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復(fù)合材料中常見的玻璃纖維形態(tài)有哪些?
發(fā)布時(shí)間:2020-07-13
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玻璃纖維是目前聚合物基復(fù)合材料中用量最大的增強(qiáng)纖維材料,在復(fù)材屆一直扮演一個(gè)非常重要的角色。作為玻璃鋼frp(玻璃纖維增強(qiáng)塑料)的合伙人,在二十世紀(jì)30年代末一家叫歐文斯-康寧的公司將玻璃纖維實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

 

而另外一個(gè)重要的合伙人——不飽和聚酯樹脂姍姍來遲,直到1942年,美國橡膠公司開始投產(chǎn)不飽和聚酯樹脂。

 

也就在這一年,一次偶然間的的失誤,添加了引發(fā)劑的不飽和聚酯樹脂碰上了玻璃纖維布,固化后堅(jiān)硬如鐵的性能引起了研究人員的注意。隨后美國用玻璃纖維布增強(qiáng)不飽和聚酯樹脂制得一批軍用飛機(jī)雷達(dá)天線罩,一飛沖天。

 

自此,玻璃鋼C位出道!

 

常說的玻璃纖維其實(shí)是一個(gè)總稱,針對不同的產(chǎn)品、工藝以及性能要求,會(huì)有不同的形態(tài)。今天我想來寫的是常見玻璃纖維的一些形態(tài)。

 

01、直接無捻粗紗

直接紗是玻璃熔體通過鉑金漏板直接拉制而成連續(xù)纖維,又稱單股無捻粗紗。一般會(huì)收集成一捆一捆的紗團(tuán),再打包成托盤。

主要應(yīng)用:拉擠、纏繞、編織、增強(qiáng)熱塑性塑料(雙螺桿機(jī))、LFT。

 

02、合股無捻粗紗

合股紗是單紗經(jīng)過拈線工序,將兩根或兩根以上的單紗并在一起加拈而成。簡單點(diǎn)可以理解為將多股直接紗,通過專門的絡(luò)紗設(shè)備并絡(luò)成一股,就叫合股紗。合股的主要目的是將絲餅加工成要求的線密度及形狀。

直接紗屬于一步法,生產(chǎn)效率高,成本低,毛羽少。合股紗屬于二步法,通過絡(luò)紗后均勻性更好,容易分散,適合短切,但毛羽較多。

教大家一個(gè)小訣竅,如何快速分辨直接紗和合股紗?抽一股紗出來,快速抖動(dòng),仍舊一股的是直接紗,分散成多股的是合股紗。

主要應(yīng)用:噴射、SMC、機(jī)制板、制氈、增強(qiáng)熱塑性塑料(雙螺桿機(jī))、GMT、拉擠、纏繞。

 

03、膨體紗

膨體紗是將玻璃纖維紗利用壓縮空氣進(jìn)行沖擊和擾動(dòng),使紗線中的纖維分離,體積增大而成為膨體紗。它既有連續(xù)纖維的高強(qiáng)度,又具有短纖維的蓬松性。

膨體紗解決了傳統(tǒng)玻璃纖維表面光滑、無分支、易折斷等問題,由于蓬松、柔軟、比表面積大,對粘結(jié)劑的吸附力強(qiáng),適合制造摩擦材料。另外膨體紗的導(dǎo)熱系數(shù)低,適合用來做保溫材料。

主要應(yīng)用:汽車剎車片、保溫材料、拉擠。

 

04、細(xì)紗

細(xì)紗是指單絲直徑在10微米以下的玻璃纖維紗,其常見單絲直徑為5、7、9微米。隨著技術(shù)的發(fā)展,也出現(xiàn)了4、4.5微米的單絲直徑。按用途不同分為電子紗和工業(yè)紗。

主要用途:電子紗用來織成電子布,用于覆銅板的制造。工業(yè)紗主要用作工業(yè)織物,如防火簾、同步帶、簾子線、編制套管等。

 

