玻璃纤维增强机理综述
高材11101班 柯超 13号
摘要：玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。英文原名为：glass fiber 。成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺。最后形成各类产品，玻璃纤维单丝的直径从几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单丝组成，通常作为复材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等，广泛应用于国民经济各个领域。
关键词：玻璃纤维 复合材料 增强机理
一．前言
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，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。
玻璃纤维按形态和长度，可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉；按玻璃成分，可分为无碱、耐化学、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和耐碱（抗碱）玻璃纤维等。
二．正文
（1）增强机理
玻璃纤维增强机理，其实相关的增强理论还是变形层理论和抑制层理论与之相应。玻璃纤维本身的模量很高，且玻璃纤维沿机体内部生长，受到外力时外力扩散与整个材料，抗冲击及弯曲性能提高。
（2）生产过程
生产玻璃纤维的主要原料是：石英砂、氧化铝和叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石磨碎玻璃纤维 磨碎玻璃纤维等。生产方法大致分两类：一类是将熔融玻璃直接制成纤维；一类是将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球或棒，再以多种方式加热重熔后制成直径为 3～80μm的甚细纤维。通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维，称为连续玻璃纤维，通称长纤维。通过辊筒或气流制成的非连续纤维,称为定长玻璃纤维，通称短纤维。
玻璃纤维按组成、性质和用途，分为不同的级别。按标准级规定(见表)，E级玻璃纤维使用最普遍，广泛用于电绝缘材料；S级为特殊纤维。
(3)特点介绍
原料及其应用：玻璃纤维比有机纤维耐温高，不燃，抗腐，隔热、隔音性好，抗
拉强度高，电绝缘性好。但性脆，耐磨性较差。用来制造增强塑料（见彩图）或增强橡胶，作为补强材玻璃纤维具有以下之特点，这些特点使玻璃纤维之使用远较其他种类纤维来得广泛，发展速度亦遥遥领先其特性列举如下：
(1)拉伸强度高，伸长小(3%)。
2)弹性系数高，刚性佳。
(3)弹性限度内伸长量大且拉伸强度高，故吸收冲击能量大。
(4)为无机纤维，具不燃性，耐化学性佳。
(5)吸水性小。
(6)尺度安定性，耐热性均佳。
(7)加工性佳，可作成股、束、毡、织布等不同形态之产品。
(8)透明可透过光线。
(9)与树脂接着性良好之表面处理剂之开发完成。
(10)价格便宜。
(11)不易燃烧，高温下可熔成玻璃状小珠。
（4）材料分类
生产玻璃纤维用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。国际上已经商品化的纤维用的玻璃成分如下：
E-玻璃
亦称无碱玻璃，是一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分，具有良好的电气绝缘性及机械性能，广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维，也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维，它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。
C-玻璃
亦称中碱玻璃，其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10%～20%，通常国外的中碱玻璃纤维含一定数量的三氧化二硼，而我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。在国外，中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品，如用于生产玻璃纤维表面毡等也用于增强沥青屋面材料，但在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半（60%），广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。
AR玻璃纤维
