玻纤增强基材在复合材料中的应用

 　　二、玻纤增强基材的发展趋势
　　⑴具有更好性能的新成分玻纤发展
　　1.对传统的E玻璃纤维，在保持其良好的电绝缘性、力学性和成型工艺性基础上，对硼铝硅酸盐成分进行调整，提高其环境友好性、耐酸性和降低介电性。相继投产有无硼无氟的E-CR和advnten玻纤和NE玻纤等，这类新玻纤逐渐扩大规模世界总量已超过45万吨/年。
　　2.围绕对玻纤更高力学性能，更高耐热性能，更好的耐腐蚀性，以及一些特殊电性能等特殊功能要求，相继开发的耐碱、高强、高模量、高硅氧、石英、玄武岩等各种特玻璃纤维，随着高科技的发展应用也逐渐扩大，这类玻纤世界总量亦超过3万吨/年。

       下面将主要特种玻纤的主要性能列表予以介绍。

高性能特种玻纤主要性能对比表

　　 ⑵玻纤纱的质量提高。这方面主要围绕改进提高玻纤与被增强基体的结合力和纱线的进一步加工性能而开展。
  这项工作的中心环节是浸润剂工作，它的发展又可分为两个方面：
　　①随着玻纤增强基体塑料品种的扩大，对应浸润剂的品种要扩大，有三个增长动向：
　　a.除主体聚酯树脂，环氧、酚醛等其他树脂复合材料增加要求有较好的浸润剂对应。
　　b.增强热塑性塑料的快速发展，要求能满足PP、PA、PBT、PPS、PEEK等各种热塑性塑料增强用的浸润剂。
　　c.随着复合材料可设计性要求的提高，玻纤纺织加工量增加。又要考虑减少淀粉型浸润剂的去除工序，更好兼顾增强效果和纱线加工工艺性的纺织增强性浸润剂就引起更多的开发。

浸润剂不但有适应各种被增强基体的大类，因为各种塑料又有性能差别的多个品种，至今塑料改性又发展很快。即是同一种塑性最终制品及其加工艺的不同对玻纤纱的要求也不一样，所以浸润剂各大系列里又要有许多品种。
　　 ②扩大浸润剂品种，又要提高与塑料的结合力，关键是开发更多更好的成膜剂和相应的偶联剂。不少企业在对原有聚酯、环氧、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯、淀粉成膜剂进行改性，还在积极开发稀烃基成膜剂。
  其次从工艺上也在设法提高纱线质量，动向有以下三方面：
　　①生产低气泡纤维（气泡数<0.5个/g）提高纱线强度和电绝缘性。
　　②生产高质量低Tex纺织用直接无捻粗纱，用于生产优质机织、针织、编织物。
　　③对纱进行予混、予涂、予渍处理，得到予混纱、予涂纱、彩色纱和予渍短切纤维料粒等。这些产品将有利   于最终复合材料制品中玻纤含量增加和分布均匀度提高，从而有更好增强效果。予涂纱还可直接用于纺织加工。像圣哥班集团twintex是玻纤与聚丙烯纤维同在拉丝过程中就混合的予混纱。予混纱还有后加工再形成的。
　　⑶玻纤制品的发展。玻璃纤维增强基材制品向更好满足复合材料的设计和制作工艺要求方向发展。除传统各种增强基布和无纺材料（短切毡、连续毡、针织毡、表面毡等）进一步发展而外，从2005年JEC看出有以下几方面新的发展：
　　1.机织物向按要求向多组织、多规格发展。这次参展的台湾电缘股份公司就是一代表，它生产8类333规格的机织玻纤、碳纤、芳香族聚醯胺纤维及其他之间混织的增强布，其开发的玻纤彩色电镀布颇具特色。附图即该公司各种布的缩印图片。

 
　　机织物里发展较快的单向布，带圈织物各种织带和带织物见下4图。因为它们分别有更好适应方向性；较好的层间强度；更好形状适应性和局部补强的特点。
　　2.经编织物继续高速发展。由于经编织物比普通机织物做为增强基材有更好的方向选择，玻纤挺直衬在其中有更好增强效果，也更能适应复合化和予成型要求，所以很快成为主体增强基材之一。这次展出经编织物的单位有近二十个。展出的品种规格越来越多。附图展示了几种典型针织品，包括多种多轴向、缝编和双针排织物。不泛有许多专业加工厂，包括发展中国家如南非的texglass公司，我国浙江的成如旦基布有限公司和LiNTe公司等。欧洲最大的多轴向生产企业SAERTEX公司这次则以较大展位展示出它们向予成型产品深化的气势。
　　3.编织物进一步活跃。编织物以对部件周边提供均匀的轴向增强作用为特点。尺寸大小可有较大范围。由于它的组织结构决定了它的周边有一定变形能力，可以进一步变为矩形和凸等形状，进一步发展还可变周长，所以在一些场合应用有它的优势，如增强管、筒状物，制作假肢和一些运动器具，所以近几年发展很快。这个方面领先的美国A&P公司。附图展示了该公司的许多编织基材和一应用实例。增强基材绳体以较强的形状适应性，对复合材料制品边缘和角落的增强有它的优势，所以作为不可缺少的结构形式之一，近几年也被人们重视。
　　4.三维织物也在增多。由于任何复合材料制品均有一定厚度，为提高片状增强基材的层间结合力，有Z向联接的三维织物就更受欢迎。所以近几年不少单位在专心开发三维织物，使其生产技术和设备趋于成熟。美国3Tex 公司是三维织物领先的专业开发单位，本次展会上有较大展位，并得到观众的拥跃光顾，图示出该公司已可批量生产的基本玻纤和碳纤三维织物结构。
　　5.簇绒产品兴起。展览会上有几个单位展出类似缝纫绣花的方法来加工的增强基材，看来这种基材可形成类似花样的复杂形状。下图示意了簇绒产品的成型和产品实例。
　　6.复合基材进一步发展。
　　 复合基材有同种材料不同结构的复合，也有不同材料不同结构的复合。
有不少单位在积极开发复合增强基材。比较典型的，法国CHOMARAT已成为名牌的夹芯玻纤织物，其结构如图示意，另法国圣哥班集团也开发了玻纤薄毡复合增强基材，其结构如图示意。
   由于复合增强基材的发展，就开始有专门生产芯材的企业，瑞典BIAB公司在展会上就展出了多种夹层用泡沫芯材。
　　7.增强基材的“予成型”，展出活跃，发展很快，展出各种予成型样品和能提供技术的单位不下头贰拾个。这里附上典型的曲面带孔带筋复合材料予型体照片图（1）、⊥形予形体示意图图（2）、“管状予形体图（3）及拱形构件予形件予形型体图（4）。予成型”是经优化设计，选择适合的增强基材并将它们组合成与复合材料制品形状相近的一个整体的增强体。所以由于“予成型”的发展就推动了它所需要的一些类别、形态基材的发展。