拉擠工藝：增強材料 zund G3 XL-3200-功能性織布台中切割加工－楊家銘焦點新聞熱搜

    在復合材料中，凡能夠增強基體力學性能的物質稱為增強材料。增強材料主要是纖維狀材料，其種類很多。按其化學性質，大致可分為無機增強材料和有機增強材料兩大類。無機增強材料有：玻璃纖維、碳纖維、高硅氧纖維、硼纖維、晶須、石棉纖維及金屬纖維等。有機增強材料有：芳綸纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、維尼綸纖維、聚丙烯纖維、聚酞亞胺纖維等：天然纖維如棉纖維、麻類、植物的秸稈類等。下面對幾種拉擠產品常用的增強材料作以簡要介紹。
一、玻璃纖維
   （一）玻璃纖維分類
    在拉擠制品中，應用廣泛的為玻璃纖維。玻璃纖維的分類方法很多。一般可從玻璃原料成分、單絲直徑、纖維外觀、生產方法和纖維使用特性等方面進行分類。
    按原料成分分類，主要用于連續玻璃纖維。一般以不同的堿金屬氧化物含量來區分，堿金屬氧化物一般指氧化鈉、氧化鉀。在玻璃原料中，由純堿、芒硝、長石等物質引入。堿金屬氧化物是普通玻璃的主要組分之一，其主要作用是降低玻璃的熔點。但玻璃中堿金屬氧化物的含量愈高，它的化學穩定性、電絕緣性能和強度都會相應降低。因此，對不同用途的玻璃纖維，可采用不同含堿量的玻璃成分。因此，人們往往以玻璃纖維成分的含堿量高低，作為區別不同用途的連續玻璃纖維的標志。根據玻璃成分中的含堿量，可以把連續纖維分為如下幾種：
    1．無堿纖維（通稱E玻璃）：R20含量小于0.8％，主要成分為鋁硼硅酸鹽。它的特點：化學穩定性、電絕緣性能、強度都很好。主要用作電絕緣材料、玻璃鋼的增強材料。
    2．中堿纖維 R2O 的含量為11.9-16.4%，主要成分為鈉鈣硅酸鹽，因其含堿量高，不宜作為電絕緣增強材料，但其化學穩定性，特別是耐酸性和強度較好。因此，中堿纖維可用于電性能和強度要求不高的玻璃鋼產品。這種纖維成本較低，用途較廣泛。
    3. 高堿纖維 R2O含量等于或大于15％的玻璃成分。如破碎的平板玻璃、玻璃瓶子等作原料拉制而成的玻璃纖維，均屬此類。可作蓄電瓶隔離片、管道包扎布和氈片等防水、防潮材料使用。
    4.特種玻璃纖維如由純鎂鋁硅三元成分組成的高強玻璃纖維，鎂鋁硅系高強高彈玻璃纖維：硅鋁鈣鎂系耐化學腐蝕玻璃纖維；鍍鋁纖維；高硅氧纖維；石英纖維等。
   （二）玻璃纖維的功能與特點
    玻璃纖維的主要功能是賦予復合材料的高強度及高模量，特別是它的拉伸強度尤為突出。此外它還具有不燃燒、隔熱、防霉、耐腐蝕等特點。
    1．外觀及密度
    復合材料使用的玻璃纖維直徑，一般在5-20微米，其密度較有機纖維大很多，但比一般金屬密度要低，與鋁的密度差不多，所以在航空工業上用復合材料代替一些金屬，可以大大降低重量。玻璃纖維的密度與成分有密切的關系，一般為2. 5-2. 7g/cm3左右。
    2.力學性能
    (1)玻璃纖維的拉伸強度
    作為復合材料常用的玻璃纖維，其機械強度是一個非常重要的質量指標。塊狀玻璃的強度不高，很容易破壞。當拉制成玻璃纖維以后，不僅具有良好的柔曲性，而且強度也大大提高，無堿玻璃纖維拉伸強度在1500-3000Mpa之間。
