玻璃纖維及制品是玻璃鋼重要的增強(qiáng)組分材料。由于使用了玻璃纖維制品，可使玻璃鋼復(fù)合材料，提高其抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、剛度，以及耐沖擊強(qiáng)度等。本文將對玻璃纖維的分類和類型，以及如何用好玻璃纖維，各種成型工藝應(yīng)使用什么類型的玻纖增強(qiáng)材料，作一簡單的概述。
一、玻璃纖維增強(qiáng)材料的分類
1、玻璃纖維按組分分類
玻璃纖維可按組分及其性能，進(jìn)行分類。在許多可用的玻璃纖維增強(qiáng)材料類型中間，含鈣－鋁－硼－硅為主成分的Ｅ玻璃纖維，是最先被采用，并且用量最多的一種增強(qiáng)材料。它具有較好的電氣性能和機(jī)械性能，價格也比較便宜。
E－CR玻璃纖維是E玻纖的改性纖維，其組分內(nèi)不含有硼元素，具有較強(qiáng)的耐酸性能，大多用于耐酸貯罐和管道類產(chǎn)品。
S玻璃纖維（或稱R玻璃纖維），可大大提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度，適用于宇航業(yè)和軍事工業(yè)等方面的應(yīng)用領(lǐng)域，以滿足其高技術(shù)性能的要求。另外，在運(yùn)輸業(yè)、運(yùn)動器械、娛樂器具等方面，也有廣泛的應(yīng)用。
D玻璃纖維，其介電性能較為優(yōu)越，在電子工業(yè)應(yīng)用上，已占有絕對的優(yōu)勢。
玻璃纖維增強(qiáng)材料，也可按連續(xù)的或不連續(xù)的形式，進(jìn)行分類。
2、連續(xù)型玻纖增強(qiáng)材料
一、玻璃纖維增強(qiáng)材料的分類
1、玻璃纖維按組分分類
玻璃纖維可按組分及其性能，進(jìn)行分類。在許多可用的玻璃纖維增強(qiáng)材料類型中間，含鈣－鋁－硼－硅為主成分的Ｅ玻璃纖維，是最先被采用，并且用量最多的一種增強(qiáng)材料。它具有較好的電氣性能和機(jī)械性能，價格也比較便宜。
E－CR玻璃纖維是E玻纖的改性纖維，其組分內(nèi)不含有硼元素，具有較強(qiáng)的耐酸性能，大多用于耐酸貯罐和管道類產(chǎn)品。
S玻璃纖維（或稱R玻璃纖維），可大大提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度，適用于宇航業(yè)和軍事工業(yè)等方面的應(yīng)用領(lǐng)域，以滿足其高技術(shù)性能的要求。另外，在運(yùn)輸業(yè)、運(yùn)動器械、娛樂器具等方面，也有廣泛的應(yīng)用。
D玻璃纖維，其介電性能較為優(yōu)越，在電子工業(yè)應(yīng)用上，已占有絕對的優(yōu)勢。
玻璃纖維增強(qiáng)材料，也可按連續(xù)的或不連續(xù)的形式，進(jìn)行分類。
2、連續(xù)型玻纖增強(qiáng)材料
連續(xù)型增強(qiáng)材料，有單向無捻粗紗，雙向無捻粗紗布，玻纖布，單向至四向無紡織無捻粗紗，無定向連續(xù)纖維氈等。其他還有：玻纖布與非織物氈，連續(xù)纖維氈與短切原絲氈，以及各種多層工程專用連續(xù)型增強(qiáng)材料等復(fù)合型增強(qiáng)材料。此外，還有編縫的或織縫的三向預(yù)成型纖維增強(qiáng)材料等。
