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玻璃纤维的生产工艺及应用

来源: 时间:2021-06-28 15:22:37 浏览次数:

在广义范围来说,我们对于玻璃纤维的认识一直停留在它是一种无机非金属材料,可是随着研究的深入,我们知道实际上的玻璃纤维的种类有很多,而且性能优异,有很多突出的优点。比如说它的机械强度就特别高还有抗热、抗腐蚀效果也特别好。诚然,任何材料都不是完美的,玻璃纤维也有它自己无法令人忽视的缺点,就是它不耐磨而且容易发生脆裂。所以实际应用时我们要扬长避短。 玻璃纤维的原料获取简单,主要是废弃的旧玻璃或者玻璃制品,玻璃纤维特别细,20多根玻璃单丝组在一起才相当于一根头发的粗细。玻璃纤维通常可以在复合材料中作为增强材料来使用,由于近些年来人们对玻璃纤维研究逐渐加深,使得它在我们生产生活中扮演了越来越重要的角色。本文主要研究玻璃纤维的生产工艺及应用,介绍了玻璃纤维纤维的性质、主要成分、主要特点、材料分类、生产工艺、安全防护、主要用途、安全防护、产业现状、发展前景

在广义范围来说,我们对于玻璃纤维的认识一直停留在它是一种无机非金属材料,可是随着研究的深入,我们知道实际上的玻璃纤维的种类有很多,而且性能优异,有很多突出的优点。比如说它的机械强度就特别高还有抗热、抗腐蚀效果也特别好。诚然,任何材料都不是完美的,玻璃纤维也有它自己无法令人忽视的缺点,就是它不耐磨而且容易发生脆裂。所以实际应用时我们要扬长避短。    玻璃纤维的原料获取简单,主要是废弃的旧玻璃或者玻璃制品,玻璃纤维特别细,20多根玻璃单丝组在一起才相当于一根头发的粗细。玻璃纤维通常可以在复合材料中作为增强材料来使用,由于近些年来人们对玻璃纤维研究逐渐加深,使得它在我们生产生活中扮演了越来越重要的角色。本文主要研究玻璃纤维的生产工艺及应用,介绍了玻璃纤维纤维的性质、主要成分、主要特点、材料分类、生产工艺、安全防护、主要用途、安全防护、产业现状、发展前景。  

 关键字:特点;生产工艺;应用;发展前景绪论   1.1玻璃纤维性质      熔点:680℃      分子结构:沸点:1000℃   密度:2.4~2.7g/cm3



 玻璃纤维还有一个极为优越的特点,就是抗拉强度很大,在标准状态下可以达到6.9g/d,在湿润的情况下也可以达到5.8g/d,这样优良的性质,使得玻璃纤维经常可以作为增强材料来普遍使用。它的A密度为2.54。玻璃纤维也十分耐热,在300℃时它仍旧能够保持正常的性质。玻璃纤维有时还可以做为绝热材料和屏蔽材料来广泛使用,这都归功于它的电绝缘性,而且不能轻易被腐蚀。

1.2主要成分

    玻璃纤维的成分较为复杂,一般大家比较认可的有二氧化硅、氧化镁、氧化钠、氧化硼、氧化铝、氧化钙等主要成分。玻璃纤维的单丝直径10微米左右,相当于头发丝直径的1/10,每束纤维都是由千百根单丝组成,根据玻璃纤维的用途各异,纤维的单丝直径有略微差距,拉丝工艺稍有不同。通常情况下,玻璃纤维中二氧化硅的含量占50%~65%。三氧化二铝含量超过20%的玻璃纤维拉伸强度相对较高,通常为高强度玻璃纤维,而无碱性玻璃纤维的三氧化二铝含量一般为15%左右。如果想要使玻璃纤维具有较大的弹性模量,那么必须确保氧化镁的含量大于10%。因为含有少量四氧化三铁的玻璃纤维,其耐腐蚀性能均有不同程度的提高。

1.3主要特点

1.3.1原料及应用

    相比于无机纤维玻璃纤维的性能更加优越。它较难点燃,耐热,隔热,较稳定,抗拉。但较脆,耐磨性较差。用来制造增强性塑料或用来增强橡胶,作为补强材料玻璃纤维具有以下几个特点:

