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1、玻璃纤维及其复合材料发展和应用,班级：材料1101专业：材料科学与工程,1,玻璃纤维复合材料的发展,玻璃纤维复合材料的应用,玻璃纤维复合材料的特点,玻璃纤维复合材料的概述,玻璃纤维复合材料的分类,玻璃纤维及其复合材料发展和应用,2,玻璃纤维：是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材
2、料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。,玻璃纤维复合材料简介,3,玻璃纤维复合材料分类,玻璃纤维按形态和长度，可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉；按玻璃成分，可分为无碱、耐化学、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和耐碱抗碱玻璃纤维等。生产玻璃纤维的主要原料是：石英砂、氧化铝和叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石等。生产方法大致分两类：一类是将熔融玻璃直接制成纤维；一类是将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球或棒，再以多种方式加热重熔后制成直径为 380m的甚细纤维。通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维，称为连续玻璃纤维，通称长纤维。通过辊筒或气流制成的非连续纤维,称为定长玻璃
3、纤维，通称短纤维。玻璃纤维按组成、性质和用途，分为不同的级别。按标准级规定，E级玻璃纤维使用最普遍，广泛用于电绝缘材料；S级为特殊纤维。,4,玻璃纤维复合材料分类,玻璃纤维的分类方法很多，一般可从玻璃原料成分、单丝直径、纤维外观及纤维特性等方面进行分类。（1）一般以不同的碱金属氧化物含量来区分。无碱玻璃纤维中碱玻璃纤维（C玻璃纤维）高碱玻璃纤维（A玻璃纤维）,5,玻璃纤维复合材料分类,（2） 以单丝直径分类,玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分成几种： 粗纤维： 30m；初级纤维：20m中级纤维：10m20m；高级纤维：3m10m(亦称纺织纤维)；超细纤维：单丝直径小于4m。单丝直径的不
4、同，不仅纤维的性能有差异，而且影响到纤维的生产工艺、产量和成本。一般5m10m纤维作为纺织制品用；10m14m的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等较为适宜。,6,玻璃纤维复合材料分类,(3）按纤维性能分类 这是一类为适应特殊使用要求，新发展起来的，纤维本身具有某些特殊优异性能的新型玻璃纤维，大致可分为： 高强玻璃纤维； 高模量玻璃纤维； 耐高温玻璃纤维； 耐碱玻璃纤维； 耐酸玻璃纤维； 普通玻璃纤维 光学纤维； 低介电常数玻璃纤维； 导电纤维等,7,玻璃纤维比有机纤维耐温高，不燃，抗腐，隔热、隔音性好，抗拉强度高，电绝缘性好。但性脆，耐磨性较差。用来制造增强塑料或增强橡胶，作为补强材玻璃
5、纤维具有以下之特点，这些特点使玻璃纤维之使用远较其他种类纤维来得广泛，发展速度亦遥遥领先.其特性列举如下：(1)拉伸强度高，伸长小。(2)弹性系数高，刚性佳。(3)弹性限度内伸长量大且拉伸强度高，故吸收冲击能量大。(4)为无机纤维，具不燃性，耐化学性佳。(5)吸水性小。(6)尺度安定性，耐热性均佳。(7)加工性佳，可作成股、束、毡、织布等不同形态之产品。(8)透明可透过光线。(9)与树脂接着性良好之表面处理剂之开发完成。(10)价格便宜。(11)不易燃烧，高温下可熔成玻璃状小珠,玻璃纤维复合材料特点,8,玻璃纤维复合材料特点,弹性系数高，刚性佳,9,汽车挡风玻璃,防辐照性,玻璃纤维复合材料特点