亦称耐碱玻璃纤维，耐碱玻璃纤维是玻璃纤维增强（水泥）混凝土（简称GRC）的肋筋材料，是100%无机纤维，在非承重的水泥构件中是钢材和石棉的理想替代品。耐碱玻璃纤维的特点是耐碱性好，能有效抵抗水泥中高碱物质的侵蚀，握裹力强，弹性模量、抗冲击、抗拉、抗弯强度极高，不燃、抗冻、耐温度、湿度变化能力强，抗裂、抗渗性能卓越，具有可设计性强，易成型等特点，耐碱玻璃纤维是广泛应用在高性能增强（水泥）混凝土中的一种新型的绿色环保型增强材料。
A玻璃
亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻璃纤维。
E-CR玻璃
是一种改进的无硼无碱玻璃，用于生产耐酸耐水性好的玻璃纤维，其耐水性比无
碱玻纤改善7～8倍，耐酸性比中碱玻纤也优越不少，是专为地下管道、贮罐等开发的新品种。
D玻璃
亦称低介电玻璃，用于生产介电强度好的低介电玻璃纤维。
除了以上的玻璃纤维成分以外，如今还出现一种新的无碱玻璃纤维，它完全不含硼，从而减轻环境污染，但其电绝缘性能及机械性能都与传统的E玻璃相似。另外还有一种双玻璃成分的玻璃纤维，已用在生产玻璃棉中，据称在作玻璃钢增强材料方面也有潜力。此外还有无氟玻璃纤维，是为环保要求而开发出来的改进型无碱玻璃纤维。
（4）工艺过程
玻璃纤维生产工艺有两种：两次成型-坩埚拉丝法，一次成型-池窑拉丝法。
坩埚拉丝法工艺繁多，先把玻璃原料高温熔制成玻璃球，然后将玻璃球二次熔化，高速拉丝制成玻璃纤维原丝。这种工艺有能耗高、成型工艺不稳定、劳动生产率低等种种弊端，基本被大型玻纤生产厂家淘汰。
池窑拉丝法把叶腊石等原料在窑炉中熔制成玻璃溶液，排除气泡后经通路运送至多孔漏板，高速拉制成玻纤原丝。窑炉可以通过多条通路连接上百个漏板同时生产。这种工艺工序简单、节能降耗、成型稳定、高效高产，便于大规模全自动化生产，成为国际主流生产工艺，用该工艺生产的玻璃纤维约占全球产量的90%以上。
（5）玻璃纤维织物
以下介绍的是以玻璃纤维纱线织造的各种玻璃纤维织物。
（1）玻璃布我国生产的玻璃布，分为无碱和中碱两类，国外大多数是无碱玻璃布。玻璃布主要用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、船艇、模具等。中碱玻璃布主要用于生产涂塑包装布，以及用于耐腐蚀场合。织物的特性由纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹所决定。经纬密度又由纱结构和织纹决定。经纬密加上纱结构，就决定了织物的物理性质，如重量、厚度和断裂强度等。有五种基本的织纹：平纹、斜纹、缎纹、罗纹和席纹。
（2）玻璃带 玻璃带分为有织边带和无织边带（毛边带）主要织法是平纹。玻璃带常用于制造高强度、介电性能好的电气设备零部件。
（3）单向织物 单向织物是一种粗经纱和细纬纱织成的四经破缎纹或长轴缎纹织物。其特点是在经纱主向上具有高强度。
（4）立体织物立体织物是相对平面织物而言，其结构特征从一维二维发展到了三维，从而使以此为增强体的复合材料具有良好的整体性和仿形性，大大提高了复合材料的层间剪切强度和抗损伤容限。它是随着航天、航空、兵器、船舶等部门的特殊需求发展起来的，今天其应用已拓展至汽车、体育运动器材、医疗器械等部门。主要有五类：机织三维织物、针织三维织物、正交及非正交非织造三维织物、三维编织织物和其它形式的三维织物。立体织物的形状有块状、柱状、管状、空心截锥体及变厚度异形截面等。
（5）异形织物 异形织物的形状和它所要增强的制品的形状非常相似，必须在专用的织机上织造。对称形状的异形织物有：圆盖、锥体、帽、哑铃形织物等，还可以制成箱、船壳等不对称形状。
（6）槽芯织物 槽芯织物是由两层平行的织物，用纵向的竖条连接起来所组成的
织物，其横截面形状可以是三角形或矩形。
（7）玻璃纤维缝编织物 亦称为针织毡或编织毡，它既不同于普通的织物，也不同于通常意义的毡。最典型的缝编织物是一层经纱与一层纬纱重叠在一起，通过缝编将经纱与纬纱编织在一起成为织物。缝编织物的优点如下：①它可以增加玻璃钢层合制品的极限抗张强度，张力下的抗脱层强度以及抗弯强度；②减轻玻璃钢制品的重量；③表面平整使玻璃钢表面光滑；④简化手糊操作，提高劳动生产率。这种增强材料可以在拉挤法玻璃钢及RTM中代替连续原丝毡，还可以在离心法玻璃钢管生产中取代方格布。
(8) 玻璃纤维绝缘套管 以玻璃纤维纱编织成管。 并涂以树脂材料制成的各种绝缘等级的套管. 有PVC树脂玻纤漆管。丙烯酸玻纤漆管,硅树脂玻纤漆管等 组合玻璃纤维
70年代以来，出现了把短切原丝毡、连续原丝毡、无捻粗纱织物和无捻粗纱等，按一定的顺序组合起来的增强材料，大体有以下几种：
（1）短切原丝毡+无捻粗纱织物
（2）短切原丝毡+无捻粗纱布+短切原丝毡
（3）短切原丝毡+连续原丝毡+短切原丝毡
（4）短切原比毡+随机无捻粗纱
（5）短切原丝毡或布+单向碳纤维
（6）短切原丝+表面毡
（7）玻璃布+单向无捻粗纱或玻璃细棒+玻璃布
三．总结
1玻璃纤维是复合材料中的增强材料。
2玻璃纤维增强机理，其实相关的增强理论还是变形层理论和抑制层理论与之相应