(1)它的拉伸强度比其它材料都好,但是伸长率却很低。

(2)弹性系数较为适合。

(3)在弹性限度内,玻璃纤维能够延伸较长,而且十分抗拉,所以面对冲击时,它能够吸收较大的能量。

(4)由于玻璃纤维是无机纤维,所以无机纤维所具有的优点,它也有很多,不易燃烧且化学性质较为稳定。

(5)不易吸水。

(6)耐热且性质较稳定不易反应。

(7)它的加工性很好,可加工制作成为股、毡、束、织布等形态各异优良产品。

(8)能够透光。

(9)因为材料容易获取,所以价钱不贵。

(10)在高温下,没有燃烧,反而融化成液体小珠。




玻璃纤维

1.4分类

    根据不同的分类标准,玻璃纤维可以分成很多种。根据不同的形态和长度,能够划分出连续纤维,纤维棉和定长纤维三种。根据不同的成分,例如含碱量的多少,可以划分成无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、高碱玻璃纤维三种。

1.5生产原料

    在实际工业生产中,为了产出玻璃纤维,我们需要氧化铝、石英砂、石灰石、叶蜡石、白云石、纯碱、芒硝、硼酸、萤石、磨碎的玻璃纤维等。


磨碎的玻璃纤维

     1.6生产方法    工业上的生产方法可以分两大类:一类是先把玻璃纤维熔融,然后再制成直径较小的球状或者棒状玻璃制品。然后再用不同种方式加热重新熔融后制成直径3~80μm的细纤维。另一类也是先将玻璃熔融,不过制成的是玻璃纤维而非棒状或者球状制品。再将样品通过铂合金板,利用机械拉丝法来拉出。拉所得的制品称为连续纤维。如果通过辊筒装置拉出纤维,那么所得的制品就称为非连续纤维,也称之为定长玻璃纤维,和短纤维。1.7分级    根据玻璃纤维不同的组成、用途和性质,分成各种不同的级别。国际上已经商品化的玻璃纤维其成分如下:1.7.1 E-玻璃    它是硼酸盐玻璃,日常生活中人们也叫它无碱玻璃,由于它的许多优点使得它应用最为广泛。它是目前应用最为广泛虽然被广泛应用,但它也有不可避免的缺点。它容易和无机盐发生反应,所以在酸性环境中较难存放。1.7.2 C-玻璃    实际生产中也叫中碱玻璃,它的化学性质较为稳定,耐酸性较好。它的缺点就是机械强度不高,电气性能差。不同的地方有不同的标准,在国内玻璃纤维产业中,中碱玻璃中没有硼这个元素。但是在国外玻璃纤维产业中,它们所生产的则是含有硼的中碱玻璃。不仅含量不同,同样的是中碱玻璃在国内外所担任的角色也不一样。国外所生产的玻璃纤维表面毡和玻璃纤维棒应用了中碱玻璃。在生产中,沥青当中也有中碱玻璃活跃的身影。在我国,客观原因由于它价格十分低廉,所以被应用的十分广泛,在包扎织物和过滤织物产业中到处都活跃着它的身影


玻璃纤维棒

1.7.3玻璃纤维A玻璃    在生产中,人们也叫它也高碱玻璃,它属于钠硅酸盐玻璃,但是由于它的不耐水,它一般不被生产成为玻璃纤维。1.7.4玻璃纤维D玻璃    它也被叫做介电玻璃,一般是介电玻璃纤维的主要原料。1.7.5玻璃纤维高强玻璃    它的强度比无碱玻璃纤维高出1/4,它的弹性模量比E-玻璃纤维的还要高,由于它的种种优点,本应该被广泛应用,但却因为它造价很高,目前也仅在一些重要领域得到应用,像是军工,航天等。1.7.5玻璃纤维AR玻璃    人们也叫它耐碱玻璃纤维,它是纯无机纤维,在玻璃纤维增强混凝土中作为增强材料。在一定条件下,甚至可以代替钢材和石棉。1.7.6玻璃纤维E-CR玻璃    它是一种经过改进之后无硼无碱玻璃,由于其耐水性比无碱玻璃纤维高了将近10倍,所以在生产耐水制品中得到广泛应用。并且,它的耐酸性也极强,在地下管道的生产应用中占据了主导地位。除了上述所提到的较为普遍的玻璃纤维,现在,科学家们又研制出了一种新型的玻璃纤维。由于它是无硼制品,满足了人们对保护环境的追求。近年来,还有一种玻璃纤维比较热门,它就是双玻璃成分的玻璃纤维,在现在的玻璃棉制品中,我们可以感知它的存在。1.8玻璃纤维的识别    分辨玻璃纤维的方法特别简单,就是将玻璃纤维放入水中,加热直到水变开,保持6-7小时,如果发现玻璃纤维的经向和纬向变得不那么紧凑,那就是高碱玻璃纤维。按照不同的标准,玻璃纤维的分类方法很多,一般从长度和直径、组成和性能两个角度来划分。第二章 玻璃纤维的生产工艺    在我们生产中,连续玻璃纤维生产工艺,主要为坩埚法拉丝工艺和池窑拉丝工艺这两种。2.1坩埚法拉丝工艺    坩埚拉丝工艺是二次成型工艺的一种,主要是先把玻璃原料加热直到熔融状态,把熔融后的液体制成球状物。再把所得的球状物再次熔融,拉制成丝。但是这种方法也有它不能忽视的缺点,在生产中会产生大量的消耗,所得产物不稳定,产率较低等。其原因不单单是由于坩埚拉丝工艺生产的固有容量小,工艺不易稳定,更是与所采用的落后的生产过程的控制技术有极大的关联。所以,就目前来说,坩埚拉丝工艺来控制的产品,控制技术这个原因对产品质量影响最为显著。



