增強(qiáng)材料是玻璃鋼制品的支撐骨架,它基本上決定了拉擠制品的力學(xué)性能,增強(qiáng)材料的使用對減少制品收縮,提高熱變形溫度和低溫沖擊強(qiáng)度也有一定的作用。
在玻璃鋼產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,增強(qiáng)材料的選用應(yīng)充分考慮產(chǎn)品的成型工藝,因?yàn)樵鰪?qiáng)材料的種類、鋪設(shè)方式、含量對玻璃鋼制品的性能影響較大,它們基本上決定了玻璃鋼制品的機(jī)械強(qiáng)度和彈性模量,采用不同增強(qiáng)材料的拉擠制品的性能也有所不同。
此外,在滿足成型工藝的產(chǎn)品性能要求的同時(shí),還應(yīng)考慮成本,應(yīng)盡量選擇便宜的增強(qiáng)材料,一般玻璃纖維原絲的無捻粗紗比纖維織物成本低;氈比布成本低,防滲性好,但強(qiáng)度低;中堿纖維較無堿纖維便宜,但隨含堿量增加,其耐堿、耐腐蝕性、電性能都會下降。
常用增強(qiáng)材料品種如下:
1.無捻玻纖粗紗
采用增強(qiáng)型浸潤劑,無捻玻纖粗紗可分為合股原絲、直接無捻粗紗及膨體無捻粗紗3種。合股原絲由于張力不均勻,易生懸垂現(xiàn)象,使得在拉擠設(shè)備進(jìn)料端形成松馳的圈結(jié),影響作業(yè)順利進(jìn)行。直接無捻粗紗具有集束性好、樹脂浸透速度快、制品機(jī)械性能優(yōu)良等特點(diǎn),所以目前大多趨向于應(yīng)用直接無捻粗紗。膨體無捻粗紗有利于提高制品的橫向強(qiáng)度,如卷曲無捻粗紗和空氣變形無捻粗紗等。膨體無捻粗紗兼有連續(xù)長纖維的高強(qiáng)度和短纖維的蓬松性,是一種耐高溫、低導(dǎo)熱系數(shù)、耐腐蝕、高容空量、高過濾效率的材料,膨體無捻粗紗中有部分纖維膨松成單絲狀態(tài),所以還能改善拉擠成形制品的表面質(zhì)量,目前膨體無捻粗紗在國內(nèi)外已得到廣泛使用,用作裝飾或工業(yè)用編織物的經(jīng)紗和緯紗,也可以用于生產(chǎn)摩擦、絕緣、防護(hù)或密封材料。
用于拉擠成型的無捻玻纖粗紗的性能要求:
(1)不產(chǎn)生懸垂現(xiàn)象;
(2)纖維張力均勻;
(3)成束性好;
(4)耐磨性好;
(5)斷頭少,不易起毛;
(6)浸潤性好,樹脂浸漬速度快;
(7)強(qiáng)度和剛度大。
2.玻璃纖維氈
為了使拉擠成型玻璃鋼制品具有足夠的橫向強(qiáng)度,必須使用短切原絲氈、連續(xù)原絲氈、組合氈、無捻粗紗織物等增強(qiáng)材料。連續(xù)原絲氈是目前用得最普遍的玻璃纖維橫向增強(qiáng)材料之一,為提高產(chǎn)品外觀效果,有時(shí)也用表面氈。
連續(xù)原絲氈是由若干層呈圈狀隨機(jī)鋪放的連續(xù)玻璃纖維組成的,纖維之間用粘接劑粘結(jié)。表面氈則是將定長短切原絲隨機(jī)均勻鋪放,并用粘接劑粘結(jié)而成的如薄紙的氈,纖維含量為5%~15%,其厚度為0.3~0.4mm。它可以使制品表面光滑、美觀,并提高制品耐老化性能。
玻璃纖維氈的特點(diǎn)是:鋪覆性好,易被樹脂浸透,含膠量較高。
拉擠成型工藝對玻璃纖維氈的要求:
(1)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度;
(2)對于化學(xué)粘結(jié)的短切原絲氈 ,粘結(jié)劑必須能耐浸膠和預(yù)成型時(shí)的化學(xué)和熱作用,以保證成型過程中仍有足夠的強(qiáng)度;
(3)浸潤性好;
(4)起毛少,斷頭少。
3.聚酯纖維表面氈
聚酯纖維表面氈是拉擠工業(yè)新興的一種增強(qiáng)纖維材料。美國有一種商品名叫Nexus,廣泛用于拉擠制品,取代玻璃纖維表面氈,效果很好,成本也較低已成功地應(yīng)用10多年。
采用聚酯纖維表面氈的優(yōu)點(diǎn):
(1)可改善制品的抗沖擊、防腐蝕及耐大氣老化性能;
(2)可改善制品表面狀態(tài),使制品表面更加光滑;
(3)聚酯纖維表面氈的貼敷性能與拉伸性能都比C玻璃表面氈好得多,拉擠過程中不易產(chǎn)生斷頭,減少停車事故;
(4)可提高拉擠速度;
(5)可減輕模具磨損, 提高模具的使用壽命。
4.玻璃布帶
在一些特殊拉擠制品中,為滿足一些特殊的性能要求,采用了定寬度且厚度小于0.2mm的玻璃布,其拉伸強(qiáng)度、橫向強(qiáng)度都非常好。
5.二維織物、三維織物的應(yīng)用
拉擠成型的復(fù)合材料制品的橫向力學(xué)性能較差。采用雙向編織物有效地提高了拉擠制品的強(qiáng)度和剛度。這種編織物的經(jīng)向與緯向纖維不是相互交織,而是用另外一種編織材料使其相互纏繞,因而與傳統(tǒng)的玻璃布完全不同,每個(gè)方向的纖維都處于準(zhǔn)直狀態(tài),不形成任何彎曲,從而使拉擠制品的強(qiáng)度和剛度都比連續(xù)氈構(gòu)成的復(fù)合材料高得多。
目前,三向編織技術(shù)已成為復(fù)合材料工業(yè)中最有吸引力,也最活躍的技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域。根據(jù)荷載要求直接把增強(qiáng)纖維編織成具有三維結(jié)構(gòu),而形狀與它所構(gòu)成的復(fù)合材料制品的形狀相同的結(jié)構(gòu)物,三向織物用于拉擠工藝可克服傳統(tǒng)增強(qiáng)纖維拉擠成型制品層間剪切強(qiáng)度低、易于分層等缺點(diǎn),其層間性能相當(dāng)理想。