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第三节 玻璃纤维布 (二)
 
 
二、玻璃成分
  玻璃是一种过冷液体。以SiO2、CaO、Al2O3为主体的多种氧化物高温熔融而成的液态玻璃被牵伸冷却便成为固态的玻璃纤维。玻璃纤维的性能在很大程度上是由玻璃的化学成分决定的,即与玻璃中氧化物的种类和比例有关。
  玻璃成分是按玻璃纤维所需的成形性能和使用性能设计确定的。覆铜板用玻纤布一般为无碱玻璃成分,意指碱金属氧化物含量极少的铝硼硅酸盐成分,国际上通常称作E玻璃。E玻璃是一种电气绝缘材料之一,因其同时具有优异的力学性能也被大量用作增强材料。我国的无碱玻璃纤维也属E玻璃系列,在常温下它的体积电阻率大于1015Ω?cm,在频率为106Hz时的介电常数ε约为6.6,介质损耗角正切tanδ为1.1×103,能够满足覆铜板对电性能的要求。现将国内外E玻璃成分和IPC标准的有关规定列于表5-3-2,将E玻璃的主要性能列于表5-3-3。

       表5-3-2 国内外E玻璃成分和IPC标准有关规定

组 分

IPC 标准规定

国外 E 玻璃

国内 E 玻璃

SiO 2

52 ~ 56

55.2

54.4

Al 2 O 3

12 ~ 16

14.8

14.9

CaO

16 ~ 25

18.7

16.6

MgO

0 ~ 5

3.3

4.6

Na 2 O 和 K 2 O

0 ~ 2

0.5

<0.5

B 2 O 3

5 ~ 10

7.3

8.5

Fe 2 O 3

0.05 ~ 0.4

0.3

<0.5

TiO 2

0 ~ 0.8

-

微量

F 2

0 ~ 1.0

0.3

-

注:表中国内外E玻璃成分数据摘自2001年化学工业出版社的《玻璃纤维和玻璃棉全书》。

          表5-3-3 国内外E玻璃性能

玻璃性能

国内E玻璃

玻璃性能

国外E玻璃

析晶上限温度(℃)

1135

液线温度 ℃

1140

粘度 102Pa·s时,温度(℃)

1214

拉丝温度 10Pa·s℃

1270

单丝强度(Mpa)

3058

单丝强度 25℃,Mpa

3430

弹性模量(Gpa)

71.5

弹性模量 25℃,Gpa

71.5

密 度(g/cm3)

2.57

密度(g/cm3)

2.53

介电常数 106Hz

6.6

介电常数25℃1010Hz

6.11

介质损耗角正切 106Hz

1.1×10-3

介质损耗角正切25℃1010Hz

0.006

体积电阻率(Ω·cm)

1.2×1015

体积电阻率(Ω·cm)

1015

表面电阻率 Ω

2.2×1014

折射率 ND

1.550

电气强度 (KV/mm)

12.8

膨胀系数 a×10-8/℃

5

耐水性 析Na2O mg

4.1

 

 

耐酸性0.25mol/L H2SO4失重(mg)

1063.9

 

 

耐碱性0.5mol/L NaOH失重(mg)

253

 

 

注:表中玻璃纤维性能摘自2001年化学工业出版社的《玻璃纤维和玻璃棉全书》。

  关于玻璃成分和玻璃性能的关系简略介绍如下:
  (一)碱金属氧化物是影响电性能的主要因素。一般的硅酸盐玻璃是离子导电。在常温下,构成玻璃的硅氧或硼氧骨架几乎不导电,但是网络中充填了阳离子,特别是充填了碱金属离子时,这些离子键结合的阳离子具有一定的游动性,使玻璃成为一种弱导电体。因而,碱金属氧化物的含量是影响玻璃电绝缘性能的主要因素,也是玻纤布的关键技术指标。
  E玻璃中的Na2O和K2O并非有意引入,只是其他原料和澄清剂带入的成分。碱金属氧化物有高温助熔作用,但同时又会使玻璃结构疏松、减弱,导致电导和介质损耗上升,弹性模量、硬度、化学稳定性、热膨胀系数等一系列性能变坏,耐用性下降。E玻璃的碱金属氧化物含量从1.6%降低到0.5%时,玻璃的体积电阻增加101数量级。为了确保E玻璃的电性能,应在保证玻璃纤维正常生产的前提升秒 尽量减少碱金属氧化物含量。目前,虽然IPC标准规定为0%~2%,而绝大多数国家标准规定含量均小于1.0%,我国现行标准规定小于0.80%,实际上国内外玻纤生产厂商大都控制在0.50%左右。
  (二)SiO2是玻璃最主要的组成氧化物。SiO2含量增加能提高玻璃的力学性能、介电性能和化学稳定性,而钻孔加工性下降。当含量超过57%时,玻璃熔制困难,拉丝温度上升。
  (三)CaO是玻璃的主要组成氧化物之一。玻璃中引入CaO是为了使玻璃具有耐久性。玻璃中CaO含量增加,能提高玻璃的化学稳定性和硬度,而玻璃的介电性能下降。当CaO含量超过规定范围时,玻璃脆性增加,难以控制纺织用细纤维。
  (四)Al2O3也是E玻璃的主要组分之一。适量加入Al2O3可以提高玻璃的耐久性、化学稳定性和力学性能。但与CaO比例不当时也会提高玻璃的熔制温度和玻璃液粘度,增加熔制和拉丝的难度。
  (五)B2O3作为熔剂引入可以部分替代SiO2。B2O3含量增加可使纤维富含弹性,提高力学性能和介电性能,降低热膨胀系数。但超过规定范围时拉丝困难,并会降低纤维的耐水性。
  (六)MgO的引入可部分替代CaO。在规定范围内少量引入有助于降低拉丝温度,提高玻璃纤维强度。
  (七)少量的TiO引入也有助于降低拉丝温度。

 
 
 
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