玻璃纤维工艺流程图

    一般来说,坩埚的控制对象主要分为三种:电熔控制、漏板控制、加球控制三个方面。在电熔控制中,人们普遍采用恒流仪表,但是也有一部分采用恒压控制,这两种方式都可以。在漏板控制中,人们在日常的生活生产中大多用的是恒温控制,但是也有部分采用恒温控制。而对于加球控制来说,人们则更加倾向于间歇加球控制。在人们日常的生产中,这三种不方式已经足够,但是对于有着特殊要的玻纤细纱来说,这些控制方式仍然是存在一些缺点的,例如漏板的电流和电压的控制精度不好掌握,漏板的温度波动很大,所生产的纱线密度的波动很大。或者一些现场应用仪表没有与生产工艺结合较好,没有有针对性的从坩埚法的特点来入手制定控制方式。亦或者它容易出现故障,稳定性不是很好。以上种种例子表明在生产生活中需要精密控制,认真研究,努力提高玻璃纤维制品的质量。2.1.1控制技术的主要环节2.1.1.1电熔控制    首先要明确保证流进漏板内液体的温度保持均匀稳定,并且保证正确合理坩埚的结构,电极的布置,加球的位置和方式。所以,在电熔控制中,最重要的是保证控制系统稳定。电熔控制系统采用智能的控制仪、电流变送器和电压调整器等,根据实际情况,采用4位有效数字的仪表来降低成本,电流则采用有独立有效值的电流变送器。实际生产中,根据效果,在采用这个系统来恒流控制中,在较为成熟合理的工艺条件基础上,流入液槽的液体温度能够控制在±2摄氏度之内,所以经研究发现它的可控制性较好,已接近于池窑拉丝工艺。

电熔控制原理图

2.1.1.2漏板控制    为了保证漏板控制的有效进行,人们所采用的装置都是恒温恒压且性质较为稳定的,为了使得输出功率达到所需要的数值,则采用性能更加好的调节器,,取代了传统的可控硅触发回路;为了保证漏板的温度精度很高而周期震荡的幅度小,则采用了5位精度很高的温度控制器。使用独立的高精度的有效值变压器,保证了即使在恒温控制时电信号能够不失真,系统具有较高的稳态。


漏板控制原理图

2.1.1.3加球控制    在目前的生产中,坩埚拉丝工艺的间断式加球控制是在正常生产中影响温度最主要的因素之一。而周期式加球控制就会打破系统中温度的平衡状态,导致系统内的温度平衡被一次次打破而又一次次被重新调节,使得系统内的温度波动幅度较大,温度精度很难控制。关于怎样解决和改善间断加球所出现的问题,成为连续加球是改善和提高系统稳定性的另一个重要的一面。因为如果池窑液体控制这种方式花费较多,在日常的生产生活中得不到推广,所以人们经过努力创新,提出了一种新的方法,在探针测液面的前提下,将加球方式改为连续非匀速加球。,就可以克服原系统的弊端。在拉丝时,为了降低炉内的气温波动,改变探针和液面的接触状态来调节加球的速度。通过输出计的报警保护,确保加球的过程安全可靠。准确合适的高低速调节能够确保液体保持很小的波动。通过这些改造,保证了这个系统在恒压、恒流的控制方式之下也能够使得高支纱支数波动在很小的范围之内。