6、,10,玻璃纤维复合材料特点,桨叶采用玻璃纤维等不同结构形成，具有抗疲劳性，使直升飞机在高空中保持稳定，平行，充分发挥复合材料的结构特性。,抗疲劳性,11,玻璃钢充气船,质量轻,玻璃纤维复合材料特点,12,强度大,玻璃纤维复合材料特点,13,耐热性好,玻璃纤维复合材料特点,14,小飞守角制作,耐化学腐蚀,玻璃纤维复合材料特点,15,工艺性好,and so on .,玻璃纤维复合材料特点,16,玻璃纤维复合材料与传统材料相比，有两个主要特点即性能可设计性和材料与构件成型的一致性。玻璃纤维复合材料所期望的复合效果是原材料的性能互补，并产生叠加效果，从而具备一些原材料所不具备的优异的物理、化学性能。
7、,玻璃纤维复合材料,传统材料,P K,KO.,玻璃纤维复合材料特点,17,玻璃纤维与有机纤维相比，玻璃纤维耐温高、不燃、抗腐，隔热、隔音性好，抗拉强度高，电绝缘性好。但缺点是性脆，耐磨性较差。玻璃纤维主要用作电绝缘材料，工业过滤材料，防腐、防潮、隔热、隔音、减震材料。还可作为增强材料，用来制造增强塑料或增强橡胶、增强石膏和增强水泥等制品。用有机材料被覆玻璃纤维可提高其柔韧性，用以制成包装布、窗纱、贴墙布、覆盖布、防护服和绝电、隔音材料。其次连续玻璃纤维是通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维，通称长纤维。定长玻璃纤维是通过辊筒或气流制成的非连续纤维,又称短纤维。借离心力或高速气流制成的细
8、、短、絮状纤维，称为玻璃棉。玻璃纤维经加工，可制成多种形态的制品，如纱、无捻粗纱、短切原丝、布、带、毡、板、管等。最后E级玻璃纤维使用最普遍，广泛用于电绝缘材料；S级为特殊纤维，虽然产量小，但很重要，因具有超强度，主要用于军事防御，如防弹箱等；C级比E级更具耐化学性，用于电池隔离板、化学滤毒器；A级为碱性玻璃纤维，用于生产增强材料。,玻璃纤维复合材料的应用,18,玻璃纤维复合材料的应用,玻璃纤维无处不在,19,玻璃纤维复合材料的应用,玻璃纤维在航空航天领域的应用,航空航天领域荟萃了当今世界上最新进的科技成果，也是新材料科技水平的集中展示，高性能玻璃纤维复合材料已成为航空航天工业不可或缺的一种材
9、料，与铝合金，钢和钛合金3大金属材料共同成为支撑航天事业发展的基石。 在航空上，无论是民用客机还是军用飞机都使用了玻纤复合材料，玻纤增强材料有效的减轻了飞机质量，提高了商用载荷，节约了能源，达到了质轻美观的效果。它具有耐腐蚀，耐高温，耐辐射，阻燃，抗老化的性能。,20,玻璃纤维复合材料的应用,玻璃纤维在航空航天领域的应用,21,法国 “空中客车” 公司生产的A380双层四引擎大型客机，最大可载客量650人,复合材料使A380减重15吨,(1) 机翼,(2) 垂直尾翼和水平尾翼,(3) 地板梁和后承压框,(4) 固定机翼前缘,(5) 机翼后缘处的襟翼,副翼,(6) 机身蒙皮壁板,玻璃纤维复合材料
10、的应用,玻璃纤维在航空航天领域的应用,22,玻璃纤维复合材料的应用,玻璃纤维在电工绝缘领域的应用,由于玻璃纤维复合材料具有重量轻、强度高、绝缘性好、耐疲劳、耐腐蚀、加工成型方便、易维护等特点，在电力行业得到了广泛应用。在电力行业的应用除传统输变电设备、设施外，玻璃钢杆塔和复合电缆芯成为行业关注的热点之一。电工绝缘材料产品可分为8类，而与玻璃纤维相关的就有6类，也这是足以说明玻璃纤维在这一行业的应用之广泛。这6类包括：（1）绝缘浸渍制品（2）玻璃纤维增强塑料层压制品（3）玻璃纤维模塑料（4）云母制品（5）绝缘粘贴和复制制品（6）电磁线,23,玻璃纤维复合材料的应用,玻璃纤维在环境领域的应用,生态