    (2)玻璃纖維的彈性模量和斷裂延伸率
    玻璃纖維的彈性模量比人造纖維高5-8倍，但比一般金屬的彈性模量低的多，致使復合材料的剛度較低。

(3）熱性能
玻璃纖維的導熱系數比玻璃低，這是因為纖維間的孔隙較大，容重較小。而導熱系數越小，隔熱性能就越好。

玻璃纖維的耐熱性能較高，軟化點為550-580℃，其熱膨脹系數為4.8× 10^-6/ ℃
    (4)耐磨性和耐折性
    玻璃纖維的耐磨性是指纖維抗摩擦的能力；玻璃纖維的抗折性是指纖維抵抗折斷的能力。玻璃纖維的這兩種性能都很差。當纖維表面吸附水分后能加速微裂紋的擴張，使纖維耐磨性和耐折性降低。為了提高玻璃纖維的柔韌性以滿足紡織工藝的要求，可以采用適當的表面處理。如經過0.2%陽離子活性劑水溶液處理后，玻璃纖維的耐磨性比未處理的高200倍，纖維的柔性一般以斷裂前彎曲半徑的大小表示，彎曲半徑越小柔性越好。
    (5)電性能
    由于玻璃纖維的介電性好，耐熱性良好，吸濕性小，并且不燃燒，所以無堿玻璃纖維制品在電器、電機工業中得到廣泛而有效的應用。
    （三）玻璃纖維浸潤劑
    浸潤劑是一種以水為介質，以成膜劑、粘結劑、偶聯劑、潤滑劑、抗靜電劑等為溶質所組成的多組分的水溶液和水乳液。通俗地說，即在拉制玻璃纖維作業過程中，能夠將數百、數千、甚至上萬根單絲，用一種有機、無機的混合物把它們集束成一體，避免了絲與絲之間的磨損，既起到潤滑和保護作用，又可滿足復合材料工藝的特殊要求，我們把具有這種功能的物質稱之為浸潤劑。
    1.浸潤劑的功能
    (1)有效地將玻璃纖維單絲粘合成為原絲，并在退繞過程中避免股紗之間的粘結；
    (2)滿足玻璃纖維相關階段的加工技術要求如：落紗、加捻、整經、織布，保護玻璃纖維表面不受磨損；
    (3)根據不同產品的成型工藝要求，賦予玻璃纖維某些特殊性能；
    (4)具有增進纖維與基體樹脂間的相容性與粘結性；
    (5)消除或削弱玻璃纖維表面的靜電荷。
    2.浸潤劑的技術要求
    (1)原料資源豐富，具有無臭、無毒或低毒，無腐蝕性。
    (2)浸潤劑的作業必須符合環保要求，對環境污染小，對操作人員凡乎無刺激；
    (3)配制程序簡單，并在有效的使用期中，不分層、不凝聚，保持體系穩定；
    (4)能保證拉絲作業順暢，不易產生斷絲、飛絲，可顯著地提高生產效率；
    (5)賦于玻璃纖維必要的工藝特性如：集束性、硬挺性、短切性、分散性、成帶性、浸潤性和浸透性；
    (6)對某些特殊用途的產品，如透明復合材料，要求浸潤劑能完全溶解在一定品種的樹脂內，而且溶解后不會在纖維附近產生不同的折射區域；
    (7)具有改善復合材料濕態強度、老化性能或電氣等性能的特點。
    （四）玻璃布
    玻璃纖維經加工，可制得各種類型玻璃纖維織物，如玻璃布和玻璃帶等。玻璃布、帶的規格除了與玻璃成分、纖維的直徑、經緯密度和布的厚度有關外，還與不同結構的織法有關，其種類繁多，如平紋布、斜紋布、單向布等。
    1．平紋布
    平紋布是普通的編織方法，通常叫平織。這種織物大多數采用有捻紗織造，是由經紗和緯紗各一根上下相互交叉而織成。平紋布的紗線卷曲大、編織緊密、交織點多、強度較低、表面平整、氣泡不易排除、鋪覆性較差。它主要用在各個方向強度均要求一致的產品上，適用于制作型面簡單或平坦的制品。
