玻璃纤维的成分(91).ppt

谈谈我国玻璃纤维成分研究的特点,南京玻璃纤维研究设计院葛敦世 2011年5月,GB/T4202-2007《玻璃纤维产品代号》中规定了玻璃纤维成分种类有8种,其符号、涵义和对应英文在该标准的附录A中的“表A.1 玻璃种类”. 其内容详见下表：,1 玻璃纤维成分的种类,1 玻璃纤维成分的种类,,1.1 E玻璃纤维 纤1003【E玻璃纤维】E glass fiber 又称无碱玻璃纤维采用含碱金属氧化物 0%～2%的无碱玻璃拉制的连续玻璃纤维 通常的组成范围为：SiO2 53%～ 55%；Al2O3 13%～16%；CaO16%～23%；MgO 0%～5%；B2O3 0～10%；Na2O 0.1%～2%；Fe2O3＜0.5%；TiO2＜2.5%；F2 ＜1% 熔制温度约1600℃，拉丝温度1200℃左右，拉丝成形工艺性能良好这种纤维具有电绝缘性能好，机械强度高，耐水性好等特点，但耐酸性较差 适用于作电器绝缘材料，增强塑料及橡胶制品的增强材料等2 玻璃纤维成分的种类,1970年以来，由于对环境问题越来越重视，同时为了提高玻璃的化学性能和力学性能，E玻璃成分进行了许多调整。

例如： 减少B2O3和F2的含量甚至不使用它们； 增加CaO并减少MgO 的含量； 添加ZnO、TiO2、 SrO和Li2O等氧化物； 出现了无硼玻璃纤维、无硼无氟玻璃纤维、 E-CR 玻璃纤维和Advantex玻璃纤维等2 玻璃纤维成分的种类,1.2 C玻璃纤维 纤1004【C玻璃纤维】C glass fiber 又称耐化学玻璃纤维化学稳定性高，比无碱玻璃纤维有更好的耐酸性、耐水性 “C”玻璃组成范围是：SiO2 64%～66%，Al2O3 4%～5% ，CaO 13%～14%，MgO 3%～4%，B2O3 4%～6%Na2O+K2O 3%～10%, Fe2O3＜0.5% 适于作蓄电池套管、耐酸过滤材料，以及制成表面毡，用于耐化学侵蚀的玻璃纤维增强塑料制品2 玻璃纤维成分的种类,1.3 中碱玻璃纤维 纤1005【中碱玻璃纤维】medium-alkali glass fiber 采用含碱金属氧化物为12%左右的中碱玻璃制成的纤维我国中碱玻璃的组成范围为：SiO2 64%～ 68%；Al2O3 4%～8%；CaO 9%～12%；MgO 3%～ 5%；Na2O 10%～12%；B2O3 0%～3%；Fe2O3＜0.4%。

熔制温度1530℃ ～1540℃，拉丝温度1140℃～1200℃此种纤维耐酸性好，但机械强度比无碱玻璃纤维低 适用于作酸性过滤布，胶乳布基材，窗纱基材等，也可用作对电性能和强度要求不高的玻璃纤维增强塑料及橡胶制品的增强材料因为它的耐酸性不亚于C玻璃纤维，在我国的产品代号标准中将其纳入C玻璃类别2 玻璃纤维成分的种类,1.4 S玻璃纤维 纤1007【S玻璃纤维】S glass fiber 又称高强度玻璃纤维单丝强度一般比无碱玻璃纤维高30%以上所制成的增强塑料比用无碱纤维制成的抗张强度可提高30%～40%，弹性模量提高10%～20% 美国的S-994是S玻璃的一种典型成分，由SiO2 65%；Al2O3 25%；MgO 10%组成这类玻璃熔制温度与析晶上限温度较无碱、中碱玻璃高，析晶速度快，纤维成形温度高 主要用作对强度要求较高的玻璃纤维增强塑料制品及国防科学等方面2 玻璃纤维成分的种类,1.5 D玻璃纤维 纤1010【D玻璃纤维】D glass fiber 又称低介电玻璃纤维由低介电玻璃拉制的玻璃纤维，其介电常数和低介质损耗都低于E玻璃纤维，属高硼高硅玻璃组成，适用于制造电子元件及雷达罩等。