加球控制原理图

2.2池窑拉丝工艺    池窑拉丝工艺的主要原料就是叶腊石,在窑炉中把叶腊石和其他配料加热直到熔融状态是把叶腊石和其它原料放在窑炉中加热熔制成玻璃溶液,然后拉制成丝。用这种工艺来生产的玻璃纤维已经约占全球总产量的90%以上。2.2.1池窑拉丝工艺流程    池窑拉丝的艺流程是大块状原料进入工厂,然后经破碎、粉碎、筛分等一系列流程变为合格的原料,然后输送至大料仓,在大料仓称重并且将配料混合均匀,在输送到窑头料仓,后经螺旋投料机使配合料投进入单元熔窑中来熔化制成玻璃液。熔融完成的玻璃液后经单元熔窑的熔化流出后立即进入主通路(也称澄清均化或调节通路)来进行进一步的澄清均化,然后经过渡通路(也称分配通路)和作业通路(也称成型通路),流至槽内,经过多排多孔的铂金漏板来流出,成为纤维。最后经冷却器来冷却、单丝涂油器去涂覆,然后再经旋转拉丝机拉制,制成无捻粗纱纱筒。2.3工艺流程图


2,4工艺流程设备2.4.1合格粉料制备    大块状原料进入工厂都先需经破碎、粉碎、筛分成合格的粉料。主要设备:破碎机、机械振动筛。2.4.2配合料制备    配合料的生产线由气力输送上料系统、电子称量系统和气力混合输送系统三大部分组成。主要设备:气力输送上料系统和配合料称重及混合输送系统。2.4.3玻璃熔制    所谓玻璃的融制过程就是选择合适配料经过高温加热制成玻璃液的过程,但是这里所说的玻璃液一定要均匀,稳定。在生产中,玻璃的融制是十分重要的,它对成品的产量、质量、成本、成品率、燃料耗量、窑炉寿命等都有十分密切的关系。主要设备:窑炉以及窑炉设备、电加热系统、燃烧系统、窑炉冷却风机、压力传感器等。2.4.4纤维成型    纤维成型即将玻璃液制成玻璃纤维原丝的过程玻璃液进过多孔漏板流出,流出的液体在经过拉制成型即得纤维。主要设备:纤维成型室、玻璃纤维拉丝机、烘干炉、漏板、原丝筒自动搬运装置、络纱机、包装系统等。2.4.5浸润剂配制    浸润剂以环氧乳液、聚氨酯乳液、润滑剂及抗静电剂和各种偶联剂为原料并加水配制而成。配制过程需用夹套蒸汽加热,配制用水普遍认可的是采用去离子水。配制完成的浸润剂经过层层工序进入循环罐,。循环罐主要作用是循环,它可以使得浸润剂回收再利用,节约材料,保护环境。主要设备:浸润剂配置系统。2.5玻璃纤维安全防护    密闭尘源:主要是生产机械的密闭主要,包括整体密闭和局部的密闭。    除尘通风:首先必须选择一个敞开的空间,然后在这个地方安装排风除尘设备,将粉尘排出。    湿式作业:所谓湿事作业就是迫使粉尘处在一个湿润个当然环境中,可以提前将材料润湿,或者在作业空间洒水。这些方法都有利于减少粉尘。    个体防护:外界环境的除尘很重要,但是自身的保护也是不能忽略。在作业时,要按照要求穿戴防护服和防尘面具,一旦粉尘与皮肤接触,要立即用水冲洗,如果粉尘进到眼睛里,要进行应急处理,随后马上到医院就医。,并且注意切勿吸入粉尘。第三章 玻璃纤维的应用3.1主要用途3.1.1无捻粗纱    人们日常生活中所接触到的无捻粗纱构造简单,是由相互平行的单丝聚集成束而成。无捻粗纱可以分成无碱和中碱两种,这主要是根据玻璃成分的不同来区分的。为了生产合格的玻璃粗纱,所用的玻纤直径要在12~23μm之间。由于它的特性,它可以直接用在一些复合材料的成型中,像是在缠绕和拉挤工艺中都有广泛的应用。并且也可以织成无捻粗纱织物,这主要是由于它的张力十分均匀。另外,将无捻粗纱进行短切之后应用的领域也是十分广泛。3.1.1.1喷射用无捻粗纱    无捻粗纱在玻璃钢喷射成型工艺中,必须具备以下几点性能:    1、在生产中由于需要连续切割,所以必须保证在切割时产生的静电少,这就要求具有良好的切割性。    2、切割过后,尽可能保证多产生原丝,所以保证成丝效率要高。无捻粗纱切割后分散成原丝的效率较高。    3、短切过后,因要保证原丝可以全部覆盖在模具上,所以原丝一定要有很好的覆膜性。    4、因要求容易被辊平以碾出气泡,要求树脂特迅速的浸透。    5、由于各种喷枪型号不同,为了适合不同喷枪,保证原丝粗细适中。3.1.1.2SMC用无捻粗纱    SMC也叫作片状模塑料,在生活中的应用处处可见,像是我们熟知的汽车配件、浴缸还有各种座椅中都用上了SMC无捻粗纱。在生产中,对于SMC用无捻粗纱的要求有很多,一定要保证短切性良好,良好的抗静电性,毛丝较少这样才能保证制得的SMC片材合格。对于着色的SMC来说,对,无捻粗纱的要求要不一样了,它必要要保证在颜料含量的树脂中容易浸透。通常人们常见的SMC无捻粗纱为2400tex,同时也有少数情况是4800tex。3.1.1.3缠绕用无捻粗纱    为了制得不同粗细的玻璃钢管、贮罐缠绕法应运而生。对于缠绕用无捻粗纱,必须具备以下几个特点。    1、它必须易于成带,通常要保证呈扁带状。    2、由于一般无捻粗纱从纱筒退下时容易发生脱圈的现象,所以一定要保证它的退解性较为优良,所成的丝不能像鸟巢一样杂乱无章。    3、张力不能忽大忽小,并且不能发生悬垂现象。    4、对无捻粗纱的线密度要求就是要求统一,小于规定值。    5、为了保证通过树脂槽时容易被浸润,所以要求无捻粗纱的浸透性要好。3.1.1.4拉挤用无捻粗纱

