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玻璃纤维粉的基本性能——玻璃纤维粉的物理性能

发布日期:2018-09-11 作者: 点击:

  玻璃纤维粉的基本性能——玻璃纤维粉的物理性能

  (一)外观特点

  一般天然或人造的有机纤维,其表面都有较深的皱纹。而玻璃纤维表面呈光滑的圆柱体,其横断面几乎都是完整的圆形,宏观来看,表面光滑,所以纤维之间的抱合力非常小,不利于和树脂粘结。由于呈圆柱体,所以玻璃纤维彼此靠近时,空隙填充的较密实。这对提高玻璃钢制品的玻璃含量是有利的。

  (二)密度

  玻璃纤维的密度较其它有机纤维为大,但比一般金属密度要低,几乎和铝一祥。因此在航空工业上用玻璃钢代替铝钛合金就成为可能。玻璃纤维的密度与成分有密切的关系,一般为2.5-2.7g/cm3左右,但含有大量重金属的高弹玻璃纤维密布度可达2.9g/cm3,一般来说无碱纤维的密度比有碱纤维密度要大,见下表。

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  (三)抗拉强度

  玻璃纤维的抗拉强度比同成分的玻璃高几十倍,例如有碱玻璃的抗拉强度只有40-100MPa ,而用它拉制的玻璃纤维强度可达2000MPa,其强度提高了20-50 倍,从下表可以看出,玻璃纤维的拉伸强度比高强合金钢还要高。

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  1、玻璃纤维高强的原因

  许多专家学者对玻璃纤维高强的原因,提出了各种不同假说。

  (1)微裂纹假说

  微裂纹假说认为:玻璃的理论强度取决于分子或原子间的引力,其理论强度很高,可达2000-12000MPa。但实测强度很低,这是因为在玻璃或玻璃纤维中存在着数量不等、尺寸不同的微裂纹,因而大大降低了强度。微裂纹分布在玻璃或玻璃纤维的整个体积内,但以表面的微裂纹危害较大。由于微裂纹的存在,使玻璃在外力作用下受力不均,在危害的微裂纹处产生应力集中,从而使强度下降。

  玻璃纤维比玻璃的强度高得多,这是因为玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性,使微裂纹产生的机会减少。此外,玻璃纤维的断面较小,随着表面积的减小,使微裂纹存在的几率也减少,从而使纤维强度增高。有人明确地提出,直径细的玻璃纤维强度比直径粗的纤维强度高的原因,是由于表面微裂纹尺寸和数量较小,从而减少了应力集中,使纤维具有较高的强度。

  (2)分子取向假说

  分子取向假说认为,在玻璃纤维成型过程中,由于拉丝机的牵引力作用,使玻璃纤维分子产生定向排列,从而提高了玻璃纤维的强度。

  2、影响玻璃纤维强度的因素

  (1)纤维直径和长度对拉伸强度的影响

  一般情况,玻璃纤维的直径愈细,抗拉强度越高,见下表,但在不同的拉丝温度下拉制的同一直径的纤维强度,也可能有区别。

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  (2)化学组成对强度的影响

  一般是含碱量越高、强度越低。无碱纤维比有碱纤维的拉伸强度高20%,见下表:

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  (6)存放时间对强度的影响

  玻璃纤维存放一段时间后其强度会降低,这种现象称为纤维的老化。主要是空气中的水分对纤维侵蚀的结果。因此,化学稳定性高的纤维强度降低小,如同样存放2年的有碱纤维强度降低33%,而无碱纤维降低很少。

  (7)施加负荷时间对强度的影响

  玻璃纤维强度随着施加负荷时间的增长而降低。当环境温度较高时,尤其明显。可能是吸附在微裂纹中的水分,在外力作用下,使微裂纹扩展速度加快的缘故。

  (四)玻璃纤维的弹性

  玻璃纤维的延伸率

  纤维的延伸率是指纤维在外力作用下,直至拉断时的伸长百分率。玻璃纤维的延伸率比其它有机纤维的延伸率低,一般为’(左右,其伸长的程度与所施加的力成正比,直到纤维断裂为止,不存在屈服点。负荷去掉后可以恢复原来长度,因此玻璃纤维是完全的弹性体。

  (五)玻璃纤维的电性能

  由于玻璃纤维的介电性好,耐热性良好,吸湿性小,并且不燃烧,所以无碱玻璃纤维制品在电气、电机工业中得到了广泛而有效的应用。

  (六)玻璃纤维的热性能

  玻璃纤维的导热性低,特别是玻璃棉制品密度小,寿命长和耐高温,广泛用于建筑和工业的保温、隔热和隔冷,是一种优良的热绝缘材料。

  玻璃的导热系数(即通过单位传热面积13温度梯度为1℃/m ,时间为1h 所通过的热量)为0.7-1.28W(m.K),但拉制玻璃纤维后,其导热系数只有0.035W(m.K产生这种现象的原因,主要是纤维间的空隙较大,密度较小。密度越小,其导热系数越小,主要是因为空气导热系数低所致。导热系数越小,隔热性能越好。当玻璃纤维受潮时,导热系数增大,隔热性能降低。


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