玻璃纤维增强机理综述
高材11101班 柯超 13号
摘要：玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。英文原名为：glass fiber 。成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺。最后形成各类产品，玻璃纤维单丝的直径从几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单丝组成，通常作为复材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等，广泛应用于国民经济各个领域。
关键词：玻璃纤维 复合材料 增强机理
一．前言
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，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。
玻璃纤维按形态和长度，可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉；按玻璃成分，可分为无碱、耐化学、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和耐碱（抗碱）玻璃纤维等。
二．正文
（1）增强机理
玻璃纤维增强机理，其实相关的增强理论还是变形层理论和抑制层理论与之相应。玻璃纤维本身的模量很高，且玻璃纤维沿机体内部生长，受到外力时外力扩散与整个材料，抗冲击及弯曲性能提高。
（2）生产过程
生产玻璃纤维的主要原料是：石英砂、氧化铝和叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石磨碎玻璃纤维 磨碎玻璃纤维等。生产方法大致分两类：一类是将熔融玻璃直接制成纤维；一类是将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球或棒，再以多种方式加热重熔后制成直径为 3～80μm的甚细纤维。通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维，称为连续玻璃纤维，通称长纤维。通过辊筒或气流制成的非连续纤维,称为定长玻璃纤维，通称短纤维。
玻璃纤维按组成、性质和用途，分为不同的级别。按标准级规定(见表)，E级玻璃纤维使用最普遍，广泛用于电绝缘材料；S级为特殊纤维。
(3)特点介绍
原料及其应用：玻璃纤维比有机纤维耐温高，不燃，抗腐，隔热、隔音性好，抗
拉强度高，电绝缘性好。但性脆，耐磨性较差。用来制造增强塑料（见彩图）或增强橡胶，作为补强材玻璃纤维具有以下之特点，这些特点使玻璃纤维之使用远较其他种类纤维来得广泛，发展速度亦遥遥领先其特性列举如下：
(1)拉伸强度高，伸长小(3%)。
2)弹性系数高，刚性佳。
(3)弹性限度内伸长量大且拉伸强度高，故吸收冲击能量大。
(4)为无机纤维，具不燃性，耐化学性佳。
(5)吸水性小。
(6)尺度安定性，耐热性均佳。
(7)加工性佳，可作成股、束、毡、织布等不同形态之产品。
(8)透明可透过光线。
(9)与树脂接着性良好之表面处理剂之开发完成。
(10)价格便宜。
(11)不易燃烧，高温下可熔成玻璃状小珠。
（4）材料分类
生产玻璃纤维用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。国际上已经商品化的纤维用的玻璃成分如下：
E-玻璃
亦称无碱玻璃，是一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分，具有良好的电气绝缘性及机械性能，广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维，也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维，它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。
C-玻璃
亦称中碱玻璃，其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10%～20%，通常国外的中碱玻璃纤维含一定数量的三氧化二硼，而我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。在国外，中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品，如用于生产玻璃纤维表面毡等也用于增强沥青屋面材料，但在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半（60%），广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。
AR玻璃纤维