無捻粗紗的生產(chǎn)制造方法有兩種，一種是經(jīng)漏板拉出長絲集束組成，稱為直接法；另一種是把幾束纖維不加捻，平行組合，稱為組合法。無捻粗紗纖維直徑一般在10～24μｍ之間，常用線度重量通常表示為600、1200、2400和4800旦。無捻粗紗的特性是剛性好，纖維張力均勻，光滑并容易切斷。無捻粗紗性能的發(fā)揮，還與所使用的工藝條件有關(guān)，例如紡織，連續(xù)預(yù)浸漬，短切等。無捻粗紗，最近開發(fā)出一個新的品種，稱“加圈無捻粗紗”，即在粗紗的垂直方向上，加有環(huán)圈。它可提高單向復(fù)合材料的橫向強(qiáng)度，尤其適合于拉擠玻璃鋼制品使用。
預(yù)浸漬無捻粗紗，通常是R玻璃纖維浸漬環(huán)氧樹脂，多用于纖維纏繞工藝，制品可得到較高的機(jī)械強(qiáng)度。
連續(xù)纖維氈，是從漏板拉制出纖維后，直接均勻分布層疊而制成，并使用粘結(jié)劑進(jìn)行粘結(jié)成氈。其使用粘結(jié)劑的種類和數(shù)量，可根據(jù)應(yīng)用的情況而定。連續(xù)纖維氈常用于對模成型工藝，以及某些定型的批量產(chǎn)品和電子線路板等。
3、非連續(xù)纖維增強(qiáng)材料，有短切纖維、短切纖維氈、短切纖維預(yù)成型材料、連續(xù)纖維氈和磨碎纖維等。其中短切纖維，一般是將原絲切割成3～12毫米長，而制成。它具有集束性、流動性和密實(shí)性等項(xiàng)特點(diǎn)，用途較為廣泛。
短切纖維氈，一般采用50毫米長的玻璃纖維加粘結(jié)劑制成。粘結(jié)劑可溶于苯乙烯，其用量約為3～10％，也可根據(jù)玻璃鋼制成品的具體要求，以及制氈工藝而定。短切纖維氈較適合于接觸成型工藝的表面面層使用。
磨碎纖維，是將纖維經(jīng)過磨碎機(jī)處理，使玻纖長度在0.1～0.2毫米之間而制得。磨碎纖維的直徑，一般為10～17μｍ，可用于熱塑玻璃鋼和快速反應(yīng)注射模塑的聚氨酯成型工藝。該類增強(qiáng)材料由于線度很短，因而可以比其他增強(qiáng)材料，在提高剛度、尺寸穩(wěn)定性和耐沖擊強(qiáng)度等方面，有一定的良好效果。
二、正確使用玻纖增強(qiáng)材料
目前，作為玻璃鋼主要組成成分的玻纖增強(qiáng)材料，品種已有很多。如何正確使用玻纖增強(qiáng)材料，這是玻璃鋼生產(chǎn)企業(yè)所必須引起注意的一個重要方面?，F(xiàn)就國外的一些成功經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)歸納如下：
單向強(qiáng)度玻璃鋼制品 通常采用連續(xù)無捻粗紗和單向無紡無捻粗紗等，作為單向強(qiáng)度要求的玻璃鋼的增強(qiáng)材料。所采用的成型工藝方法，有手糊、拉擠、纖維纏繞、模壓、高壓壓制成型等工藝方法。
雙向強(qiáng)度玻璃鋼制品 通常采用玻纖無捻粗紗布（方格布）、玻纖布、雙向無紡無捻粗紗等，作為雙向強(qiáng)度要求的玻璃鋼制品的增強(qiáng)材料。所采用的成型工藝方法，有手糊、纖維纏繞、拉擠、層壓等工藝方法。
多向強(qiáng)度玻璃鋼制品 通常采用短切原絲、增強(qiáng)氈、多向無紡無捻粗紗、預(yù)成型材料、磨碎纖維等作為多向強(qiáng)度要求的玻璃鋼制品的增強(qiáng)材料。所采用的成型工藝方法，有手糊、噴射、模壓、注射、樹脂傳遞模塑、層壓、反應(yīng)注射模塑、鑄塑等工藝方法。
三、成型工藝方法對增強(qiáng)材料的選用
低壓閉模成型工藝 這類成型工藝主要包括樹脂傳遞模塑（RTM）、增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑（RRIM）、結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射模塑（SRIM）等工藝方法，所用增強(qiáng)材料的類型，有玻纖氈、預(yù)成型材料、組合增強(qiáng)材料等。
