玻璃纤维短切原丝毡中粘结剂和毡的强度关系

楚　塞　ｅ　枷　邓和平，等：玻璃纤维短切原丝毡中粘结剂和毡的强度关系　中图分类号：ＴＱ１７１．７７　７．７１　文献标识码：Ａ　玻璃纤维短切原丝毡中粘结捌和毡的魏关系　

邓和平，薄圣泉　（￣！ｔＪｌｌ威玻集团泰国有限公司，泰国２１４４０）　

摘要：对粉末粘结剂的微观分布和粘结机理进行了分析，从材料力学和物理学的角度出发，建立了玻璃纤维短切原丝毡中　毡的强度与粉末粘结剂粘结效果之间的的数学关系，得出了两者之间直接相关的结论，有利于生产中质量控制。　关键词：短切毡；粉末粘结剂；颗粒；强度　

Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ　Ｃｈｏｐｐｅｄ　Ｓｔｒａｎｄ　Ｍａｔ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｗｉｔｈ　Ｉｔｓ　Ｂｉｎｄｅｒ　ＤＥＮＧ　Ｈｅｐｉｎｇ，ＢＯ　Ｓｈｅｎｇｑｕａｎ　（Ｓｉｃｈｕａｎ　ＷｅｉＢｏ　Ｇｒｏｕｐ（Ｔａｉｌａｎｄ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｔａｆｌａｎｄ　２１４４０）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｗｄｅｒ　ｂｉｎｄｅｒ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｍｅ—　ｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｃｓ，ｔｈｅ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｇｌａｓｓ　ｆｉｂｅｒ　ｃｈｏｐｐｅｄ　ｓｔｒａｎｄ　ｍａｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｏｎｄ－　ｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｐｏｗｄｅｒ　ｂｉｎｄｅｒ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｙ　ｈａｖｅ　ｄｉｒｅｃｔ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ，ｗｈｃｉｈ　ｉｓ　ｇｏｏｄ　ｆｏｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｈｏｐｐｅｄ　ｓｔｒａｎｄ　ｍａｔ；ｐｏｗｄｅｒ　ｂｉｎｄｅｒ；ｐａｒｔｉｃｌｅ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ　

Ｏ前言　短切原丝毡简称短切毡，是一种主要的玻璃纤　维无纺增强材料，是通过粘结剂将玻璃纤维短切原　丝粘结成形的，故原丝之间粘结的好坏直接影响到　毡的机械拉力强度，也可以说短切毡的强度与粘结　剂有很大的关系。毡用粘结剂可分为粉末和乳液两　大类，粉末粘结剂用量少，约占毡总重量的　

收稿日期：２０１４—０９—２４　修回日期：２０１５—０３—１６　作者简介：邓和平，男，１９７５年生，总经理，工程师。主要从事玻璃　纤维短切毡的生产控制和应用方面的研究。　

《玻璃纤维》２０１５年第２期１８　

３％～５％。本文从微观角度研究粉末粘结剂的粘结　机理，以及粘结剂和毡片强度之间的关系。　

１粉末粘结剂　在短切毡中粉末粘结剂（简称粉剂，下同）的颗　粒度要有一定的分布，在最大颗粒与最小颗粒之间，　每一级尺寸的颗粒均要有一定的比例。通常我们选　用的粉末粘结剂的粒径在４０—３００　ｍ之间，其中绝　大多数颗粒的粒径ｄ在１５０　ｍ左右。毡用玻璃纤维　根据生产厂家和使用性能的不同，单纤维直径一般　选择１１～１４　ｍ。　邓和平，等：玻璃纤维短切原丝毡中粘结剂和毡的强度关系　１．１粉剂的物理参数　１．１．１密度Ｐ　由于粉剂的单位体积重量和水的单位体积重量　很接近，同时根据粉剂基本上悬于水中的现象，我们　可以认为粉剂的密度稍微大于水的密度，取粉剂的　密度ｐ＝１．１　ｇｅｍ　。　１．１．２颗粒体积　我们假设所有的粉剂颗粒都是规则的球体，则　每颗粉剂的体积为：　＝了４　・４×（　）　

＝１．４１３７×１０　（１）　式中：　——粉剂颗粒体积，ｌｎｎｌ　。　１．１．３颗粒重量ｙｍ　根据粉剂的体积和密度，我们可以算出粉剂颗　粒的重量为：　ｙｍ＝ｖｏ　ｘｐ　＝１．５５５×１０～　（２）　式中：　ｙｍ——颗粒质量，ｇ。　１．２粉剂的微观分布及参数　短切毡中粉末粘结剂的含量　为：　