亦称耐碱玻璃纤维，耐碱玻璃纤维是玻璃纤维增强（水泥）混凝土（简称GRC）的肋筋材料，是100%无机纤维，在非承重的水泥构件中是钢材和石棉的理想替代品。耐碱玻璃纤维的特点是耐碱性好，能有效抵抗水泥中高碱物质的侵蚀，握裹力强，弹性模量、抗冲击、抗拉、抗弯强度极高，不燃、抗冻、耐温度、湿度变化能力强，抗裂、抗渗性能卓越，具有可设计性强，易成型等特点，耐碱玻璃纤维是广泛应用在高性能增强（水泥）混凝土中的一种新型的绿色环保型增强材料。
A玻璃
亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻璃纤维。
E-CR玻璃
是一种改进的无硼无碱玻璃，用于生产耐酸耐水性好的玻璃纤维，其耐水性比无
碱玻纤改善7～8倍，耐酸性比中碱玻纤也优越不少，是专为地下管道、贮罐等开发的新品种。
D玻璃
亦称低介电玻璃，用于生产介电强度好的低介电玻璃纤维。
除了以上的玻璃纤维成分以外，如今还出现一种新的无碱玻璃纤维，它完全不含硼，从而减轻环境污染，但其电绝缘性能及机械性能都与传统的E玻璃相似。另外还有一种双玻璃成分的玻璃纤维，已用在生产玻璃棉中，据称在作玻璃钢增强材料方面也有潜力。此外还有无氟玻璃纤维，是为环保要求而开发出来的改进型无碱玻璃纤维。
（4）工艺过程
玻璃纤维生产工艺有两种：两次成型-坩埚拉丝法，一次成型-池窑拉丝法。
坩埚拉丝法工艺繁多，先把玻璃原料高温熔制成玻璃球，然后将玻璃球二次熔化，高速拉丝制成玻璃纤维原丝。这种工艺有能耗高、成型工艺不稳定、劳动生产率低等种种弊端，基本被大型玻纤生产厂家淘汰。
池窑拉丝法把叶腊石等原料在窑炉中熔制成玻璃溶液，排除气泡后经通路运送至多孔漏板，高速拉制成玻纤原丝。窑炉可以通过多条通路连接上百个漏板同时生产。这种工艺工序简单、节能降耗、成型稳定、高效高产，便于大规模全自动化生产，成为国际主流生产工艺，用该工艺生产的玻璃纤维约占全球产量的90%以上。
（5）玻璃纤维织物
以下介绍的是以玻璃纤维纱线织造的各种玻璃纤维织物。
（1）玻璃布我国生产的玻璃布，分为无碱和中碱两类，国外大多数是无碱玻璃布。玻璃布主要用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、船艇、模具等。中碱玻璃布主要用于生产涂塑包装布，以及用于耐腐蚀场合。织物的特性由纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹所决定。经纬密度又由纱结构和织纹决定。经纬密加上纱结构，就决定了织物的物理性质，如重量、厚度和断裂强度等。有五种基本的织纹：平纹、斜纹、缎纹、罗纹和席纹。
（2）玻璃带 玻璃带分为有织边带和无织边带（毛边带）主要织法是平纹。玻璃带常用于制造高强度、介电性能好的电气设备零部件。
（3）单向织物 单向织物是一种粗经纱和细纬纱织成的四经破缎纹或长轴缎纹织物。其特点是在经纱主向上具有高强度。
（4）立体织物立体织物是相对平面织物而言，其结构特征从一维二维发展到了三维，从而使以此为增强体的复合材料具有良好的整体性和仿形性，大大提高了复合材料的层间剪切强度和抗损伤容限。它是随着航天、航空、兵器、船舶等部门的特殊需求发展起来的，今天其应用已拓展至汽车、体育运动器材、医疗器械等部门。主要有五类：机织三维织物、针织三维织物、正交及非正交非织造三维织物、三维编织织物和其它形式的三维织物。立体织物的形状有块状、柱状、管状、空心截锥体及变厚度异形截面等。
（5）异形织物 异形织物的形状和它所要增强的制品的形状非常相似，必须在专用的织机上织造。对称形状的异形织物有：圆盖、锥体、帽、哑铃形织物等，还可以制成箱、船壳等不对称形状。
（6）槽芯织物 槽芯织物是由两层平行的织物，用纵向的竖条连接起来所组成的
织物，其横截面形状可以是三角形或矩形。
（7）玻璃纤维缝编织物 亦称为针织毡或编织毡，它既不同于普通的织物，也不同于通常意义的毡。最典型的缝编织物是一层经纱与一层纬纱重叠在一起，通过缝编将经纱与纬纱编织在一起成为织物。缝编织物的优点如下：①它可以增加玻璃钢层合制品的极限抗张强度，张力下的抗脱层强度以及抗弯强度；②减轻玻璃钢制品的重量；③表面平整使玻璃钢表面光滑；④简化手糊操作，提高劳动生产率。这种增强材料可以在拉挤法玻璃钢及RTM中代替连续原丝毡，还可以在离心法玻璃钢管生产中取代方格布。
(8) 玻璃纤维绝缘套管 以玻璃纤维纱编织成管。 并涂以树脂材料制成的各种绝缘等级的套管. 有PVC树脂玻纤漆管。丙烯酸玻纤漆管,硅树脂玻纤漆管等 组合玻璃纤维
70年代以来，出现了把短切原丝毡、连续原丝毡、无捻粗纱织物和无捻粗纱等，按一定的顺序组合起来的增强材料，大体有以下几种：
（1）短切原丝毡+无捻粗纱织物
（2）短切原丝毡+无捻粗纱布+短切原丝毡
（3）短切原丝毡+连续原丝毡+短切原丝毡
（4）短切原比毡+随机无捻粗纱
（5）短切原丝毡或布+单向碳纤维
（6）短切原丝+表面毡
（7）玻璃布+单向无捻粗纱或玻璃细棒+玻璃布
三．总结
1玻璃纤维是复合材料中的增强材料。
2玻璃纤维增强机理，其实相关的增强理论还是变形层理论和抑制层理论与之相应