RRIM成型工藝中采用的磨碎纖維，是在注射入模前，就與樹脂進(jìn)行預(yù)混合后使用的。而預(yù)成型材料，大多采用在定向纖維組成的篩網(wǎng)上，噴射短切纖維和粘結(jié)劑，或者利用加熱的方法成型氈片，或者利用組合的方式，制成預(yù)成型材料。
高壓閉模成型工藝 這類工藝方法主要包括對模注射成型、高壓模壓成型等工藝方法，所用的增強(qiáng)材料，經(jīng)常與樹脂預(yù)先混合，而后再加壓成型，其生產(chǎn)成本較為低廉。
BNC就是一個典型的例子，將熱固性樹脂與短切原絲預(yù)先混合成料團(tuán)，而后壓制成型玻璃鋼制品若短切原絲與熱塑性樹脂混合，可制成顆粒狀料，喂入拉擠機(jī)，制成熱塑玻璃鋼制品。若采用長纖維預(yù)浸料，可對預(yù)浸漬連續(xù)無捻粗紗，進(jìn)行拉擠成型，以制成熱塑拉擠玻璃鋼制品。
SMC和GMT這兩類成型工藝，是采用對混向短切無捻粗紗和連續(xù)原絲，進(jìn)行連續(xù)浸漬工序，而后壓制成型。某些情況下，是將連續(xù)無捻粗紗，采用機(jī)械方式定向，以使制品達(dá)到更高的機(jī)械強(qiáng)度和模量。
預(yù)浸漬帶 這是采用對連續(xù)無捻粗紗或雙向織物，進(jìn)行預(yù)浸漬樹脂而制成。對于熱固性樹脂，通過加熱預(yù)浸料，使之達(dá)到Ｂ階狀態(tài)。而對于熱塑性樹脂，可通過冷卻至室溫，而達(dá)到Ｂ階狀態(tài)。不管熱固預(yù)浸料，還是熱塑預(yù)浸料，均可在放入壓機(jī)后，經(jīng)過加熱加壓，制成玻璃鋼制品。
四、玻璃纖維的特殊性能
由于玻璃纖維的增強(qiáng)作用，從而使玻璃鋼材料，具有基體樹脂所無法比擬的優(yōu)異性能，例如材料的整體性，可降低材料的重量、高機(jī)械性能、耐沖擊性能、耐腐蝕性能、良好的介電性能和尺寸穩(wěn)定性能以及材料的耐久性等等，并使玻璃鋼材料在各個領(lǐng)域，獲得了廣泛的應(yīng)用。
應(yīng)該看到，在充分利用玻璃纖維特性的同時，它本身還具有一些重要特性，尚沒有被人們所完全認(rèn)識.其一，是玻璃纖維具有一定的彈性性能。玻璃纖維在拉力的作用下可以被伸長，直至斷裂，但沒有屈服點(diǎn)。如果在達(dá)到斷裂點(diǎn)以前，解除所加的拉力，玻璃纖維就會恢復(fù)到原來的長度。其二，玻璃纖維沒有磁滯現(xiàn)象。這是玻璃纖維與金屬纖維和有機(jī)纖維完全不同之處。玻璃纖維，由于它本身的強(qiáng)度較高，因而它能夠貯存或釋放較大的能量，并且不會損失這些能量。其三，玻璃纖維具有抗動態(tài)疲勞特性，因此若在玻纖表面加上一定的防磨損保護(hù)，則可使其玻璃鋼制品，成為汽車和卡車的彈簧件，以及家用器具等的理想材料。
但是，由于玻璃纖維沒有屈服點(diǎn)，因而在承載能力逐步減弱的同時，會突然發(fā)生斷裂現(xiàn)象。例如，常用的E玻纖單向增強(qiáng)的復(fù)合材料，在一個定量載荷下，經(jīng)過一定的時間常會發(fā)生應(yīng)力斷裂現(xiàn)象。經(jīng)過測試，其抗拉強(qiáng)度將隨時間的延續(xù)而衰減，初始時衰減很快，將喪失1/3的初始值。但其后，將在50年內(nèi)才衰減到原始值的1/2。