2 玻璃纤维成分的种类,1.6 M 玻璃纤维 纤1008【M玻璃纤维】M glass fiber 又称高弹性模量玻璃纤维，简称高模量玻璃纤维用它制成的增强塑料，其弹性模量比用无碱纤维制的提高20%以上，抗张强度提高5%～30% 此类玻璃组分大多数是在镁铝硅系统玻璃中，加入某些提高弹性模量和改善物化性能的氧化物如：BeO、ZrO2、TiO2、稀土氧化物等组分比无碱、中碱玻璃熔制和析晶上限温度高，析晶速度快、因此纤维成形温度较高 主要用于对弹性模量要求较高的玻璃纤维增强塑料制品及国防科学方面2 玻璃纤维成分的种类,1.7 AR玻璃纤维 纤1009【AR玻璃纤维】AR glass fiber 又称耐碱玻璃纤维它耐碱溶液侵蚀，特别是耐游离Ca(OH)2饱和溶液侵蚀的玻璃纤维主要用于增强水泥制品的增强材料 较典型的耐碱组成属于氧化锆、氧化钛含量高的钠硅酸盐玻璃系统熔制和拉丝温度较高例如英国的商品名称“cemfil”玻璃纤维的一种组成：由SiO2 71%；Al2O3 1%；ZrO2 16%；Na2O 11%；Li2O 1%组成，拉丝温度在1400℃以上这类纤维用于代替石棉、钢筋制作薄板、波形瓦等增强水泥制品。

具有重量轻、强度高和良好的抗冲击性能2 玻璃纤维成分的种类,1.8 A玻璃纤维 纤1006【A玻璃纤维】A glass fiber 采用含碱金属氧化物14%以上的高碱玻璃制成的纤维其组成范围为：SiO2 71%～73%；Al2O3 0.5%～3%；CaO 6%～10%；MgO 2%～5%；Na2O 14%～17%；Fe2O3＜0.4%由于含碱量高，又称高碱玻璃纤维 这种纤维耐水性和机械强度不如无碱和中碱玻璃纤维，但耐酸性好制成薄毡可用作电瓶隔离片、沥青油毡的基材和隔热材料等其连续纤维可编织管道包扎布拉丝作业温度低，可利用平板玻璃碎料、成本较低在我国这种玻璃纤维常使用陶土坩埚拉丝，但这种拉丝工艺早已于1995年被政府明令淘汰1 玻璃纤维成分的种类,根据玻璃纤维的用途，对玻璃纤维的性质提出不同的要求因此，各种不同用途的玻璃纤维往往具有不同的成分现将组成各种玻璃纤维成分中的各种氧化物组分及其作用简单介绍如下2.1 二氧化硅（SiO2） 我们通常见到的玻璃和玻璃纤维都属于硅酸盐玻璃在硅酸盐玻璃中，SiO2是最主要的组分，是形成玻璃的骨架主体，被称为网络形成物。

由纯粹的SiO2也可以构成玻璃体，这就是石英玻璃因SiO2的熔点非常高，不易熔化，故在配方中要加入其它氧化物以降低熔点并赋予玻璃所需要的各种性能SiO2是一种酸性氧化物，在玻璃成分中所占百分数最多，增加玻璃中SiO2的含量一般可以提高玻璃液的粘度、玻璃的熔融温度、化学稳定性和机械强度2构成玻璃纤维的主要组分及其作用,2.2 碱金属氧化物的作用 当碱金属氧化物加入于熔融石英玻璃中，促使硅氧四面体间连接断裂，出现非桥氧，使玻璃结构疏松、减弱，导致一系列性能变化如热膨胀系数、电导性和介电损耗上升，弹性模数、硬度、化学稳定性和粘度等下降 Li2O、Na2O、K2O是玻璃中常用的碱金属氧化物，其中K+ 离子半径较大，场强小，与氧的结合力较弱，故K2O给出游离氧的能力最大，Na2O次之，Li2O最小 Na2O在玻璃成分中主要用来降低玻璃的熔融温度、粘度和析晶性但Na2O的含量增加后，会显著地降低玻璃的化学稳定性、热稳定性，提高玻璃的表面导电性、介电常数和热膨胀系数因此在各种玻璃纤维成分中，往往对Na2O的含量有不同的限制，以保证其应用性能2 构成玻璃纤维的主要组分及其作用,K2O其作用与Na2O相近，但还能增加玻璃的光泽，降低玻璃的析晶能力。