    在制造断面一致的各种型材时,拉挤工艺被广泛应用。拉挤用无捻粗纱一定要保证它的玻纤含量和单向强度都处在一个较高的水平。生产中所应用的拉挤用无捻粗纱是多股原丝并合而成,有的也可能是是直接的无捻粗纱,这两者都是可以的。它的其它性能方面的要求与缠绕无捻粗纱相似。

3.1.1.5织造用无捻粗纱

    在日常生活中,我们见到的厚度不同的方格布或者同一方向的无捻粗纱织物这都是无捻粗纱另一个重要的用途的体现,就是用来织造。所用的无捻粗纱也叫织造用无捻粗纱。这些织物大多在手糊玻璃钢成型中有着重体现。对于织造用无捻粗纱来说,必须满足以下几点要求:

   1、比较耐磨。

   2、易于成带性。

   3、因为主要是用来织造,所以在织造之前一定要有烘干这个步骤。

   4、在张力方面主要保证不能忽大忽小,要保持均匀。并且在悬垂方面满足一定的条件。

   5、退解性要好。

   6、在通过树脂槽时保证容易被树脂浸润,所以浸透性一定要好。

3.1.1.6预型体用无捻粗纱

    所谓预型体工艺,通俗来说就是预先成型,在经过合适步骤得到制品。在生产中,我们首先将无捻粗纱短切,将短切后的无捻粗纱喷附在网状物上,这里的网状物一定要是应经预定形状的网上。然后喷树脂,定型。最后将定型后制品放入模具中,注入树脂后热压,即可得到制品。对预型体无捻粗纱的性能要求跟对喷射用无捻粗纱的要求类似。

3.1.2玻璃纤维无捻粗纱织物

    无捻粗纱织物有很多,方格布是其中一种。在手糊玻璃钢工艺中,方格布作为最重要的基材而被人们广泛应用。如果想要增强方格布的强度,那么就要改变织物的经纬方向,可以变为单向的方格布。为了保证方格布的质量,所以,必须保证以下几个特点。

