可被增强的基体材料包括有机的热固性树脂(酚醛、环氧、聚酯等)、热塑性树脂(聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、热塑性聚酯等)、泡沫塑料、橡胶及弹性体、沥青,无机胶凝材料(水泥、石膏)及菱苦土等无机材料。
20世纪30年代,玻璃纤维实现工业化生产,加之不饱和聚酯树脂的出现,为玻璃纤维增强塑料工业的发展提供了物质基础。经过近百年的发展,玻璃纤维增强塑料已形成一门独立的工业。此外,玻璃纤维增强橡胶制品、水泥制品、沥青屋面材料、石膏、菱苦土等也发展较快。
为了促进玻璃纤维与基材的界面黏结,从而发挥其增强体的作用,同时也为了提高玻璃纤维自身的加工性能,玻璃纤维表面必须覆以不同成分的表面处理剂(又称浸润剂)。增强用玻璃纤维的产品形式和性能各不相同,主要形式有机织物、无捻粗纱、无捻粗纱布、短切纤维、磨碎纤维、纱、短切纤维毡片、连续纤维毡片、编织物和薄毡。主要的玻璃纤维性能和化学成分见表。
种类 | 高碱玻璃纤维 | 硼硅酸钠玻璃纤维 | 低介电性能玻璃纤维 | 无碱玻璃纤维 | 高强玻璃纤维 | 粗玻璃纤维 | 高模量玻璃纤维 | |
化学成分/重量% | SiO2 Al2O3 B2O3 MgO CaO Na2O K2O Fe2O3 F2 BeO TiO2 ZrO2 CeO2 | 70.0 2.5 0.5 0.9 9.0 12.5 1.5 0.5
| 65.0 40.0 5.0 3.0 14.0 8.5 - 0.5
| 73.0 - 23.0
| 55.2 14.8 7.3 3.3 18.7 0.3 0.2 0.3 0.3 | 65.0 25.0 - 10.0 - | 60.0 25.0 - 6.0 9.0
| 53.7 - - 9.0 12.9 - - 0.5 - 8.0 8.0 2.0 3.0 |
性能 | 抗拉强度/GPa | 3.1 | 3.1 | 2.5 | 3.4 | 4.58 | 4.4 | 5.0 |
弹性模量/GPa | 73 | 74 | 55 | 71 | 85 | 86 | 110 | |
断后伸长率/% | 3.6 | - | - | 3.37 | 4.6 | 5.2 | - | |
密度 /g·cm-3 | 2.46 | 2.46 | 2.14 | 2.55 | 2.5 | 2.55 | 2.89 | |
热膨胀系数10-6/K | - | 8 | 2~3 | — | — | 4 | - | |
折射率 | 1.52 | - | - | 1.55 | 1.52 | 1.54 | - | |
损耗角正切/106Hz | - | - | 0.0005 | 0.0039 | 0.0072 | 0.0015 | - | |
介电常数/106Hz | - | - | 3.8 | 6.11 | 5.6 | 6.2 | - | |
体积电阻率/μΩ·m | 1014 | - | - | 1019 | - | - | - |
作为增强体常用的玻璃纤维有高硅氧玻璃纤维和石英玻璃纤维。高硅氧玻璃纤维增强体是用Na2O-B2O3-SiO2系玻璃、Na2O-SiO2系玻璃或多组分硼硅酸盐玻璃拉制成纤维后,经酸浸沥滤处理和烧结后得到,其二氧化硅含量高达96%~99%。生产过程包括制造玻璃球或玻璃块、拉丝、纺织加工、酸处理和高温烧结5道工序。长期使用温度在900℃以上,短时使用温度可高达1100℃。高硅氧玻璃纤维布或其短切纱增强酚醛树脂,大量用于制造火箭、导弹上的耐高温烧蚀部件或材料。石英玻璃纤维增强体是由高纯二氧化硅和天然石英晶体制成。其二氧化硅含量高于99.95%,密度为2.2克/厘米3,抗拉强度可与碳纤维相当,并且耐高温、绝缘、耐烧蚀、耐腐蚀和隔热透波,具有优良的介电性能、良好的化学稳定性和柔软性,在1050℃的高温下仍能保持优异的介电性能、机械强度和耐化学性能,主要用作电绝缘材料、隔热材料和复合材料的增强体。其复合材料用于制造飞机机头雷达罩、火箭的尾喷管等,也用于空间航天器的烧蚀材料。其制造方法有:将石英棒或管用氢氧焰熔融拉丝,再用氢氧焰吹管喷吹,制成直径0.7~1微米的石英棉;石英经火焰熔融后用高速气流形成短纤维及其毡片;将石英丝或棒以恒定速度通过氢氧焰或煤气火焰,软化后高速拉成长丝。