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增强材料

增强材料

      增强材料是玻璃钢制品的支撑骨架,它基本上决定了拉挤制品的力学性能,增强材料的使用对减少制品收缩、提高热变形温度和低温冲击强度也有一定的作用。

      在玻璃钢产品设计中,增强材料的选用应充分考虑产品的成型工艺,因为增强材料的种类、铺设方式、含量对玻璃钢制品的性能影响较大,它们基本上决定了玻璃钢制品的机械强度和弹性模量,采用不同增强材料的拉挤制品的性能也有所不同。

      此外,在满足成型工艺的产品性能要求的同时,还应考虑成本,应尽量选择便宜的增强材料,一般玻璃纤维原丝的无捻粗纱比纤维织物成本低;毡比布成本低、防渗性好,但强度低;中碱纤维较无碱纤维便宜,但随含碱量增加,其耐碱性、耐腐蚀性、电性能都会下降。

常用的增强材料的品种如下:

1、无捻玻璃纤维粗纱

      采用增强型浸润剂,无捻玻璃纤维粗纱可分为合股原丝、直接无捻粗纱及膨体无捻粗纱三种。合股原丝由于张力不均匀,易产生悬垂现象,使得在拉挤设备进料端形成松弛的圈结,影响作业顺利进行。直接无捻粗纱具有集束性好、树脂浸透速度快、制品力学性能优良等特点,所以目前大多趋向与应用直接无捻粗纱。膨体无捻粗纱有利于提高制品的横向强度,如卷曲无捻粗纱和空气变形无捻粗纱等。膨体无捻粗纱兼有连续长纤维的高强度和短纤维的蓬松性,是一种耐高温、低热导率、耐腐蚀、高容空量、高过滤效率的材料,膨体无捻粗纱中有部分纤维蓬松成单丝状态,所以还能改善拉挤成型制品的表面质量。目前膨体无捻粗纱在国内外已得到广泛使用,用于装饰或工业用编织无的径纱和纬纱,也可用于生产摩擦、绝缘、防护或密封材料。

      用于拉挤成型的无捻玻璃纤维粗纱的性能要求如下:①不产生悬垂现象;②纤维张力均匀;③成束性好;④耐磨性好;⑤断头少,不易起毛;⑥浸润性好,树脂浸渍速度快;⑦强度和刚度大。

2、玻璃纤维毡

      为了使拉挤成型玻璃钢制品具有足够的横向强度,使用短切原丝毡、连续原丝毡、组合毡、无捻粗纱织物等增强材料。连续原丝毡是目前用得普遍的玻璃纤维横向增强材料之一,为提高产品外观效果,有时也用表面毡。

      连续原丝毡是由若干层圆状随机铺放的连续玻璃纤维组成的,纤维之间用粘结剂黏结。表面毡则是将定长短切原丝随机均匀铺放,并用粘结剂黏结而成的薄如纸的毡,纤维含量为5%~15%,其厚度为0.3~0.4mm。它可以使制品表面光滑、美观,并提高制品的耐老化性。

      玻璃纤维缝编毡是将短切成一定长度的玻璃纤维原丝,无定向沉降后,用有机纤维缝编而成。适用于模压、拉挤、注射成型(RTM)、缠绕等多种成型工艺。主要特点为:厚薄均匀,无羽毛、污渍、杂物等疵点;不易产生位移变形,耐冲刷性好;既有布的方向性,又具有毡的多向性;良好的工艺性;快的浸透速度,良好的玻璃钢性能。

      玻璃纤维复合毡是由玻璃纤维无捻粗纱做单向平行排列,外一层复合短切成一定长度的玻璃纤维纱或短切毡,用有机纤维缝制而成的。主要是用于玻璃钢拉挤成型、RTM成型、手糊成型等工艺 ,终端产品主要有玻璃钢船体、汽车外壳、板材、型材等。纤维结构具有可设计性,能再一定方向上提供高强度;纤维布易产生位移变形,易于操作;织物中不含任何黏结剂,易浸透;结构的复合性可减少铺层,有效提高生产效率。

      玻璃纤维毡的特点是:铺覆性好,易被树脂浸透,含胶量较高。

拉挤成型工艺对玻璃纤维毡的要求如下:

(1)具有较高的机械强度;

(2)对于化学黏结的短切原丝毡,粘结剂能耐浸胶及成型时的化学和热作用,以保证成型过程中仍有足够的强度;

(3)浸润性好;

(4)起毛少、断头少。

3、聚酯纤维表面毡

      聚酯纤维表面毡是拉挤工业新型的一种增强纤维材料。美国有一种商品名叫NEXUS,广泛用于拉挤制品,取代玻璃纤维表面毡,效果很好,成本也较低,已成功应用10多年。

采用聚酯纤维表面毡的优点如下:

①可改善制品的抗冲击、耐腐蚀及耐大气老化性能。

②可改善制品的表面状态,使制品表面更加光滑。

③聚酯纤维表面毡的贴覆性能与拉伸性能都比C玻璃纤维表面毡好得多,拉挤过程中不易产生断头,较少停车事故。

④可以提高拉挤速度。

⑤可减轻模具磨损,提高模具的使用寿命。

4、玻璃布带

      在一些特殊拉挤制品中,为满足一些特殊的性能要求,采用了定宽度且厚度小与0.2mm的玻璃布,其拉伸强度、横向强度都非常好。

5、二维织物、三维织物的应用

      拉挤成型的复合材料制品的横向力学性能较差。采用双向编织物有效的提高拉挤制品的强度和刚度。这种编织物的径向与纬向不是相互交织,而是用另外一种编织材料使其相互缠绕,因而与传统的玻璃布完全不同,每个方向的纤维都处于准直状态,不形成任何弯曲,从而使拉挤制品的强度和强度都比连续毡构成的复合材料高得多。

      目前,三维编织技术已成为复合材料工业中有吸引力、也活跃的技术开发领域。根据载荷要求直接把增强纤维编织成具有三维结构,而形状与它所构成的复合材料制品的形状相同的结构物,三维织物用于拉挤工艺可克服传统增强纤维拉挤成型制品层间剪切强度低、易于分层等缺点,其层间性能相当理想。


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