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第三節 玻璃纖維布 (二)
 
 
二、玻璃成分
  玻璃是一種過冷液體。以SiO2、CaO、Al2O3為主體的多種氧化物高溫熔融而成的液態玻璃被牽伸冷卻便成為固態的玻璃纖維。玻璃纖維的性能在很大程度上是由玻璃的化學成分決定的,即與玻璃中氧化物的種類和比例有關。
  玻璃成分是按玻璃纖維所需的成形性能和使用性能設計確定的。覆銅板用玻纖布一般為無堿玻璃成分,意指堿金屬氧化物含量極少的鋁硼硅酸鹽成分,國際上通常稱作E玻璃。E玻璃是一種電氣絕緣材料之一,因其同時具有優異的力學性能也被大量用作增強材料。我國的無堿玻璃纖維也屬E玻璃系列,在常溫下它的體積電阻率大于1015Ω?cm,在頻率為106Hz時的介電常數ε約為6.6,介質損耗角正切tanδ為1.1×103,能夠滿足覆銅板對電性能的要求,F將國內外E玻璃成分和IPC標準的有關規定列于表5-3-2,將E玻璃的主要性能列于表5-3-3。

       表5-3-2 國內外E玻璃成分和IPC標準有關規定

組 分

IPC 標準規定

國外 E 玻璃

國內 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:表中國內外E玻璃成分數據摘自2001年化學工業出版社的《玻璃纖維和玻璃棉全書》。

          表5-3-3 國內外E玻璃性能

玻璃性能

國內E玻璃

玻璃性能

國外E玻璃

析晶上限溫度(℃)

1135

液線溫度 ℃

1140

粘度 102Pa·s時,溫度(℃)

1214

拉絲溫度 10Pa·s℃

1270

單絲強度(Mpa)

3058

單絲強度 25℃,Mpa

3430

彈性模量(Gpa)

71.5

彈性模量 25℃,Gpa

71.5

密 度(g/cm3)

2.57

密度(g/cm3)

2.53

介電常數 106Hz

6.6

介電常數25℃1010Hz

6.11

介質損耗角正切 106Hz

1.1×10-3

介質損耗角正切25℃1010Hz

0.006

體積電阻率(Ω·cm)

1.2×1015

體積電阻率(Ω·cm)

1015

表面電阻率 Ω

2.2×1014

折射率 ND

1.550

電氣強度 (KV/mm)

12.8

膨脹系數 a×10-8/℃

5

耐水性 析Na2O mg

4.1

 

 

耐酸性0.25mol/L H2SO4失重(mg)

1063.9

 

 

耐堿性0.5mol/L NaOH失重(mg)

253

 

 

注:表中玻璃纖維性能摘自2001年化學工業出版社的《玻璃纖維和玻璃棉全書》。

  關于玻璃成分和玻璃性能的關系簡略介紹如下:
 。ㄒ唬〾A金屬氧化物是影響電性能的主要因素。一般的硅酸鹽玻璃是離子導電。在常溫下,構成玻璃的硅氧或硼氧骨架幾乎不導電,但是網絡中充填了陽離子,特別是充填了堿金屬離子時,這些離子鍵結合的陽離子具有一定的游動性,使玻璃成為一種弱導電體。因而,堿金屬氧化物的含量是影響玻璃電絕緣性能的主要因素,也是玻纖布的關鍵技術指標。
  E玻璃中的Na2O和K2O并非有意引入,只是其他原料和澄清劑帶入的成分。堿金屬氧化物有高溫助熔作用,但同時又會使玻璃結構疏松、減弱,導致電導和介質損耗上升,彈性模量、硬度、化學穩定性、熱膨脹系數等一系列性能變壞,耐用性下降。E玻璃的堿金屬氧化物含量從1.6%降低到0.5%時,玻璃的體積電阻增加101數量級。為了確保E玻璃的電性能,應在保證玻璃纖維正常生產的前提升秒 盡量減少堿金屬氧化物含量。目前,雖然IPC標準規定為0%~2%,而絕大多數國家標準規定含量均小于1.0%,我國現行標準規定小于0.80%,實際上國內外玻纖生產廠商大都控制在0.50%左右。
 。ǘ㏒iO2是玻璃最主要的組成氧化物。SiO2含量增加能提高玻璃的力學性能、介電性能和化學穩定性,而鉆孔加工性下降。當含量超過57%時,玻璃熔制困難,拉絲溫度上升。
 。ㄈ〤aO是玻璃的主要組成氧化物之一。玻璃中引入CaO是為了使玻璃具有耐久性。玻璃中CaO含量增加,能提高玻璃的化學穩定性和硬度,而玻璃的介電性能下降。當CaO含量超過規定范圍時,玻璃脆性增加,難以控制紡織用細纖維。
 。ㄋ模〢l2O3也是E玻璃的主要組分之一。適量加入Al2O3可以提高玻璃的耐久性、化學穩定性和力學性能。但與CaO比例不當時也會提高玻璃的熔制溫度和玻璃液粘度,增加熔制和拉絲的難度。
 。ㄎ澹〣2O3作為熔劑引入可以部分替代SiO2。B2O3含量增加可使纖維富含彈性,提高力學性能和介電性能,降低熱膨脹系數。但超過規定范圍時拉絲困難,并會降低纖維的耐水性。
 。㎝gO的引入可部分替代CaO。在規定范圍內少量引入有助于降低拉絲溫度,提高玻璃纖維強度。
 。ㄆ撸┥倭康腡iO引入也有助于降低拉絲溫度。

 
 
 
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