＝　（３）　式中：　——短切毡中粉剂的重量，ｇ；　一短切毡的重量，ｇ。　我们取１００　ｍｍ×１０　ｌｎｌｎ单位面积毡片，Ｓ表示　其面积，即．ｓ＝１×１０“ｍ　，则单位面积毡中粉剂的　粒子数量凡为：　

：　（４）了　Ｌ斗，　将（３）式代人（４）式，得：　×　ｙｍ　—了一　

ＦｉｂｅＰｇ｜ａｓ　妻三　

一　：：　一１．５５５×１０一　

０．６４３×　×　（５）　我们取不同单位面积质量的６个品种玻璃纤维　短切毡，依单位面积质量由轻至重标记为１＃、２＃、３＃、　４｝｝、５＃、６＃，根据式（３）分别测其粉末粘结剂含量，并　根据式（５）计算各毡片单位面积中粉剂颗粒的粒子　数，结果见表１：　表１单位面积毡片中粉剂粒子数　

２粘结强度的计算　２．１理想粘接状态　单颗粉剂在熔融之后，假设能够刚好且完全粘　结两束短切玻璃纤维，这样的粘结就是最理想的粘　结状态（如图１所示）。在实际生产中，有的粉剂颗　粒熔融之后会粘结很多玻璃纤维，而有的也没有发　挥到粘结作用，这种没有发挥作用的粘结即为无效　粘结。在研究中我们取理想的单点粘结为对象进行　研究，从而推断出全部粉剂能有效地进行单点粘结　的短切毡的理论强度，此状态下毡片的受力图如　图２。　

一。＿：＝≯　眨～　

图１粉剂的单点粘结的理想效果图　拉　伸　强　力　图２理想的毡片受力图　２．２粘结点的最大载荷　拉　伸　强　力　

玻纤短切毡采用的是单丝直径为１３　ｉ．Ｌｍ，２００根　《玻璃纤维》２０１５年第２期１９　Ｒｂｅｒ　邓和平，等：玻璃纤维短切原丝毡中粘结剂和毡的强度关系　拉力Ｔ。————．＿＝＝＝Ｉ　署薯喜——＋　ｕ　

图４单个粘结点的受力示意图　单丝集束而成的玻璃纤维原丝，则玻璃纤维短切原　丝丝束的直径ｄ＝　１３　×２００　１８３．８４７８　ｍ。我们　设定一个粉剂颗粒的粘结点的直径Ｌ＝１５０　ｍ，单　颗粉剂和单束原丝之间的拉伸断裂强度为６　，则粘　结点的最大载荷为：　＝６　×Ｓ　＝６　×３．１４　Ｘ　ｄ×Ｌ　＝０．０８６２３７６　（６）　式中：　

——单个粘结点的最大载荷，Ｎ；　６　——单颗粉剂和单束原丝之间的拉伸断裂强　度，ＭＰａ；　Ｊｓ　——单点粘结面积，ｍｍ　。　要测得艿　，我们首先加工一个能够制作长Ｘ宽×　高为２００　ｍｍ×２０　ｍｍ×１０　ｍｍ试样的金属模具，再把　粉剂放入其中进行熔融，制成２００　ｎⅡｎ×２０　ｍｍ×　１０　ｍｍ的树脂样条，参照ＧＢ／Ｔ　１４４７—２００５纤维增强　塑料拉伸性能试验方法，对树脂样条进行拉伸强度　检测。取７个样品分别测试，计算拉伸强度平均值，　记录如下：　表２粘结剂树脂样条的拉伸性能测试　

将６　＝１４．１８代人式（６），得：　＝０．０８６２３７×１４．１８＝１．２２２８４０７　（７）　２．３有效粘结点强度的计算　我们假设制毡所用的短切玻璃纤维长度均为　