   1、对于织物来说,要求整体平整,无凸起,边边角角保持平直,并且不能有丝毫脏痕。

   2、织物的长宽,质量,重量、密度等必须符合一定的标准。

   3、玻璃纤维丝必须卷整齐。

   4、要能够迅速的被树脂浸润。

   5、织物织成各种产品干、湿度要达到一定的要求。



玻璃纤维方格布

3.1.3玻璃纤维毡3.1.3.1短切原丝毡    首先将玻璃原丝切碎,然后洒在事先准备好的网带上。再在上面撒上粘结剂,加热融化,然后冷却固化,所形成的就是短切原丝毡。在手糊工艺和织造SMC膜片中应用了短切纤维毡。为了使得短切原丝毡达到最好的使用效果,在生产中,对短切原丝毡的要求如下。   1、短切原丝毡整体平整均匀。   2、短切原丝毡孔眼细小且大小一致   3、符合一定的标准。   4、能够迅速的被树脂浸透。3.1.3.2连续原丝毡    将玻璃原丝按照一定的要求平铺在网带上,一般人们规定呈8字平放。再在上面撒上粉末粘合剂,加热固化。连续原丝毡在对复合材料增强的效果方面远远胜于短切毡,这主要是因为连续原丝毡中的玻璃纤维是连续的。由于它的增强效果较好,使得在多种工艺中都得到应用。3.1.3.3表面毡    表面毡的应用在日常生活中也是较为常见,例如玻璃钢制品的树脂层,它就是中碱玻璃表面毡。拿玻璃钢来说,由于它的表面毡是由中碱玻璃制成的,所以使得玻璃钢化学性比较稳定。同时还因为表面毡十分轻薄,能够吸收更多树脂,不但能起到保护的作用还能起到美观的作用。3.1.3.4针刺毡    针刺毡主要分为两大类,第一类是短切纤维针刺。制作过程比较简单,先将玻璃纤维短切,大小为5厘米左右,随机洒在基地材料上,再将底材放在传送带上,再拿一根钩针刺穿底材,由于钩针的作用,使得纤维刺进底材中然后又被挑起,形成立体结构。所选的底材也有一定的要求,必须具有绒毛感。针刺毡制品基于它的性质在隔音和隔热材料中应用的比较多。当然,也可以用作玻璃钢当中,但是由于所得的制品强度不高,容易发生断裂,所以没有得到推广。另一类叫做连续原丝针刺毡,,制作过程也是相当简单的,首先用抛丝装置将原丝随机抛在事先准备好的网带上,同样,取一根钩针进行针刺,形成立体纤维结构。在玻璃纤维增强热塑料中,连续原丝针刺毡得到很好的应用。3.1.3.5缝合毡    经过短切的玻璃纤维在一定的长度范围内,经过缝编机的缝合作用,可以变成两种不同的形态。第一种是变为短切纤维毡,它能有效的替代了经过粘合剂粘合的短切纤维毡。第二种是长纤维毡,它则代替了连续原丝毡。这两种不同的形态却有一个共同的优点,他们在生产过程中没有用到粘合剂,避免污染和浪费,满足了人们对节约资源保护环境的追求。3.1.4磨碎纤维    磨碎纤维的制作过程是非常简单的,取一台锤磨机或球磨机将短切的纤维放入,磨碎即可磨碎纤维在生产中也有很多应用。在反应注射工艺中,磨碎纤维就作为一种增强材料,性能明显优于其它纤维。制造浇铸制品和模具制品时为了保证避免产生裂纹,改善收缩率可以采用磨碎纤维作为填充料。3.1.5玻璃纤维织物3.1.5.1玻璃布    属于玻璃纤维织物的一种,不同的地方所生产的玻璃布标准不同,在我国玻璃布领域中,主要分为无碱玻璃布和中碱玻璃布两种。玻璃布的应用可以说是十分广泛的,车辆的车体,船体,常见贮罐等都能见到无碱玻璃布的身影。对于中碱玻璃布来说,它的耐腐蚀性较好,所以被广泛用于包装和耐腐制品的生产。判断玻璃纤维的织物的特性,主要要从四个方面入手,纤维本身的性能、玻纤纱线的结构、经纬方向和织物花样。经纬方向,疏密取决于纱的不同结构和和织物花样。织物物理性质则取决于经纬疏密和玻纤纱线的结构。3.1.5.2玻璃带    玻璃带主要分为两大类,第一类是有织边带,第二类是无织边带,按照平纹的花样织成。对于那些对介电性能要求很高的电气零件可以用玻璃带制成。高强度的电气设备零件。3.1.5.3单向织物    日常生活中的单向织物由两种不同粗细的纱线织成,所得的织物在主向上强度很高。3.1.5.4立体织物    立体织物不同于平面织物的结构,它是三维的立体的,所以它的效果比一般平面的纤维更好。立体纤维增强复合材料具有以其他纤维为增强体的复合材料所没有优越性。因为纤维是立体的,整体效果较好,抗损伤能力变强。随着科技的发展,航天,汽车,船舶对它需求的日益加深,使得这种技术越来越成熟,现如今,它甚至在运动和医疗器材领域占据一席之地。立体织物种类主要分为五大类,形状也有多种。可见,立体织物的发展空间是巨大的。