王玉梅    陈  尚

（南京玻璃纤维研究设计院   南京210012）

【摘要】作者从对无碱、中碱和耐碱玻璃基本性能的试验研究从发，阐述了玻璃成分对玻璃纤维力学性能、化学稳定性和脆性的影响。结合建筑外墙外保温工程的要求，对中碱和耐碱玻璃纤维网布拉伸断裂强度、耐碱性、断裂伸长率和涂覆量进行了试验研究。通过对试验结果的分析，提出了无碱和中碱玻璃纤维网布的拉伸强度大于耐碱玻璃纤维网布约30%左右；经涂覆处理的中碱玻璃纤维网布用于聚合物基的外墙外保温系统是可靠的；耐碱玻璃纤维由于本身具有一定的耐碱性，再经过涂覆处理，增加了表面保护层，耐强碱的能力优于中碱玻璃纤维网布的观点。作者希望通过本文的讨论能够给建筑外墙外保温工程和网布的用户提供一些有益的帮助。

【Abstract】Based on the research of fundamental properties of E glass, C glass and AR glass, this article expounds the influence of glass ingredient on the mechanical property, chemical stability and brittleness of glassfiber. In line with the engineering requirement of EIFS, a lot of tests were conducted on the tensile strength, breakage elongation, alkali resistance and resin content of C and AR glassfiber mesh. Analysis to the test results shows that the tensile strength of E and C glassfiber mesh is greater than that of AR glassfiber by about 30%. And the plastic coated C glassfiber mesh is reliable in Class PB EIFS application. Due to its alkali-resistant ability, AR glassfiber mesh, after plastic coating, has a further protective layer and better resistance to strong alkali than C glassfiber mesh. That’s another point brought up by this article. The author hopes to provide useful help to ELFS engineering and the user of glassfiber mesh.

关键词：外墙外保温；玻璃纤维；网布；性能

Key words: EIFS; glassfiber; mesh; properties

2006年我国外墙外保温用玻璃纤维网布的总产量约为8.5万吨，其中中碱玻璃纤维网布8万吨，耐碱玻璃纤维网布5千吨。玻璃纤维网布性能如何，能否满足外墙外保温工程的应用，这是行业内外都十分关心的问题。

外墙外保温用玻璃纤维网布是指用玻璃纤维纱线织造再经涂覆有机树脂而成的一种网格状的织物。它具有较高的抗拉强度，稳定的外形尺寸和良好的化学稳定性，不生锈不腐烂，是国际和国内外墙外保温系统目前广泛采用的增强材料。

按照玻璃纤维网布所用玻璃纤维的类型，把玻璃纤维网布分为无碱玻璃纤维网布、中碱玻璃纤维网布和耐碱玻璃纤维网布。由于原材料、性能和价格等方面的原因，我国目前几乎不生产无碱玻璃纤维网布，工程中大量使用的是中碱玻璃纤维网布，其次是耐碱玻璃纤维网布。自2003年以来，国家玻璃纤维产品质量监督检验中心为制订外墙外保温用玻璃纤维网布产品标准，对玻璃纤维网布的性能进行较为系统的试验和研究，本文仅就玻璃纤维网布的性能试验研究结果做一探讨和分析。

玻璃的基本性能

1化学成分

中碱、  无碱和耐碱玻璃纤维的名称是由我国自行命名的，中碱玻璃和无碱玻璃是按照玻璃中碱金属氧化物含量的多少区分的，而耐碱玻璃是按照其具有的性能命名的。按照国际标准的命名方法，应分别称为：C玻璃、E玻璃和AR玻璃，其涵义是：C玻璃（中碱玻璃），chemical resistance，耐化学侵蚀；E玻璃（无碱玻璃），good electrical properties，良好的电绝缘性能；AR玻璃（耐碱玻璃，也有人译为抗碱玻璃），alkaline resistant。应特别指出的是，目前我国生产的耐碱玻璃纤维网布与国外的AR玻璃相比，在化学组成上存在较大差异，主要是氧化锆含量较低。

玻璃之所以具有这些不同的性能，是因为其化学组成不同，玻璃的化学组成决定了玻璃的物理化学性质和工艺性质，也决定了玻璃的生产成本。中碱、无碱和耐碱玻璃的主要化学成分见表1。[1]

