纤维新材料及应用-3玻璃无机课件.ppt

无机纤维无机纤维 一、玻璃纤维一、玻璃纤维 在用途上与高强力高模量纤维相似在用途上与高强力高模量纤维相似由氧化硅和金属化合物组成的盐类由氧化硅和金属化合物组成的盐类混合物经熔融纺丝制成的混合物经熔融纺丝制成的17131713年法国就使用过玻璃纤维织物年法国就使用过玻璃纤维织物19161916年德国生产保温材料用玻璃纤维年德国生产保温材料用玻璃纤维19301930年美国首先生产玻璃长丝年美国首先生产玻璃长丝4040年代开始在航空工业得到应用年代开始在航空工业得到应用由于玻璃纤维在结构性能工艺价格等方面的特由于玻璃纤维在结构性能工艺价格等方面的特点，一直占有重要位置点，一直占有重要位置1 1、制造方法、制造方法 按一定比例将硅砂、石英石、硼酸、按一定比例将硅砂、石英石、硼酸、粘土、氟石等混合后送入高温炉熔融，粘土、氟石等混合后送入高温炉熔融，靠自重由漏丝板流出靠自重由漏丝板流出3 32020微米的纤维，熔融温度一般微米的纤维，熔融温度一般在在12001200以上纺丝工艺流程图纺丝工艺流程图2 2、玻璃纤维的品种、玻璃纤维的品种A A玻纤玻纤高碱玻璃或钠玻璃，常用作平板玻璃高碱玻璃或钠玻璃，常用作平板玻璃和玻璃器皿。

和玻璃器皿E E玻纤玻纤低碱玻璃，主要成分为硼铝硅酸盐，低碱玻璃，主要成分为硼铝硅酸盐，电绝缘性能好常用于制造玻璃纤维织物电绝缘性能好常用于制造玻璃纤维织物C C玻纤玻纤主成分为硼硅酸钠，耐酸和化学药品主成分为硼硅酸钠，耐酸和化学药品性能优异性能优异S S玻纤玻纤主成分为铝硅酸镁，抗张性和耐热性主成分为铝硅酸镁，抗张性和耐热性好用作结构材料用作结构材料M M玻纤玻纤含氧化铍，可制成高模量纤维含氧化铍，可制成高模量纤维D D玻纤玻纤介电常数小（介电常数小（3.83.8），雷达防护材料雷达防护材料L L玻纤玻纤即铅玻纤，防射线功能即铅玻纤，防射线功能玻纤的化学组成玻纤的化学组成组分组分 E E玻纤玻纤 C C玻纤玻纤 A A玻纤玻纤 S S玻纤玻纤SiOSiO2 2 55.2 65.0 72.0 65.0 55.2 65.0 72.0 65.0AlAl2 2O O3 3 14.5 4.0 2.5 24.8 14.5 4.0 2.5 24.8B B2 2O O3 3 7.3 5.0 0.5 -7.3 5.0 0.5 -MgO 3.3 3.0 0.9 10.0MgO 3.3 3.0 0.9 10.0CaO 18.6 14.0 9.0 -CaO 18.6 14.0 9.0 -NaNa2 2O 0.3 8.5 12.5 -O 0.3 8.5 12.5 -K K2 2O 0.2 -1.5 -O 0.2 -1.5 -FeFe2 2O O3 3 0.3 0.3 0.5 0.3 0.3 0.5 微量微量F F2 2 0.3 0.3 玻纤的性能玻纤的性能性能性能 E玻纤玻纤 C玻纤玻纤 A玻纤玻纤 S玻纤玻纤软化温度软化温度 840 715 710 1000纺丝温度纺丝温度 1270 1280 1400密度密度 2.53 2.46 2.46 2.45抗张强度抗张强度 14.3 12.3 12.3 17.2弹性模量弹性模量 298 295 295 352折射率折射率 1.55 1.542 线膨胀系数线膨胀系数 5106 8106 9106 5106比电阻比电阻 1015 1010 3、玻纤的特点、玻纤的特点 既不存在结晶组织，也不具有普通液体的既不存在结晶组织，也不具有普通液体的流动性。

