玻纤分类及用途（关于玻纤）

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玻璃纤维（美式英语）或玻璃纤维（英联邦英语）是一种使用玻璃纤维的常见纤维增强塑料。纤维可以随机排列，压平成称为短切毡的片材，或编织成玻璃布。塑料基质可以是热固性聚合物基质（通常基于热固性聚合物，例如环氧树脂、聚酯树脂或乙烯基酯树脂）或热塑性塑料。

它比碳纤维更便宜，更灵活，按重量计算比许多金属更坚固，无磁性，不导电，对电磁辐射透明，可以模制成复杂的形状，并且在许多情况下具有化学惰性。应用包括飞机、船只、汽车、浴缸和外壳、游泳池、热水浴缸、化粪池、水箱、屋顶、管道、覆层、矫形石膏、冲浪板和外门蒙皮。

玻璃纤维的其他常见名称是玻璃增强塑料（GRP），玻璃纤维增强塑料（GFRP）或GFK（来自德语：Glasfaserverstärkter Kunststoff）。由于玻璃纤维本身有时被称为“玻璃纤维”，因此该复合材料也称为玻璃纤维增强塑料（FRP）。本文将采用“玻璃纤维”是指完整的纤维增强复合材料的惯例，而不仅仅是其中的玻璃纤维。

碳纤维增强聚合物是一种类似的复合材料，其中增强材料是碳纤维。

一、历史玻璃纤维已经生产了几个世纪，但最早的专利是1880年在美国授予普鲁士发明家赫尔曼·哈姆斯法尔（Hermann Hammesfahr，1845-1914）。

玻璃线的大规模生产是在1932年偶然发现的，当时欧文斯 - 伊利诺伊州的研究员Games Slayter将压缩空气射流引导到熔融玻璃流并产生纤维。这种生产玻璃棉的方法于1933年首次申请专利。[5]欧文斯于1935年加入康宁公司，欧文斯科宁于1936年采用该方法生产其专利“玻璃纤维”（拼写为一个“s”）。最初，玻璃纤维是一种玻璃棉，纤维捕获了大量气体，使其可用作绝缘体，尤其是在高温下。

杜邦公司于1936年开发了一种合适的树脂，用于将玻璃纤维与塑料结合以生产复合材料。现代聚酯树脂的第一个祖先是1942年的氰胺树脂。当时已使用过氧化物固化系统。[6]随着玻璃纤维和树脂的结合，材料的气体含量被塑料取代。这将绝缘性能降低到塑料的典型值，但现在复合材料首次显示出作为结构和建筑材料的强度和前景。许多玻璃纤维复合材料继续被称为“玻璃纤维”（作为通用名称），该名称也用于含有气体而不是塑料的低密度玻璃棉产品。

欧文斯科宁公司的雷·格林（Ray Greene）被认为在1937年生产了第一艘复合材料船，但由于所用塑料的脆性，当时没有进一步推进。据报道，1939年俄罗斯用塑料材料建造了一艘客船，美国建造了一架飞机的机身和机翼。第一辆拥有玻璃纤维车身的汽车是1946年的Stout Scarab原型，但该模型没有投入生产.

二、纤维

用于玻璃纤维的玻璃增强材料以不同的物理形式提供：微球、短切或编织玻璃布。与用于绝缘的玻璃纤维不同，为了使最终结构坚固，纤维的表面必须几乎完全没有缺陷，因为这允许纤维达到千兆帕的拉伸强度。如果一块散装玻璃没有缺陷，它将与玻璃纤维一样坚固;然而，在实验室条件之外生产和维护无缺陷状态的散装材料通常是不切实际的。

1、生产制造玻璃纤维的过程称为拉挤成型。适合加固的玻璃纤维的制造工艺使用大型炉子逐渐熔化硅砂，石灰石，高岭土，萤石，钴金石，白云石和其他矿物，直到形成液体。然后通过衬套（喷丝头）挤出，衬套是一束非常小的孔（E玻璃的直径通常为5-25微米，S玻璃的直径通常为9微米）。

然后用化学溶液对这些细丝进行尺寸调整（涂层）。现在，单个细丝被大量捆绑以提供粗纱。细丝的直径和粗纱中的细丝数量决定了其重量，通常以以下两种测量系统之一表示：

产量，或每磅码数（一磅材料中的纤维码数;因此较小的数字意味着较重的粗纱）。标准收益率的例子有 225yield、450yield、675yield。Tex，或克/公里（1公里粗纱的重量，与产量倒置;因此较小的数字意味着更轻的粗纱）。标准tex的例子有750tex，1100tex，2200tex。然后，这些粗纱可以直接用于复合材料应用，例如拉挤成型、长丝缠绕（管道）、喷枪粗纱（自动喷枪将玻璃切成短长度并将其放入树脂喷射中，投射到模具表面），或者在中间步骤中用于制造短切毡等织物 （中新社）（由随机取向的小长度纤维粘合在一起制成），机织织物，针织织物或单向织物。

短切股垫短切绞线垫或CSM是玻璃纤维中使用的一种增强形式。它由随机放置的玻璃纤维组成，并通过粘合剂固定在一起。

它通常使用手糊技术进行加工，其中将材料片放在模具上并涂上树脂。由于粘合剂溶解在树脂中，因此材料在润湿时很容易符合不同的形状。树脂固化后，硬化后的产品可以从模具中取出并完成。

使用短切绞线毡赋予玻璃纤维各向同性平面内材料特性。

2、尺寸在粗纱上涂上涂层或底漆以：

帮助保护玻璃丝以进行加工和操作。确保与树脂基体的适当粘合，从而允许剪切载荷从玻璃纤维传递到热固性塑料。如果没有这种粘合，纤维可能会在基质中“滑动”，导致局部故障。