11、环境是人类生存和发展所必须的生态因素，我国政府明确指出保护环境是我国长期坚持的基本国策，玻璃纤维因其优良的各项性能在大气，水，生物，土壤等环境领域均有着较为广阔的应用。 例如玻璃纤维过滤材料在改善废气，成分，降低粉尘排放量等方面做出了了相当大的贡献。此外一种玻璃纤维空气过滤纸，用于空气调节系统中可以除去空气中的异味，从而达到净化空气的目的。玻璃纤维在水环境和土壤环境一有很好的应用，它与有机纤维材料结合加工成土工材料可用于防水土流失。,24,玻璃纤维复合材料的应用,玻璃纤维在生物医学领域的应用,由于玻璃纤维的优良性能使玻璃纤维织物具有强度高，不吸湿，尺寸稳定等特点，因而可在生物医学领域用作矫形和
12、修复材料，牙科材料，医用器材等。 与传统的棉布石膏绷带相比，玻璃纤维织物与各种树脂制作的矫形绷带克服了以往绷带强度低，吸湿，尺寸不稳定等特点。另外实践证明，玻纤膜滤器对白细胞有着很强的吸附能力和捕获能力，具有很高的白细胞去除率，而且作业稳定性极好。另外，玻璃纤维用作呼吸器的滤毒器已有多年历史，这种滤材对空气的阻力极小，细菌过滤效率很高。,25,玻璃纤维复合材料的应用,玻璃纤维在生物医学领域的应用,26,玻璃纤维复合材料的应用,玻璃纤维在建筑材料领域的应用,众所周知，以水泥为基础的建筑材料突出的特点是抗压性强度高而抗弯，抗拉强度和抗冲击强度低，随着人们对玻璃纤维的深入研究和开发，耐碱玻璃纤维的问
13、世，便产生了一种新型的克服水泥基体缺陷的玻璃纤维增强水泥材料，这种材料不仅可以提高水泥基体的抗弯，抗拉强度，还可以提高其抗冲击强度。 玻璃钢具备轻质高强的主要特点，耐热性，耐碱性，耐腐蚀性以及电绝缘性都很良好。玻璃钢在建筑材料的应用有采光，卫生，装饰装修，给排水，采暖通风，围护土木，电气，工装器具等。,27,玻璃纤维复合材料的应用,玻璃纤维在建筑材料领域的应用,28,玻璃纤维复合材料的应用,玻璃纤维在汽车工业的应用,玻璃纤维及其复合材料具有轻质，高强度，耐腐蚀等优点，在汽车工业中应用可以减轻汽车重量，提高汽车性能，降低汽车零部件的制造成本，加快汽车的装配速度，节省燃料。所以汽车厂商历来历来都很
14、重视在汽车中使用玻璃纤维及其复合材料。 玻璃纤维及其复合材料在汽车中可用来制作：前端板、空调管、排气门、发动机罩、保险杠、行李箱盖、车身板、车顶内板、底盘、座位构件、仪表盘、消音器、尾气过滤、燃料气瓶、内饰材料、摩擦材料等等。,29,玻璃纤维复合材料的应用,玻璃纤维在汽车工业的应用,30,玻璃纤维未来发展预测,1、市场需求不断扩大2、玻璃纤维应用领域不断拓宽能源建设交通运输建筑工程石油化工水处理工程航空及高科技领域,玻璃纤维复合材料的发展,31,1、市场需求不断扩大,玻璃纤维未来发展预测,玻璃纤维复合材料是目前树脂基复合材料中产量最大、应用最多的品种。2015年全球玻璃纤维复合材料市场价值将突
15、破84亿美元，复合年均增长率达6.3%。而亚洲复合材料则以每年两位数增长，占世界复合材料的比例将从目前的36%增长到2015年的46%。 中国2009年度复合材料323万吨，列世界第一。中国大陆是亚洲复合材料增长最快、最大的生产和消费国。,玻璃纤维复合材料的发展,32,玻璃纤维未来发展预测,玻纤及其复合材料，以其轻质高强等特性，可推动相关行业的节能减排。建筑业和交通运输业是玻璃纤维用量最大的应用领域，同时，电子信息、新能源和电力等行业对玻璃纤维的需求也将持续增长。 能源建设 风能我国2009年新增13800MW风力发电能力，总装机26010MW，是世界为新增风电最大的市场，其连续第四年装机能力
16、增加一倍。预测2010年我国风能新增1.5万MW。到2015年全国规划装机9万MW，新增玻纤的需求量达到60万吨以上。,2、玻璃纤维应用领域不断拓宽,玻璃纤维复合材料的发展,33,玻璃纤维未来发展预测,烟气脱硫火力发电量占全球发电量的一半以上，因此，煤炭在至少未来几十年内仍将是主要的燃料。所有的火力电厂最终都要安装洗涤塔和脱硫系统，而玻璃钢则是这一应用领域内性价比最高的材料。FGD（烟气脱硫）未来投资主要是在亚洲，而不是美国和欧洲，中国将成为FGD系统的最大市场，占到世界总量的40%以上。2010年我国烟塔一体脱硫系统用ECR玻璃纤维预测比2009年增长50%以上。在未来十年内，中国燃煤电厂的