05、方格布

方格布是無捻粗紗平紋織物,經(jīng)紗和緯紗以90°上下交錯(cuò)編織而成,強(qiáng)度在織物的經(jīng)緯方向上。

主要應(yīng)用:手糊。

 

06、經(jīng)編軸向織物

經(jīng)編軸向織物是將玻璃纖維直接無捻粗紗在多軸向經(jīng)編機(jī)上經(jīng)編而成,經(jīng)、緯紗線按照預(yù)設(shè)角度進(jìn)行一層或多層排列,再用縫編線捆綁而成。

比較常見的角度有0°、90°、45°、-45°,按層數(shù)不同分為單向布、雙軸向布、三軸向布和四軸向布。

由于層與層之間紗線是平行的,沒有交叉,有利于樹脂的流動(dòng),軸向布常用于閉模工藝中。而且編織時(shí)紗線沒有彎曲,力學(xué)損耗較小,強(qiáng)度更高。沒有明顯的織物印痕,因此制品表面質(zhì)量高。

主要應(yīng)用:真空導(dǎo)入、RTM、手糊、拉擠。

 

07、短切氈

短切氈是將玻璃纖維原絲短切成一定長度(通常20-50mm),隨機(jī)沉降在輸送帶上,然后用粉劑或乳劑粘接劑將這些短切纖維粘接在一起。

我們通常說的粉劑氈和乳劑氈主要是所用的粘接劑不一樣。粉劑氈比較柔軟,浸透性比較好,但干強(qiáng)度較差,不適合做大件產(chǎn)品,而且容易掉毛,對環(huán)境不友好。乳劑氈偏硬,浸透性較差,但干強(qiáng)度好,不宜撕裂,而且不容易掉毛,對環(huán)境友好。

主要應(yīng)用:手糊、機(jī)制板。

 

08、縫編氈

縫編氈是將一定長度的短切玻璃纖維原絲,無定向沉降,然后用有機(jī)纖維縫編而成。

對比短切氈的成型,兩者非常相似,唯一的區(qū)別是短切氈用粘接劑將短切原絲粘接,而縫編氈采用的是縫編線??p編氈的抗拉強(qiáng)度高,不易產(chǎn)生變形,適用于多種成型工藝。

主要應(yīng)用:拉擠、纏繞、模壓、RTM。

 

09、復(fù)合氈

通常所說的玻璃纖維復(fù)合氈是由玻璃纖維無捻粗紗作單層或多層平行排列,最外一層復(fù)合短切成一定長度的玻璃纖維紗,用有機(jī)纖維縫制而成。

簡單點(diǎn)理解,就是軸向布+縫編氈。

由于一些制品的特殊要求,市面上也有方格布加短切紗的復(fù)合氈,用于手糊工藝。不過從習(xí)慣上來說,通常提到復(fù)合氈還是指軸向布復(fù)合短切紗。

復(fù)合氈設(shè)計(jì)性強(qiáng),可以減少鋪層,提高生產(chǎn)效率。層間結(jié)合力好,纖維不易變形,沒有粘結(jié)劑,易浸透。

主要應(yīng)用:真空導(dǎo)入、RTM、手糊、拉擠。

 

10、閉模氈

閉模氈,又稱為夾芯氈。通常有三層,上下的表面層為玻璃纖維短切紗,中間是PP材質(zhì)的導(dǎo)流氈,通過滌綸線捆綁在一起成為一個(gè)三明治結(jié)構(gòu)。其中,短切紗是作為增強(qiáng)材料,提供強(qiáng)度;PP氈是在樹脂導(dǎo)入過程中起到快速導(dǎo)流的效果。

因短切紗是非連續(xù)性纖維,強(qiáng)度較差,因此也可以將上下兩層的短切紗替換成軸向布,來滿足制品更高的強(qiáng)度要求。

閉模氈也屬于一種復(fù)合氈,可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。能根據(jù)不同的要求,對鋪層進(jìn)行設(shè)計(jì)。導(dǎo)流效果好,常用于閉模工藝。