無捻粗紗的生產(chǎn)制造方法有兩種，一種是經(jīng)漏板拉出長絲集束組成，稱為直接法；另一種是把幾束纖維不加捻，平行組合，稱為組合法。無捻粗紗纖維直徑一般在10～24μｍ之間，常用線度重量通常表示為600、1200、2400和4800旦。無捻粗紗的特性是剛性好，纖維張力均勻，光滑并容易切斷。無捻粗紗性能的發(fā)揮，還與所使用的工藝條件有關(guān)，例如紡織，連續(xù)預(yù)浸漬，短切等。無捻粗紗，最近開發(fā)出一個新的品種，稱“加圈無捻粗紗”，即在粗紗的垂直方向上，加有環(huán)圈。它可提高單向復(fù)合材料的橫向強(qiáng)度，尤其適合于拉擠玻璃鋼制品使用。
預(yù)浸漬無捻粗紗，通常是R玻璃纖維浸漬環(huán)氧樹脂，多用于纖維纏繞工藝，制品可得到較高的機(jī)械強(qiáng)度。
連續(xù)纖維氈，是從漏板拉制出纖維后，直接均勻分布層疊而制成，并使用粘結(jié)劑進(jìn)行粘結(jié)成氈。其使用粘結(jié)劑的種類和數(shù)量，可根據(jù)應(yīng)用的情況而定。連續(xù)纖維氈常用于對模成型工藝，以及某些定型的批量產(chǎn)品和電子線路板等。
3、非連續(xù)纖維增強(qiáng)材料，有短切纖維、短切纖維氈、短切纖維預(yù)成型材料、連續(xù)纖維氈和磨碎纖維等。其中短切纖維，一般是將原絲切割成3～12毫米長，而制成。它具有集束性、流動性和密實(shí)性等項(xiàng)特點(diǎn)，用途較為廣泛。
短切纖維氈，一般采用50毫米長的玻璃纖維加粘結(jié)劑制成。粘結(jié)劑可溶于苯乙烯，其用量約為3～10％，也可根據(jù)玻璃鋼制成品的具體要求，以及制氈工藝而定。短切纖維氈較適合于接觸成型工藝的表面面層使用。
磨碎纖維，是將纖維經(jīng)過磨碎機(jī)處理，使玻纖長度在0.1～0.2毫米之間而制得。磨碎纖維的直徑，一般為10～17μｍ，可用于熱塑玻璃鋼和快速反應(yīng)注射模塑的聚氨酯成型工藝。該類增強(qiáng)材料由于線度很短，因而可以比其他增強(qiáng)材料，在提高剛度、尺寸穩(wěn)定性和耐沖擊強(qiáng)度等方面，有一定的良好效果。
二、正確使用玻纖增強(qiáng)材料
目前，作為玻璃鋼主要組成成分的玻纖增強(qiáng)材料，品種已有很多。如何正確使用玻纖增強(qiáng)材料，這是玻璃鋼生產(chǎn)企業(yè)所必須引起注意的一個重要方面?，F(xiàn)就國外的一些成功經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)歸納如下：
單向強(qiáng)度玻璃鋼制品 通常采用連續(xù)無捻粗紗和單向無紡無捻粗紗等，作為單向強(qiáng)度要求的玻璃鋼的增強(qiáng)材料。所采用的成型工藝方法，有手糊、拉擠、纖維纏繞、模壓、高壓壓制成型等工藝方法。
雙向強(qiáng)度玻璃鋼制品 通常采用玻纖無捻粗紗布（方格布）、玻纖布、雙向無紡無捻粗紗等，作為雙向強(qiáng)度要求的玻璃鋼制品的增強(qiáng)材料。所采用的成型工藝方法，有手糊、纖維纏繞、拉擠、層壓等工藝方法。
多向強(qiáng)度玻璃鋼制品 通常采用短切原絲、增強(qiáng)氈、多向無紡無捻粗紗、預(yù)成型材料、磨碎纖維等作為多向強(qiáng)度要求的玻璃鋼制品的增強(qiáng)材料。所采用的成型工藝方法，有手糊、噴射、模壓、注射、樹脂傳遞模塑、層壓、反應(yīng)注射模塑、鑄塑等工藝方法。
三、成型工藝方法對增強(qiáng)材料的選用