《玻璃纤维》２０１５年第２期２０　

５０　ｍｍ，纤维粘结的理想状态如图５，在此状态下短　切纤维的有效粘结长度为２５　ｍｍ。　

图５玻纤粘结的理想效果　２５　

虽　

图ａ试样的粉剂粘结效果　根据玻璃纤维短切毡拉伸断裂强度测试方法　（ＧＢ／Ｔ　６００６．２），设玻璃纤维的长度Ｌ＝５０　ｍｍ，有效　

粘结长度为÷ｚ＝２５　ｍｍ，在测试时所取短切毡的试　样宽度为Ｂ，Ｂ＝１５０　ｍｍ，试样的粘结效果图如图６，　则单位面积内有效的粉剂粘结点数与拉伸断裂强度　的关系可以归结出如下的公式：　

÷ｚ×Ｂ　≈　×ｎ×　

＝　×・．２２２８４０７×ｎ　＝４５．８５６５２６ｎ　（８）　式中：　毡片最大拉伸断裂强度，Ｎ　ｎ——单位面积内的粉剂粘结点的数量。　将表１中１＃～６＃毡片的单位面积内粉剂的粒子　数分别代人式（８），可分别得到各规格毡片的理论　最大拉伸断裂强度，结果见表３：　表３不同单位面积质量短切毡的粘结剂粒子数与拉伸强力　邓和平，等：玻璃纤维短切原丝毡中粘结剂和毡的强度关系　３　结论　由上述可见，粘结剂自身粘结强度和原丝之间　有效粘结点的多少直接关系到粘结效果的好坏，也　直接影响到短切原丝毡的强度。当然，目前由于粉　剂生产厂家不一样，各个厂家所提供的粉剂颗粒度、　熔融度、与水的互溶性等性能都有区别，这对理论计　算结果也有一定的影响。在实际生产中，有时短切　毡产品添加了如文中等量的粉剂，却没有达到文中　所计算出的强度，其原因主要在于生产中一部分粉　剂通过振动和飘扬流失，一部分粉剂没有最大地发　挥出其粘结作用。因此怎样最大限度地发挥出粉剂　

Ｆｉｂｅｒｇｌａ　ｌ　技术研究　

的粘结效果、在满足短切毡质量的前提下最大可能　地减少粉剂的用量，这是每个生产厂家常抓不懈的　课题。　

参考文献　［１］王超，张斌，李奇力，等．室温固化耐热环氧树脂胶粘剂［Ｊ］．化　学与粘合，２０００（０５）（增刊）：１９０—１９１．　［２］蔡为仑（Ｔｓａｉ，Ｓ．Ｗ．）．复合材料设计［Ｍ］．刘方龙，王弘生，　译．北京：科学出版社，１９８９．　［３］杨唏明，曾德璋．大学物理学［Ｍ］．成都：科技大学出版　社，１９９２．　

（上接第１７页）　同时也解决了一直困扰玻璃纤维生产企业的一个难　题。随着环保要求越来越高，资源越来越少，以及科　学技术的发展，在工业生产中，这种环保的资源循环　利用的的方式将会得到更广泛的应用。　

参考文献　［１］盖秋果．玻璃纤维废丝造成污染治理力度需加大［Ｎ］．农民日　报，２００５／７／２２（２）．　［２］张锐．玻璃工艺学［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００８．　［３］孙振海，袁美芹．玻璃纤维废丝的处理和利用［Ｊ］．玻璃纤维，　２００８（５）：４—６．　［４］王继治．玻璃球等材料中亚铁的测定［Ｊ］．玻璃纤维，１９８０　（２）：４—６．　［５］张景杰．球磨机与分级机在硅微粉生产线中的应用与配合　

．．－１－．．－１－－．　［Ｊ］．有色矿冶，２００６（１）：１２１—１２２．　［６］张壁栋．玻璃配合料［Ｍ］．北京：中国建材工业出版社，１９９２，　１２：１４１—１４２．　［７］黄立．陶瓷球磨机研磨体对简体作用载荷分析与计算［Ｊ］．机　械工程师，２００６（１）：１１７—１１９．　［８］李颂华．新型陶瓷球研磨方式的力学分析［Ｊ］．沈阳建筑工程　学院学报，２００２（３）：２２９—２３２．　［９］房志．防止玻璃纤维粉尘对生产者的危害［Ｊ］．职业与健康，　１９８５（４）：３２—３３．　［１０］史雅楠．浅谈高炉矿槽除尘［Ｊ］．化学工程与装备，２０１０（９）：　１３５—１３６．　［１１］周斌．玻璃纤维废丝回收使用技术探讨［Ｊ］．玻璃纤维，２０１１　（５）：２９—３１．　

《玻璃纤维》２０１５年第２期２１