流动性硅、硼、磷、锗、砷等的氧化物构成结构硅、硼、磷、锗、砷等的氧化物构成结构网络网络决定基本性质决定基本性质钠、钾、钙、镁、钡等金属氧化物的阳离钠、钾、钙、镁、钡等金属氧化物的阳离子可以填入结构网络的空隙子可以填入结构网络的空隙改变玻璃的改变玻璃的物理和化学性质物理和化学性质铝、铁、钛、铍等金属氧化物，可作为改铝、铁、钛、铍等金属氧化物，可作为改性剂或调节剂使用，使玻璃纤维具有所要求性剂或调节剂使用，使玻璃纤维具有所要求的特性抗张强度高，不仅超过普通纺织抗张强度高，不仅超过普通纺织纤维，也高于一般的钢材，没有塑纤维，也高于一般的钢材，没有塑性变形，属于具有脆性特征的弹性性变形，属于具有脆性特征的弹性材料模量不高，与纯铝相近，仅材料模量不高，与纯铝相近，仅为普通钢材的三分之一左右为普通钢材的三分之一左右化学稳定性：对大多数化学药品都是稳定化学稳定性：对大多数化学药品都是稳定的，也不受霉菌、细菌、昆虫等的侵蚀的，也不受霉菌、细菌、昆虫等的侵蚀耐水、耐酸增加耐水、耐酸增加SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3含量或加入含量或加入ZrOZrO2 2、TiOTiO2 2可改进玻璃纤维的耐酸性；提高可改进玻璃纤维的耐酸性；提高SiO2的比例或添加的比例或添加CaOCaO、ZrO2、ZnO2有利于有利于增强耐碱性；增强耐碱性；Al2O3、ZrO2、TiO2等都能强化等都能强化纤维的耐水性。

纤维的耐水性热性能：一般玻璃纤维的软化温度热性能：一般玻璃纤维的软化温度550850，200200250250下强度不会下强度不会降低，但发生收缩在反复波动的高降低，但发生收缩在反复波动的高温环境下，承载玻璃纤维复合材料会温环境下，承载玻璃纤维复合材料会发生界面粘附破坏现象发生界面粘附破坏现象玻璃纤维具有较低的线膨胀系数和导玻璃纤维具有较低的线膨胀系数和导热系数以及良好的热稳定性其耐热热系数以及良好的热稳定性其耐热性主要取决于其化学组成普通硅酸性主要取决于其化学组成普通硅酸盐玻璃纤维在盐玻璃纤维在450 450 附近强度变化不大，附近强度变化不大，而石英纤维或高硅氧玻璃纤维的耐热温度而石英纤维或高硅氧玻璃纤维的耐热温度都超过都超过1200.一种理想的电绝缘体，通过改变组一种理想的电绝缘体，通过改变组成，可以得到介电强度较高和介电常成，可以得到介电强度较高和介电常数较低的玻纤数较低的玻纤光学透明性光学透明性应用应用:玻璃纤维增强材料玻璃钢、玻璃纤维增强材料玻璃钢、多种领域（船艇、建材、耐腐蚀制品多种领域（船艇、建材、耐腐蚀制品等以及民用产品等）等以及民用产品等）玻璃毡玻璃毡保温材料保温材料。

玻璃纤维通常用作玻璃纤维通常用作复合材料复合材料中的增强中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域电路基板等国民经济各个领域网格布、纤维纱、管、毡、复合板等网格布、纤维纱、管、毡、复合板等二、玄武岩纤维二、玄武岩纤维组成：多种氧化物组成：多种氧化物SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、TiO形成：玄武岩矿石（破碎）形成：玄武岩矿石（破碎）-50mm-（投入）池窑（投入）池窑（1500度）度）-纺丝制成成717微米长丝微米长丝主要性能指标：主要性能指标：密度：密度：2.65强度：强度：41004500MPa，部分，部分484MPa模量：模量：225GPa.伸长率：伸长率：3.1%软化点：软化点：960使用温度：使用温度：-260500 性能：性能：耐热介电性能极好，耐热介电性能极好，400C下，介电损下，介电损耗角正切耗角正切0.005，电阻率，电阻率1*1012隔热隔音，对电磁波反射或吸收，屏蔽隔热隔音，对电磁波反射或吸收，屏蔽性能好粘接性能优于玻璃纤维粘接性能优于玻璃纤维成本低，阻燃性能优良，过滤净化性能成本低，阻燃性能优良，过滤净化性能突出。