表1　无碱、中碱和耐碱玻璃主要化学成分 　　　              %

从表1中可以看出，无碱玻璃碱金属氧化物含量小于0.8%，中碱玻璃碱金属氧化物含量为11.6%～12. 4%。与无碱和中碱玻璃不同的是，耐碱玻璃中含有约为14.5%的氧化锆和6%的氧化钛。氧化锆是耐碱玻璃可以抵抗碱性侵蚀的主要成分，锆含量越高，玻璃的耐碱性就越好。但氧化锆又是一种难熔物质，锆含量越高，玻璃熔制越困难。由于在生产锆含量较高的玻璃纤维时，在玻璃的熔化、澄清、均化和成形等方面都存在较大的困难，因此我国目前生产的耐碱玻璃纤维还不是真正的AR玻璃，耐碱玻璃纤维网布的氧化锆含量只能达到14.5%左右，而AR玻璃氧化锆的含量一般在19%以上。

中碱玻璃因其原料来源广泛易得，且其熔制温度较低，易于拉丝成型，因而其生产成本较低，价格较便宜。而耐碱玻璃生产中所使用的锆英砂原料国内稀少，需从国外进口，因而其价格也相对较高。

1．2力学性能

玻璃纤维网布的强度取决于织造网布用的纱线的强度，而纱线的强度又取决于纤维的强度，纤维的强度与其化学组成相关。国际上都是以新生态纤维的强度来代表玻璃的强度，所谓新生态纤维是指玻璃熔体流经拉丝漏板漏嘴后刚形成的纤维。此时的纤维尚未遭受空气中水分的侵蚀，纤维表面微裂纹的数量和尺寸都极小，此时的测得的强度较真实有可比性。表2给出了无碱、中碱和耐碱三种玻璃的新生态纤维拉伸强度。[2]

表2 玻璃新生态纤维拉伸强度

从表2中可以看出，无碱玻璃的强度最高，中碱玻璃次之，耐碱玻璃的强度最低。影响强度的因素有很多，按格里菲斯微裂纹缺陷理论：玻璃纤维的理论强度取决于分子之间的引力（与玻璃成分和结构有关），其理论强度很高。但由于玻璃纤维中存在着数量不等、尺寸不同的微裂纹，使实际强度大大降低。微裂纹分布在玻璃纤维的整个体积内，但以表面裂纹危害最大，在外力作用下，微裂纹处产生应力集中而发生破坏。根据这个理论，我们得出影响玻璃强度的主要因素有：①化学成份。化学组成不同，玻璃结构的紧密程度不同，分子间引力不同，强度也不同；②纤维的直径。直径越细，可能出现的微裂纹的数量和尺寸就越少，强度越大；③存放时间。存放时间增加，吸附的水分会造成纤维表面微裂纹扩展，强度下降；④玻璃液的缺陷。如化学不均匀、结晶、杂质、结石、气泡等，研究结果认为：当玻璃中存在结晶时会降低强度，最大可降低52%，当存在微小气泡时，强度可下降20%，可见玻璃液质量对保证纤维强度至关重要。⑤成型的影响。成型时的温度高，玻璃液的熔制质量会提高，玻璃液缺陷减少，拉丝成型后冷却的速度越快，析出的超微晶体的数量和尺寸越少,缺陷和微裂纹也越少,纤维的强度就越高。

弹性模量和断裂伸长率也是反映材料性能的重要指标。玻璃纤维弹性模量高，伸长小并且没有塑性伸长，这是玻璃纤维的特性。弹性模量和断裂伸长率主要取决于玻璃成份，与纤维的直径关系不大，相同成份不同直径的玻璃具有大致相同的弹性模量和伸长率。表3给出了无碱、中碱和耐碱三种玻璃纤维的弹性模量和断裂伸长率。

表3 玻璃弹性模量和断裂伸长率

1．3化学稳定性

化学稳定性是指玻璃抵抗水、酸、碱等介质侵蚀的能力。通常以受介质侵蚀前后的质量损失、析出的碱量及进入侵蚀介质中的玻璃组分、强度损失和直径减少率等指标来衡量。

玻璃具有良好的耐水性和耐酸性，几乎不受水气和酸性介质的侵蚀。但当拉制成玻璃纤维时，其表面积大大增加，受介质的侵蚀要比玻璃剧烈得多。表4给出了无碱和中碱玻璃纤维的耐水性。它是以5000cm2表面积的试样，在250ml蒸馏水中煮3h测得的结果。[3]