3.1.5.5异形织物    异形织物用来增强复合材料,它的形状主要取决于要增强物体的形状,而且,为了保证合格规范,必须要在专用的机器上织造。在生产中,我们可以制成对称或者不对称的形状,局限性低,前景较好3.1.5.6槽芯织物    槽芯织物的制成也是较为简单的,选择两层平行放置织物,然后用纵向的竖条将它们连接起来,并且保证它们的横截面积为规整的三角形或者矩形。3.1.5.7玻璃纤维缝编织物    是非常特别的织物,人们也叫它针织毡和编织毡,,但是它却不是通常意义上我们所了解的织物和毡。值得一提有一种缝编织物,他不是经纱和纬纱编制在一起,反而是由经纱和纬纱交替重叠在一起的。:3.1.5.8玻璃纤维绝缘套管    制作工艺较为简单首先选用一些玻璃纤维纱,然后再把他们编织成为管状,然后,根据所需要的不同绝缘等级要求,涂上树脂就制成了所要的制品。3.1.6玻璃纤维组合    随着科技展的日新月异,玻璃纤维技术也取得重大进展,从1970年到现在出现了各种不同的玻璃纤维制品。大体有以下几种:    1、短切原丝毡+无捻粗纱布+短切原丝毡    2、无捻粗纱织物+短切原丝毡    3、短切原丝毡+连续原丝毡+短切原丝毡    4、随机无捻粗纱+短切原比毡    5、单向碳纤维+短切原丝毡或布    6、表面毡+短切原丝    7、玻璃布+玻璃细棒或单向无捻粗纱+玻璃布3.17玻璃纤维无纺布    这个技术最早不是我国首先发现的,最早这个技术产生于欧洲,后来由于人类的迁徙,这个技术被带到美国,韩国等国家。为了促进玻璃纤维产业的发展,我国建立了几个比较大型的工厂,重资投入建立了几条水平较高的生产线。。在我国,玻璃纤维湿法毡大多分为以下几类:   (1)屋面毡,对于改进沥青卷材和彩色沥青瓦的性质,使他们具有更加优异性质产生关键作用。  (2)管道毡:就像名字一样这种制品主要应用在管道上,由于玻璃纤维耐腐蚀,故而能够很好的保护管道不被腐蚀。   (3)表面毡主要应用在玻璃钢制品的表面,起到保护的作用。   (4)贴面毡由于他能够有效的防止涂料开裂,所以大多用于墙面和天花板,它可以使墙面更加平整,多年不用修整。   (5)地板毡主要是PVC地板中作为基材使用   (6)地毯毡;在地毯中作为基材。   (7)覆铜板毡贴附于覆铜板可增强其冲、钻性能。3.2玻璃纤维的具体应用3.2.1玻璃纤维混凝土的加强原理    玻璃纤维加强混凝土的原理跟玻璃纤维增强复合材料的原理很相似。首先,把玻璃纤维加入到混凝土中,玻璃纤维就会承担着材料内部的应力,故而达到延缓或阻止微裂纹的扩大。在混凝土裂缝形成过程中,担当骨料的材料会阻止裂纹的产生,如果骨料效果足够好,那么就会使得裂纹无法扩展从而贯穿。而混凝土当中的玻璃纤维所扮演的角色就是骨料,它能够有效的阻止裂纹的产生和扩展。当裂纹蔓延到玻璃纤维附近时,玻璃纤维就会阻挡裂纹的前进,从而迫使裂纹绕道而行,相应的就会增加裂纹的扩张面积,故也增加了破坏所需要的能量。3.2.2玻璃纤维混凝土的破坏机理    在玻璃纤维增强混凝土发生断裂之前它所承受的拉力主要是由混凝土和玻璃纤维共同负担,在开裂过程中,应力就会从混凝土传到接近的玻璃纤维上,假使拉力继续变大,玻璃纤维就会遭到破坏,破坏方式主要是剪切破坏、拉力破坏、拉断破坏。3.2.2.1剪切破坏    玻璃纤维增强混凝土所承担的剪切应力是玻璃纤维和混凝土共同承担的,剪切应力会通过混凝土接传递到玻璃纤维,这样玻璃纤维组织就会遭到破坏。但是玻璃纤维有它自身的优点,它长度较长,抗剪切面积较小,所以玻璃纤维对抗剪能力的改善较弱。3.2.2.2拉力破坏    当玻璃纤维所承受的拉力大于一定程度时,玻璃纤维就会发生断裂。而如果混凝土发生开裂,玻璃纤维就会因受拉变形而变的过长,它的侧向体积就会收缩,拉力破会更迅速。3.2.2.3拉断破坏    一旦混凝土发生断裂,玻璃纤维承受的拉力就会大大增强,拉力大于玻璃纤维于混凝土之间的力,这样玻璃纤维就遭到破坏,从而被拉断。3.2.3玻璃纤维混凝土的抗弯特性    增强后的混凝土承担在负载时,从力学上来分析,它的应力-应变曲线就会分为三个不同的阶段,如图所示。第一阶段:先发生弹性变形直到发生初裂,这个阶段的主要特点是变形呈线性增长,直到 A 点,这点表示玻璃纤维增强混凝土的初裂强度。第二阶段:混凝土一旦发生开裂,它所承担的负载就会传到邻近的纤维承担,承受能力根据玻璃纤维本身和与混凝土的粘结力决定。B 点是玻璃纤维增强混凝土的的极限抗弯强度。第三阶段:达到极限强度,玻璃纤维发生断裂或者被拉脱,余下的纤维仍旧可以承受一部分载荷,保证不会发生脆断。