低壓閉模成型工藝 這類成型工藝主要包括樹脂傳遞模塑（RTM）、增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑（RRIM）、結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射模塑（SRIM）等工藝方法，所用增強(qiáng)材料的類型，有玻纖氈、預(yù)成型材料、組合增強(qiáng)材料等。
RRIM成型工藝中采用的磨碎纖維，是在注射入模前，就與樹脂進(jìn)行預(yù)混合后使用的。而預(yù)成型材料，大多采用在定向纖維組成的篩網(wǎng)上，噴射短切纖維和粘結(jié)劑，或者利用加熱的方法成型氈片，或者利用組合的方式，制成預(yù)成型材料。
高壓閉模成型工藝 這類工藝方法主要包括對模注射成型、高壓模壓成型等工藝方法，所用的增強(qiáng)材料，經(jīng)常與樹脂預(yù)先混合，而后再加壓成型，其生產(chǎn)成本較為低廉。
BNC就是一個典型的例子，將熱固性樹脂與短切原絲預(yù)先混合成料團(tuán)，而后壓制成型玻璃鋼制品若短切原絲與熱塑性樹脂混合，可制成顆粒狀料，喂入拉擠機(jī)，制成熱塑玻璃鋼制品。若采用長纖維預(yù)浸料，可對預(yù)浸漬連續(xù)無捻粗紗，進(jìn)行拉擠成型，以制成熱塑拉擠玻璃鋼制品。
SMC和GMT這兩類成型工藝，是采用對混向短切無捻粗紗和連續(xù)原絲，進(jìn)行連續(xù)浸漬工序，而后壓制成型。某些情況下，是將連續(xù)無捻粗紗，采用機(jī)械方式定向，以使制品達(dá)到更高的機(jī)械強(qiáng)度和模量。
預(yù)浸漬帶 這是采用對連續(xù)無捻粗紗或雙向織物，進(jìn)行預(yù)浸漬樹脂而制成。對于熱固性樹脂，通過加熱預(yù)浸料，使之達(dá)到Ｂ階狀態(tài)。而對于熱塑性樹脂，可通過冷卻至室溫，而達(dá)到Ｂ階狀態(tài)。不管熱固預(yù)浸料，還是熱塑預(yù)浸料，均可在放入壓機(jī)后，經(jīng)過加熱加壓，制成玻璃鋼制品。
四、玻璃纖維的特殊性能
由于玻璃纖維的增強(qiáng)作用，從而使玻璃鋼材料，具有基體樹脂所無法比擬的優(yōu)異性能，例如材料的整體性，可降低材料的重量、高機(jī)械性能、耐沖擊性能、耐腐蝕性能、良好的介電性能和尺寸穩(wěn)定性能以及材料的耐久性等等，并使玻璃鋼材料在各個領(lǐng)域，獲得了廣泛的應(yīng)用。
應(yīng)該看到，在充分利用玻璃纖維特性的同時，它本身還具有一些重要特性，尚沒有被人們所完全認(rèn)識.其一，是玻璃纖維具有一定的彈性性能。玻璃纖維在拉力的作用下可以被伸長，直至斷裂，但沒有屈服點(diǎn)。如果在達(dá)到斷裂點(diǎn)以前，解除所加的拉力，玻璃纖維就會恢復(fù)到原來的長度。其二，玻璃纖維沒有磁滯現(xiàn)象。這是玻璃纖維與金屬纖維和有機(jī)纖維完全不同之處。玻璃纖維，由于它本身的強(qiáng)度較高，因而它能夠貯存或釋放較大的能量，并且不會損失這些能量。其三，玻璃纖維具有抗動態(tài)疲勞特性，因此若在玻纖表面加上一定的防磨損保護(hù)，則可使其玻璃鋼制品，成為汽車和卡車的彈簧件，以及家用器具等的理想材料。
但是，由于玻璃纖維沒有屈服點(diǎn)，因而在承載能力逐步減弱的同時，會突然發(fā)生斷裂現(xiàn)象。例如，常用的E玻纖單向增強(qiáng)的復(fù)合材料，在一個定量載荷下，經(jīng)過一定的時間常會發(fā)生應(yīng)力斷裂現(xiàn)象。經(jīng)過測試，其抗拉強(qiáng)度將隨時間的延續(xù)而衰減，初始時衰減很快，將喪失1/3的初始值。但其后，將在50年內(nèi)才衰減到原始值的1/2。
魯ICP備2021047099號