突出应用：应用：腐蚀性气体、液体的输送管道建筑领域代钢筋混凝土的补强材料，抗震加固，防火安全，保暖节能航空：结构材料，飞机部件，发动机和气动设备及废气系统的绝热和隔音材料应用：应用：能源动力：压缩天然气瓶，输电线路支架造船：小艇的壳体，大船的结构材料，甲板和绝热隔音材料电子工业：仪表壳体，印刷线路基板玄武岩纤维制品有玄武岩纤维制品有:1,玄武岩纤维无捻粗纱，是用多股平行原丝或单股平行原丝在不加玄武岩纤维无捻粗纱，是用多股平行原丝或单股平行原丝在不加捻的状态下并合而成的玄武岩纤维制品，捻的状态下并合而成的玄武岩纤维制品，2,玄武岩纤维纺织纱是由多根玄武岩纤维原丝经过加捻和并股而成玄武岩纤维纺织纱是由多根玄武岩纤维原丝经过加捻和并股而成的纱线，单丝直径一般的纱线，单丝直径一般9 微米纺织纱大体上可分为织造用纱和其他微米纺织纱大体上可分为织造用纱和其他工业用纱；织造纱是以管纱、奶瓶形筒子纱为主工业用纱；织造纱是以管纱、奶瓶形筒子纱为主3,玄武岩纤维短切纱是用连续玄武岩纤维原丝短切而成的产品纤玄武岩纤维短切纱是用连续玄武岩纤维原丝短切而成的产品纤维上涂有（硅烷）浸润剂所以玄武岩纤维短切纱是增强热塑性树脂维上涂有（硅烷）浸润剂。

所以玄武岩纤维短切纱是增强热塑性树脂的首选材料，同时还是增强混凝土的最佳材料玄武岩是一种高性能的首选材料，同时还是增强混凝土的最佳材料玄武岩是一种高性能的火山岩组份，的火山岩组份，这种特殊的硅酸盐，使玄武岩纤维具有优良的耐化学这种特殊的硅酸盐，使玄武岩纤维具有优良的耐化学性，特别具有耐碱性的优点因此，玄武岩纤维是替代聚丙烯（性，特别具有耐碱性的优点因此，玄武岩纤维是替代聚丙烯（PP）、）、聚丙烯腈（聚丙烯腈（PAN）用于增强水泥混凝土的优良材料；也是替代）用于增强水泥混凝土的优良材料；也是替代聚酯纤聚酯纤维维、木质素纤维等用于沥青混凝土极具竞争力的产品，可以提高沥青、木质素纤维等用于沥青混凝土极具竞争力的产品，可以提高沥青混凝土的高温稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性等混凝土的高温稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性等4,将玄武岩纤维纱经过高性能的膨体纱机，制成玄武岩纤维膨体纱将玄武岩纤维纱经过高性能的膨体纱机，制成玄武岩纤维膨体纱成型原理是：高速空气流进入成形膨化通道中形成紊流，利用这种紊成型原理是：高速空气流进入成形膨化通道中形成紊流，利用这种紊流作用将玄武岩纤维分散开，使其形成毛圈状纤维，从而赋予玄武岩流作用将玄武岩纤维分散开，使其形成毛圈状纤维，从而赋予玄武岩纤维膨松性，制造成膨体纱。

纤维膨松性，制造成膨体纱5,玄武岩纤维布玄武岩纤维布 6,玄武岩纤维毡玄武岩纤维毡 7,玄武岩纤维复合材料玄武岩纤维复合材料 玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)等高技术纤维相比，除了具有高技术纤维高强度、高模量的特点外，玄武岩纤维还具有耐高温性佳、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能，且性价比好，是一种纯天然的无机非金属材料，也是一种可以满足国民经济基础产业发展需求的新的基础材料和高技术纤维玄武岩纤维及其复合材料可以较好地满足国防建设、交通运输、建筑、石油化工、环保、电子、航空、航天等领域结构材料的需求，对国防建设、重大工程和产业结构升级具有重要的推动作用它既是21世纪符合生态环境要求的绿色材料，又是一个在世界高技术纤维行业中可持续发展的有竞争力的新材料产业尤其是我国已经拥有自主知识产权的玄武岩纤维制造技术及工艺，并且以“后来居上”的后发展优势达到了国际领先水平，因此，大力发展玄武岩纤维及其复合材料产业无疑具有重要的意义三、石英纤维三、石英纤维熔凝硅石纤维熔凝硅石纤维组成：高纯度天然石英（二氧化硅）为组成：高纯度天然石英（二氧化硅）为原料制成的纤维。

含硅量原料制成的纤维含硅量46.70%指标：指标：SiO2含量99.99%密度：2.2初始模量：690MPa拉伸强度：7GPa拉伸模量：70GPa软化温度：1667C尺寸：增强用：410微米；石英棉：0.710微米性能：性能：高温下损失小，尺寸稳定，化学性能稳高温下损失小，尺寸稳定，化学性能稳定，透光性好，电绝缘性能好，耐高温，定，透光性好，电绝缘性能好，耐高温，耐腐蚀，质地柔软耐腐蚀，质地柔软用途：用途：可以。