什么是玻璃纤维

　　什么是玻璃纤维玻璃纤维是一种工程材料，具有不燃、耐腐蚀、耐高温、吸湿小、伸长小等优良性能。在电气、力学、化学、等方面也有很优良的特性。发掘并利用其优点，通过物理、化学等方法对其进行改性，以改进其原有的不足，将有助于推动连续玻璃纤维制品的合理使用和不断扩大应用领域。外观特性通常玻璃纤维外表呈光滑的圆柱状，其截面呈完整的圆形。这是由于纤维在成型过程中熔融玻璃被牵伸和冷却成固态的纤维前，在表面张力作用下收缩成表面积做小的圆形所致。它不同于有机纤维，有机纤维表面由于具有较深的皱纹，表面为非圆形的结构。玻璃纤维由于表面光滑，所以纤维间的抱合力非常小，用它造纸强度不高，但作为过滤材料，对气体和液体通过的阻力也小密度玻璃纤维的密度比有机纤维高，但比大多数金属低，大致与铝相近。玻璃纤维的密度一般在2.50~2.70g/cm左右，主要取决于玻璃成分。某种特种玻璃纤维，如石英玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维和低介电玻璃纤维等，他们的密度更低，仅为2.0~2.20g/cm，而高模量玻璃纤维密度可达2.07~2.90g/cm。玻璃纤维密度要比同成分的块状玻璃低，拉伸强度玻璃纤维的强度不仅要比块状玻璃的强度高数十倍，而且也远远超过其他天然纤维、合成以及各种合金材料，所以是理想的增强材料。下表中列出了各种材料的拉伸强度。各种材料的拉伸强度材料玻璃纤维尼龙人造丝铬钼钢轻质镁合金碳纤维拉伸强度/MPa1470~4800490~680340~900影响玻璃纤维的强度的因素很多。玻璃组成不同，用他们制成的纤维强度不同。下表是几种不同成分的玻璃纤维新生态单丝拉伸强度。从表中可见Na玻璃居中，而MgO-Al组成的玻璃结构紧密，所以强度最高。各种玻璃成分的新生态单丝拉伸强度纤维类别石英S-2高强2玻璃4#新生态单丝强度/MPa5880~138184580~0数据颖字蒋国栋等译，《玻璃手册》，1985，p.525.玻璃纤维的强度很容易损失。刚拉制的新生态纤维的强度很高，但暴露在空气中一段时间之后或缠绕在绕丝筒上之后，强度很快就下降。玻璃纤维的主要用途之一就是在电气工业中作为各种电绝缘材料、雷达罩透波材料等。这是它具有良好的电绝缘性能和介电性能。一开始玻璃纤维就是为电绝缘用途而研制的。除了某些特殊成分的玻璃（如半导体玻璃）是电子导电外，一般的硅酸盐玻璃是离子导电。在常温下，构成玻璃网络的硅氧或硼氧、铝氧骨架几乎不导电。但是网络中充填了阳离子，特别是充填了碱金属离子时，这些以离子键结合的阳离子具有一定的游动性，使玻璃成为一种弱导电体。他们是影响玻璃电绝缘性能的主要因素。玻璃的电阻随温度的升高而降低。达到一定温度以后，可以使玻璃液通电而产生热量。玻璃电熔或电辅助加热技术就是根据这一现象实施的。我国目前生产玻璃纤维用的代铂炉，也是采用电容技术将玻璃球重融为玻璃液的。电熔或电辅助技术能减轻玻璃污染，又能节省能源，提高玻璃质量和产量，所以已受到人们更大的关注。玻璃成分是影响玻璃电能的主要因素。除此之外，玻璃的表面状态以及空气的湿度也会影响到电性能，尤其是玻璃的表面电阻。玻璃纤维成型的过程中，需要在纤维表面上涂覆一层浸润剂。如果浸润剂是憎水性的，就会提高表面电阻。配置浸润剂的水质对电性能有显著影响。实验结果说明如果用离子水配置的浸润剂涂覆纤维，加工成玻璃布后用硅烷处理，并制成层压板，经测定，水煮后的插销电阻比用一般原水时增加了10数量级这是因为一般原水中含有大量的钙、镁、氯及酸根电介质，在处理布的过程中他们残留在纤维表面，从而降低了电阻。随着空气的湿度增大，玻璃纤维的表面纤维电阻会大大降低。这是由于纤维表面吸附的水与玻璃作用，在表面生成一种溶膜液，膜中的Na+离子和其他离子具有较高的迁移能力，因而降低了表面电阻。玻璃纤维作为电绝缘材料比其他绝缘材料有很大的优越性。尤其是在提高温度和湿度的情况下。下表中的数据充分证明了这一点。采用玻璃纤维绝缘材料可延长电动机的使用寿命4~5倍。在许多情况下，可使电机尺寸缩小25%~40%玻璃带与其他材料在不同湿度下的电阻制品在下列湿度(%)下的电阻/MΩ90470.625mm后连续玻纤带160100000.625mm厚石棉纤维带0.223.20.275厚棉织带2910000石英玻璃纤维和高硅氧纤维的电绝缘性能最好，就是因为他们没有上述的种种降低电绝缘性能的因素。它们的体积电阻率，介电损耗，介电常数都比E玻璃纤维好。随着工业技术的发展，现有的E玻璃已经不能满足需求，因为它的介电常数为6.6，不适宜制造高透波、宽频带的雷达罩的要求。由此研究开发了低阶电常数的玻璃纤维新品种，它在较宽的频带内，介电常数小于4.0，比E玻璃纤维低39%，而且介电损耗角小于0.003，介电常数随温度和频率的变化小，这种特性使雷达罩复合材料的雷达波透过能力强，在国防、飞机、气象等方面应用越来越广泛。低的介电常数，提高了信号在线路中的传输速度，因此也是高度计算机集成电路板的理想增强材料。介电常数决定于介质组成部分中的极化度，极化能力越大，介质的介电常数越大。影响介电常数的因素很多，它随着电流频率的增高而减小，随温度的增高而增大。一般来说，100~200内，介电常数升高不多。但是当再提高到250~300时，介电常数增加较多，有时会产生突变。介电常数与玻璃的化学组成关系很大。单氯化物的Sio2、B2O3玻璃，其电介常数较小，如石英玻璃仅为3.75。而当有80%氯氧化物的铝硅玻璃，介电常数可高达16.2，这是由于玻璃中含有极化度高的Pb0所致。由此可见，通过玻璃组成对介电常数影响的研究，调整玻璃中氧化物比例，就可以获得低阶电或高阶电的玻璃，并生产出具有该特性的玻璃纤维。所谓介电损耗系指电介质在电场作用下单位时间内消耗的能量，也就是引起电介质发热的能量。介电损耗与玻璃的化学组成关系很大，其规律类似于影响玻璃电阻。凡能增大电导率的氯化物都会增加介电损失，所以含大量碱金属氧化物的玻璃具有最大的介电损失。因此为了降低介电损耗，都要限止玻璃中碱金属氧化物的含量，如E玻璃纤维中的R2O0.8%。