主要應(yīng)用:RTM、真空導(dǎo)入。

 

11、連續(xù)氈

連續(xù)氈是以一定號數(shù)的連續(xù)纖維無定向成圈狀分布在網(wǎng)帶上,靠原絲股之間力學(xué)作用及少量粘結(jié)劑結(jié)合而成氈。

連續(xù)氈又分為一步法和二步法。

一步法是從池窯拉絲下來,直接通過漏板下面的成型裝置鋪放成氈。優(yōu)點(diǎn)是能耗低,產(chǎn)量大、成本低,層間結(jié)合力好,均勻性更好。缺點(diǎn)是技術(shù)難度高,基本被歐美壟斷,所以賣得也貴。

二步法則是先拉出原絲,再把原絲通過設(shè)備鋪成氈。需二次加工,能耗比較高,成本也高。層間結(jié)合力差,容易出現(xiàn)粘結(jié)不良的現(xiàn)象,均勻性也較差。國內(nèi)企業(yè)多數(shù)采用的是二步法,2013年九鼎突破“一步法”技術(shù)難關(guān),填補(bǔ)了國內(nèi)該領(lǐng)域的空白。

連續(xù)氈的纖維是連續(xù)性的,因此其力學(xué)強(qiáng)度比短切氈好。沒有縫編線,制品表面質(zhì)量好。各向同性,整體性能優(yōu)異,適用于多種工藝。

主要應(yīng)用:拉擠、纏繞、模壓、RTM、真空導(dǎo)入、GMT。

 

12、玻纖表面氈

表面氈是由玻璃纖維原絲短切成的股紗,經(jīng)過“制漿、成型、浸膠、烘干”而制成的玻璃纖維隨機(jī)均勻分布的紙片狀產(chǎn)品。此種屬濕法工藝,類似造紙工藝,另外還有一種干法工藝。

表面氈在制品表面形成一層富樹脂層,可以提高表面質(zhì)量、耐腐蝕性能和防漏性。

除了玻璃鋼領(lǐng)域,玻璃纖維表面氈還可用于建筑領(lǐng)域,作防水氈、地毯氈、地板氈等。

主要應(yīng)用:手糊、纏繞、模壓、噴射。

 

13、針刺氈

針刺氈是用刺針對梳理后的短切玻纖氈進(jìn)行針刺,用機(jī)械方法使氈層玻纖之間、氈層玻纖與增強(qiáng)玻纖基布之間纖維相互纏結(jié),纖網(wǎng)得以加固而制成的氈狀非織造布材料。

針刺氈孔隙率高,具有良好的吸音、減震、耐腐蝕、絕緣、耐高溫、阻燃的性能。

主要應(yīng)用:保溫隔熱、隔音、防火、絕緣。

 

14、短切原絲

將玻璃纖維紗短切成一定長度的原絲。

主要應(yīng)用:濕法短切(增強(qiáng)石膏、濕法薄氈)、BMC、增強(qiáng)熱塑性塑料(單螺桿機(jī))。

 

15、磨碎纖維

磨碎纖維由錘磨機(jī)或球磨機(jī)將短切纖維磨碎而成。用作樹脂的填料以改善表面裂紋現(xiàn)象,降低收縮率,也可用作增強(qiáng)材料。

主要應(yīng)用:澆鑄、RIM(反應(yīng)注射成型)。

 

看完這15種形態(tài)的玻璃纖維,相信你對它的認(rèn)識(shí)又能更進(jìn)一步了。

玻璃纖維作為體量最大的增強(qiáng)材料,應(yīng)用成熟,形態(tài)也比較多。在此基礎(chǔ)上,再去了解其它增強(qiáng)纖維的形態(tài),就更簡單了。

(作者:長弓俠,來源:復(fù)合材料社區(qū))

 

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