    2．斜紋布
    這種布的經向與緯向交織點連續，布面上形成斜向的紋路。斜紋布與平紋布相比較織點少，斜紋布較致密、柔性好，鋪覆性能好，強度較大，適于制作有曲面、形狀較復雜的和各方向都需要強度高的制品。
    3.單向布
    單向布是指一個方向上，即經向（或緯向）上用強紗，而在另一個方向緯向（或經向）上用弱紗織造而成，其特點是一方向纖維量比另一方向的纖維量多，因此在該方向具有較高的強度和剛度。若力學分析準確、使用得當，在制品中使用單向布，可以使產品質量（重量）下降。這對合理選用玻璃纖維、降低成本和提高質量事大有益處。
    （五）玻璃纖維氈
    1．短切纖維氈
    短切玻璃纖維氈，是用無捻粗紗切成長度為50-70m的短切纖維，無秩序地分布在一平面上，用適當的化學粘結劑粘結在一起，成為片狀氈材。粘結劑分為粉末粘結劑和乳液粘結劑兩種基本類型。粉末粘結劑為粉末聚酯樹脂，能在120℃左右熔化。乳液粘結劑為增塑的聚醋酸乙烯酯乳液。兩類粘結劑都有很多品種，在聚酯樹脂中的溶解性從快到慢，各不相同。
    短切纖維氈的鋪覆性好，易被樹脂浸潤，手糊玻璃鋼時，產生氣泡易消除，含膠量高。因此，適用于制備凹度較大的玻璃鋼制品。另外，由于其采用短切纖維制成，故成本低，應用廣泛。但因使用的是短切纖維，所以玻璃鋼本身強度較玻璃布低。因此，使用單位往往采用短切氈和玻璃布混用的方法，以此既降低玻璃鋼成本，同時又確保制品使用性能要求。
    短切纖維氈主要用于機械強度要求不高，且產品較厚的手糊玻璃鋼制品，也常用于拉擠、袋壓及各種連續浸漬工藝。
    2．表面氈
    表面氈是由定長玻璃纖維隨機均勻鋪放而成的，厚度約為0.3-0.4mm表面氈特點，鋪覆性好、強度低、價格較便宜，主要用于玻璃鋼制品的表面。可以掩蓋主體增強材料，使制品表面光滑美觀，樹脂含量高，可提高玻璃鋼制品的老化性能。使用時應在制品的雙面鋪設，以求均衡。
    3．連續纖維氈
    連續纖維氈，又稱卷曲纖維氈。由未切斷的原絲，以螺旋型分布絞合而成。氈片孔隙度高，富有彈力。但由于原絲的機械交聯作用，氈片不需要過多粘接劑就具有足夠的強度。這種氈鋪覆性好，強度大，質量均勻，樹脂用量大，價格比短切氈高10%左右。
二、碳纖維
    碳纖維是先進復合材料常用也是重要的增強材料，廣泛用于航生、航夭、體育休閑用品等其它領域。常用的碳纖維可以分為碳纖維和石墨纖維。碳纖維是由有機纖維或低分子烴氣體原料加熱到1500℃所形成的纖維狀碳材料，其含碳量為90％以上。它是不完全的石墨結晶沿纖一維軸向排列的物質，晶體層間距約為3.360-3.440A，各平行層原子堆積不規則，缺乏三維有序，呈現亂層結構。隨著加熱溫度升高到2500℃以上，碳含量高于99％，層間距隨著減小，說明碳纖己經向石墨纖維轉化。
   （一）碳纖維的特點
    碳纖維的特點是低密度、高強度、高模量，其比強度、比模量遠高于高強合金鋼、鋁合金和鈦合金，其彈性模量和比彈性模量分別是玻璃纖維的2倍和2.5倍；抗疲勞性能好；具有優異的耐磨性和潤滑性；良好的阻尼性；化學穩定性好，不燃燒，不被酸堿溶劑所侵蝕；線膨脹系數小，尺寸穩定性好；耐熱性好，在高溫下力學性能僅有少許降低；具有導電性，能反射電磁波，良好的X射線透過率。
