方式加热重熔后制成直径为3～80μm的甚细纤维。

通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维，称为连续玻璃纤维，通称长纤维。

通过辊筒或气流制成的非连续纤维,称为定长玻璃纤维，通称短纤维。

借离心力或高速气流制成的细、短、絮状纤维，称为玻璃棉。

玻璃纤维经加工，可制成多种形态的制品，如纱、无捻粗纱、短切原丝、布、带、毡、板、管等。

玻璃纤维按组成、性质和用途，分为不同的级别。

E级玻璃纤维使用最普遍，广泛用于电绝缘材料；S级为特殊纤维，虽然产量小，但很重要，因具有超强度，主要用于军事防御，如防弹箱等；C级比E级更具耐化学性，用于电池隔离板、化学滤毒器；A级为碱性玻璃纤维，用于生产增强材料。

4.玻璃纤维的性能文献[2] [6] [8][9]叙述了玻璃纤维及其复合材料各方面的性能4.1 耐热性能玻璃纤维是一种无机纤维，它本身不会引起燃烧，并且有很好的耐热性，这在纺织纤维中是很独特的。

玻璃纤维在较低的温度下受热，其性能虽变化不大，但会引起收缩现象。

玻璃纤维的导热系数非常小，因而它常用于管道和容器的隔热，以及作为成型件的绝缘壳。

4.2化学稳定性能玻璃纤维的化学稳定性，取决于其化学组成、介质性质、温度和压力等条件。

玻璃纤维对腐蚀性化学品如酸和碱，有好的阻抗，它几乎不受有机溶剂的影响，并对大多数无机化合物是稳定的。

4.3电性能玻璃纤维具有高的比电阻和低的电介质常数。

玻璃纤维的电性能主要取决于玻璃的化学成分，特别是碱氧化物的含量。

4.4 力学性能(1)玻璃纤维的密度高于有机纤维但低于金属纤维(2)玻璃纤维具有较高的拉伸强度，在相同重量时，其断裂强度比钢丝高2～4倍。

因而人们又称它为玻璃钢。

(3)尺寸稳定性：玻璃纤维不会因环境温度变化而变形，最大伸长率仅为3％。

玻璃纤维的应力应变之间保持线性关系，直至断裂。

(4)硬度：玻璃纤维的硬度较高，约为锦纶的15倍。

玻璃纤维的硬度与其固有的脆性相结合，构成了突出的低弯曲阻抗性。

在对玻璃纤维进行纺织加工的过程中，玻璃纤维会受到弯曲应力，为了提高纤维的弯曲阻抗性，其直径应减少。

4.5 其他性能玻璃纤维具有耐老化、防腐、防霉、抗紫外线辐射等性能。

采用合适的表面处理剂，可以改善玻璃纤维的加工性能。

但玻璃纤维也存在一些由于其本身化学性质所带来的性能方面的缺陷，如玻璃纤维脆性大，耐磨性差，柔软性差，不耐弯曲。

纤维断落的纤维头，触及人体使人难受，特别会使皮肤发痒。

再者，玻璃纤维吸湿性差，染色困难。

制造成本较高。

5、玻璃纤维复合材料5.1 玻璃钢文献[2][10][11] 玻璃钢材料的发展及现状，以玻璃纤维为增强相的树脂基复合材料俗称玻璃钢,树脂基复合材料于1932年在美国出现。

玻璃钢以其优良的耐腐蚀性、绝缘性、隔热性、减震性及简单的成型工艺而倍受人们的亲睐。

当然,其成型方法有许多种,目前常用的有:（1）40年代初便初具规模的手糊成型方法,此方法可制作各种形状的大中型产品,如渔船、容器等,但效率低,劳动条件差。

（2）40年代末出现的缠绕工艺,为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备,适宜做筒状、管状结构件。

（3）50年代末出现的层压及模压工艺,利用此方法以可以做汽车及船的壳体,卫生洁具等大型制件。

（4）60年代喷射工艺的成功发明使工人的劳动强度大降低,提高了劳动效率,适应性大。

（5）可制作棒状、管状、箱状、槽型等截面制品的拉挤工艺,开始于50年代,60年代中期实现连续化生产,在70年代有了重大突破,其制品断面5.2 纺织复合材料纺织复合材料的增强骨架以往多为纤维和机织物,近年来,由于针织工艺技术和设备的不断革新完善及新型纤维、纱线的不断涌现,使得针织物作为增强材料的新工艺无论在性能上、质量上还是成本上都显示出很大的优势。

鉴于纬编针织复合材料独特的性能,在许多领域都有应用5.3玻璃纤维纺织制品文献[12] 玻璃纤维制品包括纱线和织物两大类（1）玻璃布我国生产的玻璃布，分为无碱和中碱两类，国外大多数是无碱玻璃布。

玻璃布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。

中碱玻璃布主要用于生产涂塑包装布，以及用于耐腐蚀场合。

织物的特性由纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹所决定。

经纬密度又由纱结构和织纹决定。

经纬密加上纱结构，就决定了织物的物理性质，如重量、厚度和断裂强度等。

有五种基本的织纹：平纹、斜纹、缎纹、罗纹和席纹。

（2）玻璃带玻璃带分为有织边带和无织边带（毛边带）主要织防腐是平纹。

玻璃带常用于制造高强度、介电性能好的电气设备零部件。

（3）单向织物单向织物是一种粗经纱和细纬纱织成的四经破缎纹或长轴缎纹织物。

其特点是在经纱主向上具有高强度。

（4）立体织物立体织物是相对平面织物而言，其结构特征从一维二维发展到了三维，从而使以此为增强体的复合材料具有良好的整体性和仿形性，大大提高了复合材料的层间剪切强度和抗损伤容限。

它是随着航天、航空、兵器、船舶等部门的特殊需求发展起来的，目前其应用已拓展至汽车、体育运动器材、医疗器械等部门。

主要有五类：机织三维织物、针织三维织物、正交及非正交非织造三维织物、三维编织织物和其它形式的三维织物。

立体织物的形状有块状、柱状、管状、空心截锥体及变厚度异形截面等。

（5）异形织物异形织物的形状和它所要增强的制品的形状非常相似，必须在专用的织机上织造。