三、属性单个结构玻璃纤维在拉伸和压缩方面既坚硬又强，即沿其轴线。虽然可以假设纤维的压缩能力很弱，但实际上只有纤维的长纵横比才使它看起来如此;即，由于典型的纤维又长又窄，因此很容易弯曲。[9] 另一方面，玻璃纤维的剪切力较弱，即横跨其轴线。因此，如果一组纤维可以在材料内以首选方向永久排列，并且如果可以防止它们在压缩时屈曲，则材料将在该方向上优先强度。

此外，通过将多层纤维堆叠在一起，每层都朝向不同的首选方向，可以有效地控制材料的整体刚度和强度。在玻璃纤维中，塑料基体将结构玻璃纤维永久地限制在设计师选择的方向上。对于短切的绞线垫，这种方向性本质上是一个完整的二维平面;使用机织织物或单向层，可以在平面内更精确地控制刚度和强度的方向性。

玻璃纤维部件通常采用薄“外壳”结构，有时内部填充结构泡沫，例如冲浪板。该部件的形状几乎是任意的，仅受用于制造外壳的模具的复杂性和公差的限制。

材料的机械功能在很大程度上依赖于树脂（又名基体）和纤维的综合性能。例如，在恶劣的温度条件下（超过180°C），复合材料的树脂成分可能会失去其功能，部分原因是树脂和纤维的粘合劣化。然而，GFRP在经历高温（200°C）后仍能显示出显着的残余强度。

使用的玻璃纤维类型主条目：玻璃纤维玻璃纤维中最常用的玻璃纤维类型是E-glass，它是w/w碱氧化物小于1%的铝硼硅酸盐玻璃，主要用于玻璃增强塑料。使用的其他类型的玻璃是A玻璃（一种碱性石灰玻璃，很少或没有氧化硼），E-CR玻璃（E-lectrical/C水性R玻璃;铝石灰硅酸盐，w/w碱氧化物小于1%，具有高耐酸性），C-玻璃（具有高氧化硼含量的碱性石灰玻璃，用于玻璃短纤维和绝缘材料），D-玻璃（硼硅酸盐玻璃，因其低D而得名）i电常数）、R玻璃（不含MgO和CaO的氧化铝硅酸盐玻璃，机械要求高R增强）和S玻璃（不含CaO但MgO含量高，抗拉强度高的铝硅酸盐玻璃）。

纯二氧化硅（二氧化硅）作为熔融石英冷却到没有真正熔点的玻璃中时，可以用作玻璃纤维的玻璃纤维，但缺点是必须在非常高的温度下工作。为了降低必要的工作温度，引入了其他材料作为“助熔剂”（即降低熔点的成分）。

普通的A玻璃（“A”代表“碱石灰”）或钠钙玻璃，粉碎并准备重新熔化，作为所谓的碎玻璃，是第一种用于玻璃纤维的玻璃。E-玻璃（“E”，因为最初的电气应用）不含碱，是第一个用于连续长丝形成的玻璃配方。它现在占世界上大部分玻璃纤维产量，也是全球最大的硼矿物消费国。它容易受到氯离子侵蚀，是海洋应用的不良选择。S-玻璃（“S”代表“刚性”）用于拉伸强度（高模量）很重要的情况，因此是一种重要的建筑和飞机环氧树脂复合材料（它被称为R-玻璃，“R”在欧洲代表“增强”）。C-玻璃（“C”代表“耐化学性”）和T玻璃（“T”代表“热绝缘体”——C-玻璃的北美变体）耐化学侵蚀;两者都经常出现在绝缘级的吹制玻璃纤维中。

一些常见的玻璃纤维类型表

四、应用玻璃纤维是一种用途广泛的材料，因为它重量轻，固有的强度，耐候性表面和各种表面纹理。

商业用途的纤维增强塑料的开发在1930年代得到了广泛的研究。航空业对此特别感兴趣。1932年，当欧文斯 - 伊利诺伊州的一名研究人员将压缩空气射流引导到熔融玻璃流并产生的纤维时，意外发现了一种大规模生产玻璃束的方法。1935年欧文斯与康宁公司合并后，欧文斯科宁采用了这种方法来生产其专利“玻璃纤维”（一个“s”）。杜邦公司于1936年开发了一种用于将“玻璃纤维”与塑料结合的合适树脂。现代聚酯树脂的第一个祖先是1942年的氰胺。当时已使用过氧化物固化系统。

在第二次世界大战期间，玻璃纤维被开发为飞机天线罩中使用的模压胶合板的替代品（玻璃纤维对微波透明）。它的第一个主要民用应用是建造船只和跑车车身，在 1950 年代获得了认可。它的用途已扩大到汽车和运动器材领域。在某些产品的生产中，例如飞机，现在使用碳纤维代替玻璃纤维，玻璃纤维在体积和重量上都更坚固。

预浸料和纤维粗纱等先进制造技术扩展了玻璃纤维的应用范围和纤维增强塑料的拉伸强度。

玻璃纤维还用于电信行业，用于遮蔽天线，因为它具有射频渗透性和低信号衰减特性。它还可用于隐藏不需要信号渗透性的其他设备，例如设备机柜和钢支撑结构，因为它可以很容易地成型和涂漆以与现有结构和表面融合。其他用途包括电力工业产品中常见的片状电绝缘体和结构部件。由于玻璃纤维的轻巧耐用，它通常用于头盔等防护设备。许多运动使用玻璃纤维防护装备，例如守门员和捕手的面罩.

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