17、脱硫容量将增长50%以上。 输变电设施由于玻璃钢/复合材料具有重量轻、强度高、绝缘性好、耐疲劳、耐腐蚀、加工成型方便、易维护等特点，在电力行业得到了广泛应用。玻璃钢/复合材料在电力行业的应用除传统输变电设备、设施外，玻璃钢杆塔和复合电缆芯成为行业关注的热点之一。此外，太阳能接收板玻璃钢支架也在积极开发中。,玻璃纤维复合材料的发展,34,玻璃纤维未来发展预测,沼气池将生物资源变成沼气是广大农村减排增能的措施之一，用玻璃钢做沼气池有独特的优势。农业部在积极规划推广，2010年计划建500万个农村用户。 交通运输 轨道车辆20102015年间，我国规划建设的城市快速轨道交通项目总长度达1700公里，
18、5000多亿元投资将聚集在这一领域。玻璃钢/复合材料在轨道交通上的应用发展从玻璃钢/复合材料零部件到全玻璃钢/复合材料的机头、箱体等都展示了巨大的优势及其在轨道交通领域广泛的应用前景。 汽车2009年我国汽车产销量达1300万辆。随着国家振兴汽车产业规划出台，将加速提升玻璃钢/复合材料制品在汽车上的应用总量。预计今后几年我国汽车行业玻璃纤维增强复合材料的年用量将达到10万吨的规模。,玻璃纤维复合材料的发展,35,玻璃纤维未来发展预测,游艇与造船全世界游艇拥有量约为1800余万艘。随着全球经济形势的好转，外资游艇企业向大陆迁移和我国高收入阶层的需求，以及海南国际旅游岛和沿海发达地区的游艇设施规划
19、建设，未来几年我国游艇行业将有一个大的发展。造船也是玻璃纤维巨大的市场，欧洲和美国均有政府规定、4060英尺的船必需用玻璃纤维增强复合材料制造。我国2003年已确定要在今后几年全部淘汰京杭大运河中的水泥船，而沿海近100万艘小型木质渔船的淘汰工作也已进行多年。淘汰水泥船和木质渔船后，最理想小型船用材料就是玻璃纤维增强复合材料。 建筑工程玻璃钢/复合材料制品在建筑领域的应用除传统产品，如冷却塔、风机、水箱、管道、门窗、采光瓦、装饰装修等和建筑材料外，建筑墙板，建筑补强和玻璃钢/复合材料在桥梁上的应用成为新的关注点。另外，玻纤保温材料、轻质隔热的玻纤增强菱镁和石膏板材、玻纤膜材、玻纤遮阳产品、玻纤
20、墙部等装饰产品也有很大市场。,玻璃纤维复合材料的发展,36,玻璃纤维未来发展预测,石油化工除传统防腐工程外，玻璃钢高压管道、贮罐、塔器、地下贮油罐（双壁罐）等产品持续增长。另外包括钻井平台及其所用管道，海水淡化、海港工程以及海浪、海水温差等海洋能的利用的各种海洋工程复合材料的应用成为人们关注的新热点。 水处理工程由于玻璃钢/复合材料所具有的比强度高、优良的耐腐蚀性能和无锈蚀等特点在水处理工程上得到广泛的应用。 航空及高科技领域2008年全球各地航空产业消耗的复合材料达到21万吨。据预测，2008-2014年，全球航空领域对复合材料的使用量将每年增长11%。高性能玻璃纤维可作为航空用雷达罩、机舱
21、内饰材料。在国防军工方面，高性能玻璃纤维一直是装甲防弹、透波、耐烧蚀材料的增强基材。非通讯光纤的应用。例如：人身和装备内窥、织物和结构物智能化、通信光信号网络入户、高压直流输变电光控。,玻璃纤维复合材料的发展,37,玻璃纤维未来发展预测,1）利用玻璃纤维成分的可设计性，开发满足耐热、耐腐蚀性、光电性能及特殊性能（如耐辐射）要求的功能性玻璃纤维；2）利用玻璃纤维制品形态的多样性，发展玻璃纤维制品深加工技术、性能改性技术、应用技术，赋予玻璃纤维新型应用形态、应用性能，扩大应用领域；3）提升功能性玻璃纤维规模化生产技术，提高功能纤维的工艺性，实现高效、节能、清洁生产，并满足应用性价比要求；4）开展玻璃纤维制品应用后的回收利用技术，实现可持续发展。,3、技术发展预测,玻璃纤维复合材料的发展,38,Thanks,39,