玻璃纤维混凝土应力—应变图

第四章 玻璃纤维的发展现状及发展前景4.1国际市场    玻璃纤维因其优越的性能,可以作为金属的替代材料,随着经济与科技的迅速发展,玻璃纤维在交通、建筑、电子、冶金、化工、国防、环境保护领域中占据重要位置。对于全球来说,玻璃纤维生产与消耗主要集中在欧洲,美国,日本等发达国家。另外,欧洲也是全球玻璃纤维消耗最大的地区,所需玻璃纤维占全球总产量的35%。到2008年,全球玻璃纤维产业扩产计划更加小心谨慎,从世界范围来看,玻璃纤维生产的能力呈缓慢增长的趋势。到2010年,全球玻璃纤维总产接近500万吨,预计今后将会快速增长。4.2国内市场    由于对技术认真改革,我国玻璃纤维产品质量已经处于上游水平,深加工产品也是逐年增加,在我国玻璃纤维领域中,企业的纯利率在25-35%之间,较国外10%的利率高出许多。从全球范围来说,玻璃纤维行业在很长时间来一直处于垄断局面,我国作为玻璃纤维领域的新生力量,经过无数科学家的辛勤努力,每年都以20%以上的产能提速,科学预计,我国今年将会占有全球60%以上的份额,一跃成为国际玻纤市场上的领导者。    我国玻纤行业近些年的迅猛发展,动力主要来自两大方面:国内和国外市场的拉动。国际市场的逐年增大,使得总需求呈上涨的趋势,也使得国外一些企业由于产能低下,给国内企业在国际市场上腾出了空间;而相对国内市场的增长,则有益于下游企业的快速发展。我国玻纤领域经过半个世纪多的发展,已经形成较为可观的规模。与国际上大的玻纤领域相比,我国的玻璃纤维产品规格少,使用范围有限。但这恰恰正是从另一角度说明,我国的玻纤产业每天都在进步,有很大的上升空间。    我国的玻纤产业起步不如发达国家那样早,但是经过二十年的努力,我国的玻纤产业取得了引人注目的发展。我国产品的增长速度极快,相比于其它的发达国家,就增长速度来说,我国也是名列前茅。,在80年代中期,我国的玻纤产量甚至不到10万吨,约占世界玻纤总产量的5%,但是,1990年之后,玻纤工业发展迅速,当2001-2003年世界玻纤业陷入瓶颈的时候,不同于其它国家,我国受到的影响极小,并且产量仍旧在增加。在2003年的时候,我国玻纤的年产已经达到47万吨,达到世界玻纤总产量的20%,并且完美完成了"十五"规划的指标在我国,玻纤行业一直保持着进口和出口齐头并进,尤其近几年,我国玻纤行业的迅猛发展,这使得进出口量也直线增长。到2003年,我国玻纤的出口量已经超过总产量的一半,这表面,我国的玻纤行业已经与世界接轨,融入世界,并且在国际市场上的优势也在变大。由于,我国玻纤发展较为迅速,使得对国外的新技术,新产品的需求在增大,这就形成了一种良性循环。到2004年,我国实现了出口大于进口这一多年梦想。    到2006年,我国玻纤年产116万吨,增长了22%,并且产品销售率超过99%。玻纤企业的资本超过237亿元,增长了30%多。虽然原材料价格上涨,但是由于改善技术,利润也在上涨。整个玻纤行业利润将近26亿元,增长了将近40%。在出口方面,创汇近12亿美元,出口总量达到79万吨,增长了39%。2007年,我国玻纤行业总产值大到372亿,比上年增长38%。总利润达到35亿元比上年增长了51%。2008年,由于全球金融危机,我国也受到波及,玻纤出口变得严峻,由于国际整体经济不景气,供需严重失衡的条件下,我国大力发展玻纤行业的下游产品,将我国玻纤产业的损失降到最低。、    到2011年年末,我国玻璃纤维纱的产量达到372万吨,增长了17%,从全国不同的省市的产量来看山东省的玻璃纤维产量增长最多,年产达到125万吨,比去年增长了19%,占全国玻璃纤维总产量的34%。排在第二名的是浙江省,它的产量占总产量的20%。随着玻璃纤维行业增长速度越来越快,行业内部竞争越来越激烈,所以许多优秀的企业开始注重对市场的研究,力求所生产的产品满足客户的一切需求。    在大的范围来看,由于全球一体化的来临,中东。亚太地区经济的发展,对玻纤的需求仍在增加。并且随着技术使得不断发展,人们又将在风电领域使用玻璃纤维,所以说玻璃纤维行业的前景也是十分光明的

 







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