在中碱玻璃纤维配方实验时，曾发现少量的K2O代替Na2O会使漏板拉丝温度有所提高，产生影响 Li2O 在玻璃中作用比较特殊，具有玻璃助熔强烈的特性，是强助熔剂，同时它具有高温助熔，加速玻璃熔化的作用在玻璃中主要是能提高玻璃的化学稳定性、表面张力和析晶能力2 构成玻璃纤维的主要组分及其作用,2.3 二价金属氧化物的作用二价金属氧化物，根据它在周期表中的不同位置，可以分成两类：第一类为碱土金属氧化物包括 BeO、MgO、CaO、SrO、BaO；第二类氧化物包括ZnO、CdO及PbO常用的二价金属氧化物的作用分述如下： 2.3.1 氧化钙（CaO） CaO 属于碱土性氧化物，是玻璃的主要组分之一主要是为了使玻璃具有耐久性，特别是耐水的侵蚀增加玻璃中CaO的含量，能提高玻璃的化学稳定性、硬度、机械强度，但使析晶性能增加，这是需要注意的2构成玻璃纤维的主要组分及其作用,2.3.2 氧化镁（MgO） MgO属于碱土性氧化物MgO在玻璃中的作用与CaO相近采用少量MgO代替玻璃中的部分CaO可以降低玻璃的析晶倾向2.3.3 氧化钡（BaO） BaO也是一种碱土性氧化物。

在玻璃成分中，增加BaO的含量，会增大玻璃的密度、光泽、折射率，并降低玻璃的熔融指数2构成玻璃纤维的主要组分及其作用,,2.3.4 氧化锌（ZnO） ZnO是另一种碱土性氧化物增加ZnO的含量，可以提高玻璃的化学稳定性，降低热膨胀系数，也会降低熔融温度2.3.5 氧化铅（PbO） PbO主要用于光学纤维和防放射线纤维PbO能增加玻璃的密度、光泽、折射率，降低玻璃的熔融温度2构成玻璃纤维的主要组分及其作用,2.4 氧化铝（Al2O3）的作用 Al2O3也属于酸性氧化物在玻璃中加入少量的Al2O3（约3%），可大大地降低玻璃的析晶倾向Al2O3含量愈高，可以提高玻璃的耐久性、化学稳定性（但对耐碱不利）、热稳定性和机械强度，但也会提高玻璃的熔融温度和玻璃液的粘度，增加玻璃熔制过程中的困难Al2O3在磷酸盐玻璃中有特殊的作用，铝能与磷氧玻璃中带双键的氧形成铝氧四面体，有改善和强化磷酸盐玻璃结构的作用故它能提高磷酸盐玻璃的一系列性能一般的实用磷酸盐玻璃都含有一定数量的Al2O32构成玻璃纤维的主要组分及其作用,尽管Al2O3能改善玻璃的许多性能，但对于玻璃的电学性质有不良作用，这是一种反常现象。

在硅酸盐玻璃中，当以Al2O3取代SiO2时，介电损耗和导电率不是下降而是上升故电真空玻璃中电学性能要求高的铅玻璃，一般都不含或少含Al2O3 2.5 氧化硼（B2O3）的作用 B2O3也是一种酸性氧化物它在玻璃中的作用比较特殊，它是玻璃形成氧化物，能单独生成玻璃它既能改善玻璃的一系列性能，又有良好的助熔性，这是它的最大特点增加B2O3的含量可以降低玻璃的熔融温度、热膨胀系数和析晶性，提高玻璃的化学稳定性2构成玻璃纤维的主要组分及其作用,3.1 我国的E 玻璃纤维 E 玻璃纤维是指碱金属氧化物含量小于1% 的铝硼硅酸盐玻璃成分最初是为电气应用研制的，但今天E玻璃的应用范围已远远超出了电气用途，成为一种通用配方国际上玻璃纤维有90% 以上用的是E玻璃成分 我国初期用R2O＜2% 的无碱成分根据电气绝缘材料部门的要求，后来又改为R2O＜0.5% 的E玻璃，后来又增加到0.8%70年代后期，为降低原料成本，将玻璃中B2O3含量从10% 降到8.5% ，一直生产到80年代后期，含B2O3 6.8% 的低硼E玻璃成分研究成功，并投入工业生产3 E玻璃纤维成分,3 E玻璃纤维成分,建材行业标准JC 935-2004玻璃纤维工业用玻璃球规定了我国E玻璃的化学成分如右表：,E玻璃成分的基础是SiO2、Al2O3、CaO三元系统。

相图中点2是它的基础成分，它是钙长石、假硅灰石和α-鳞石英与液相、气相平衡组成的一个低共熔点，其各组分的质量分数为：SiO2 62%； Al2O3 14.7%；CaO 22.3% 在此基础上，添加B2O3代替部分SiO2，添加MgO代替部分CaO，形成了现在通用的E玻璃成分各国生产的E玻璃大体相仿，仅在不大的范围内稍有不同变动范围大致为：SiO2 55%～57%；CaO 12%～25%； Al2O3 10%～17%； Mg0 0%～8%。