表4玻璃纤维的耐水性

表5给出了无碱和中碱玻璃纤维的耐酸性。它是以5000cm2表面积的试样，在0.25mol/lH2SO4溶液中煮3h测得的结果。

表5 玻璃纤维的耐酸性

从表4中可以看出，无碱玻璃在水中的失重和析碱量都低于中碱玻璃，表明无碱玻璃的耐水性优于中碱玻璃。表5显示在酸溶液中，中碱玻璃的失重远低于无碱玻璃，这说明中碱玻璃的耐酸性明显优于无碱玻璃。

耐碱性差是硅酸盐玻璃的弱点，它限制了玻璃纤维的应用范围，由此从上世纪七十年代以来各国的科学家们对其作了大量的研究，并研制出了耐碱玻璃纤维。所谓耐碱玻璃是指其耐碱性相对中碱和无碱玻璃要强。为了深入了解各种玻璃耐碱性能的强弱，国家玻璃纤维产品质量监督检验中心进行了系统的测试研究。表6给出了无碱、中碱和耐碱玻璃耐碱性的试验结果。为使试验结果有可比性，试验采用相同比表面积的玻璃球进行，每个玻璃球质量约为30g，表面积约为36cm2。碱性介质采用5%NaOH溶液（50g NaOH溶于1L蒸馏水），耐碱性以失重和溶出的硅离子浓度进行衡量。[4]

表6 无碱、中碱和耐碱玻璃的耐碱性

从表6中可以看出：

①无论是失重还是溶出硅离子浓度，无碱玻璃都是最高，耐碱玻璃最低，由此得的出三种玻璃的耐碱性能排列顺序为：耐碱玻璃＞中碱玻璃＞无碱玻璃。

②随着温度的升高，失重和溶出硅离子浓度越来越大，说明温度升高会加剧碱性介质对玻璃的侵蚀。

③耐碱玻璃的耐碱性对温度变化最为敏感，同样处理条件下其耐碱性能随温度升高的衰减速度要大于无碱和中碱。在“沸腾，3h”的处理条件下测得的耐碱玻璃的耐碱性与“80℃，6h”处理条件下测得的中碱玻璃的耐碱性相当。

1．4脆性

玻璃纤维是脆性材料，断裂伸长率通常约在4%左右。玻璃纤维的脆性可以用纤维的圈结直径表示。将玻璃纤维结一个圆圈，用两只手分别拿住纤维的两端，然后逐渐缩小圆圈的直径，纤维被折断前圆圈的最小直径即为圈结直径。纤维脆性越大，圈结直径也越大。纤维的脆性是由纤维的直径和断裂伸长率所决定的。研究表明，玻璃纤维的脆性和它的直径的四次方成正比，当玻璃纤维直径降低至3.8μm以下时，它比普通涤沦纤维还要软四倍，国际上把直径3.8μm的玻璃纤维称为“贝他纱”，他可用来制作柔软的宇航服等。直径相同的玻璃纤维，断裂伸长率越大，脆性越小。。由前面表3可以看出，无碱玻璃纤维脆性最小，中碱玻璃纤维次之，耐碱玻璃纤维最大。虽然现在还没有其他降低玻璃纤维脆性的更好的方法，但至少可以通过减小纤维直径来降低玻璃的脆性。了解玻璃纤维的脆性对正确使用玻璃纤维网布有着重要的现实意义，如工程上要选用纤维直径细的网布，在使用中避免使网布受到扭曲、磨损、折叠等可能对性能产生影响的损伤。

2  玻璃纤维网布的性能

1拉伸断裂强力

玻璃纤维网布的拉伸断裂强力是指将单位宽度的试样拉伸至断裂时所需施加的最大力，通常以N/50mm为单位。

玻璃纤维网布是外墙外保温系统的增强材料，其拉伸强度的高低对系统的冲击强度、剪切强度、剥离强度都有较大的影响。表7给出了现行业标准JC561.2－2006《增强用玻璃纤维网布第2部分：聚合物基外墙外保温用玻璃纤维网布》对无碱和中碱玻璃纤维网布的拉伸强度要求，表8给出了JC/T 841《耐碱玻璃纤维网布》新标准中对耐碱玻璃纤维网布的拉伸强度要求。

表7 无碱、中碱玻璃纤维网布拉伸断裂强力