    碳纖維的缺點是脆性、抗沖擊性和高溫抗氧化性較差。
   （二）碳纖維制品分類
    1．按組成分類
    (1)耐焰纖維含碳原子以外的其它雜原子較多的碳纖維，比重約在1. 40g/cm3左右。
    (2)碳纖維含碳量在90%以上的碳纖維，內含雜原子的含量和種類，與原絲的類別有關，比重約在1.75 g/cm3左右。
    (3)石墨纖維、含碳量在98％以上的碳纖維，比重在1. 90 g/cm3。
    2.按外觀分類
    (1)短纖維包括短纖維和碳氈。
    (2)長纖維碳纖維的長度可達幾千米。根據抽絲時用的噴絲頭孔數，分為1K、2K, 3K、6K不等，每一個K被定義為每束（股）1000根碳纖維。
    3．按性能分類
    (1)通用型通用型碳纖維的強度較低，一般在180公斤／毫米2，以下；模量也低，一般在15噸／毫米2以下。通用型碳纖維適用于性能要求不高的應用場所。
    (2)高強型這類碳纖維的強度在250公斤／毫米2 以上，模量約為20-30噸／毫米2。高強型碳纖維可用于性能要求較高的復合材料應用領域。
    (3)高模量型高模量碳纖維的強度約在180-220公斤／毫米2之間，但它的模量較高，在40噸／毫米2左右，使用這類碳纖維可以提高復合材料的模量。近年來又出現超高模量型碳纖維，其模量己大于40
噸／毫米2。
三、高硅氧纖維
    高硅氧纖維也稱硅石纖維，是將含60％-70％二氧化硅（SiO2）、20-25％三氧化二硼（B2O3）、5～10％氧化鈉（Na2O）的玻璃在1450℃下熔制，并在1150℃下拉成連續纖維，再用5％濃度的硫酸、鹽酸或硝酸于一定溫度下浸泡，以除去二氧化硅（Si02）以外的成分，后在700-900 ℃燒結收縮，使微孔閉合，形成二氧化硅（SiO2）含量達96％以上的高硅氧纖維。
    高硅氧纖維是指用瀝取法生產的含Si02達96％以上的高純度玻璃纖維，具有良好的耐燒蝕性能，切割性能及較強的吸收樹脂的能力。以其為增強材料制得的拉擠制品強度較高，因此主要應用在軍用產品的耐燒蝕部件上。Si02含量高達99.95％以上就屬于石英纖維的范疇。
四、芳綸纖維
    凡聚合物大分子的主鏈由芳香環和酞胺鍵構成，且其中至少有85%的酞胺基直接鍵合在芳香環上，每個重復單元的酞胺基中的氮原子和羰基均直接與芳香環中的碳原子相連接，并置換其中的一個氫原子的聚合物稱為芳香族聚酰胺樹脂。由它織成的纖維總稱，為芳香族酸胺纖維（簡稱芳酸胺纖維），我國定名為芳綸纖維。
    目前，芳酞胺纖維分為：全芳族聚酞胺纖維和雜芳族聚酰胺纖維。
    其中高性能芳酞胺品種很多，而可供復合材料產業界應用的則主要是聚對苯二甲酞對苯二胺（PPTA）、聚間苯二甲酞間苯二胺（MPIA）、聚對苯甲酞胺(PBA)和共聚芳酞胺纖維（含二氨基二苯醚的三元共聚及含雜環二
胺的三元共聚或多元共聚纖維）。
    芳綸纖維作為一種高性能的合成纖維，用途十分廣泛，主要應用于先進復合材料如：防彈制品、纜繩、基礎設施和建材、傳送帶、特種防護服、體育運動器材和電子設各等領域。

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