无碱玻璃纤维又称E-玻璃，是一种铝硼硅酸盐玻璃，R2O含量小于0.8%，是目前应用广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分。据统计，99%以上的连续玻璃纤维是E-玻璃成分。它的优点很多，但其大的缺点是易被无机酸侵蚀，因此不适用于酸性环境中应用。随着玻璃钢应用范围的日益广泛，无碱玻璃纤维的这一缺点已越来越明显，成为其开拓新应用领域的巨大障碍。玻璃纤维生产厂商和各科研单位，针对提高玻璃纤维的耐酸性能进行了大量的研究，近几年来在这方面也取得了可喜的成果，国内大型玻纤制造企业已有高耐酸性能的玻璃纤维在万吨池窑上实现量产。本文通过一系列的试验，对玻璃纤维的耐酸性能进行了研究，对其耐酸机理进行了分析探讨。
    1 试验
    试验选用普通无碱玻璃纤维和耐酸玻璃纤维进行了耐酸对比试验；采用缠绕法，使用两种玻璃纤维分别缠绕成玻璃钢管道进行了玻璃钢耐酸性试验。两种纤维均采用同种规格类型，尽可能确保样品的表面积相同。使用一定浓度的酸液对两种玻璃纤维和玻璃钢制备的样品进行酸液浸泡，并采用加温加速侵蚀的方法分别研究两种纤维及玻璃钢制品的耐酸侵蚀性。
    1.1样品制备
    为了进行更好的对比，试验均采用耐酸玻璃纤维与无碱玻璃纤维平行制样对比方式。
    样品来源及主要参数如表1所示。

    使用定长缠绕机和环氧树脂缠绕成长1,m，内直径150,mm的玻璃钢管道，按照既定的工艺制度固化充分后切割成标准试样进行耐酸试验和剪切强度的检测，玻璃钢中玻璃纤维含量为68%。
    1.2耐酸性试验
    试验方法：失重法；
    试验试剂：10%硫酸溶液；
    试验设备：水浴锅、塑料烧杯、分析天平；
    试验步骤：选取生产参数完全相同的两个缠绕纱（无碱玻璃纤维标示为：E玻璃；耐酸玻璃纤维标示为：LB玻璃）。对各样品进行称重，记作M1。用两个塑料烧杯分别装取400ml,10%硫酸溶液，做好标记后，将称好质量的纱浸没在烧杯中，并将两个烧杯用塑料薄膜密封后放入96℃水浴锅中，保温不同的时间。酸煮一定时间后取出烧杯，用20%氢氧化钠溶液洗涤两个样品，对纱表面黏附的酸液进行中和，然后用蒸馏水洗涤六次。后的洗涤液用pH试纸检测，显示为中性为止。将酸侵蚀后的样品进行烘干（100℃的烘箱中烘干5h）、冷却后称重，质量为M2。用公式(1)计算样品失重：

    其中：
    M―表示样品失重所占比例；
    M―样品的初始质量，g；
    M―酸侵蚀后的样品质量，g。
    根据该公式计算的M%即样品酸侵蚀质量损失质量百分比；1-M%：表示耐酸后的样品质量保留率，以此反映耐酸性能。
    玻璃钢耐酸性试验所采用酸液试剂、设备及具体操作步骤与以上步骤相同。
    1.3 其他检测
    扫描电镜侵蚀面观察。使用日本日立公司生产的HITACHI,S-2500型扫描电子显微镜对酸侵蚀后的玻璃纤维表面和玻璃钢酸侵蚀后的断面进行观察，对酸侵蚀对玻璃纤维表面造成的破坏及玻璃钢断面形貌进行直观的观察分析。
    2 试验结果及分析
    2.1玻璃纤维耐酸性
    按既定的试验方法进行同规格产品的耐酸性试验对比，本试验采用的玻璃纤维是直径为22.5μm的普通增强型玻璃纤维。试验结果如表3。

    由表3可以看出：普通E玻璃纤维经10%的硫酸溶液，96,℃酸煮96,h后平均失重为43.9%，质量保留率为56.1%，有接近一半的成分被酸液腐蚀掉，玻璃纤维结构基本全部被破坏，从而失去强度；而LB玻璃纤维的平均失重仅为6.2%，质量保留率在93%以上，玻璃纤维的主体结构依然完整。

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    普通E玻璃纤维在酸液侵蚀后形成白色的棉絮状，基本看不出玻璃纤维原有的形貌，绝大部分都溶蚀在酸液中；而LB玻璃纤维经酸液侵蚀后仍然保持与侵蚀前一致的外形，只是在表面形成细密的、较小的侵蚀坑，对纤维的本质结构未形成较大破坏。LB耐酸产品在经过相同的酸液侵蚀后较普通E玻璃的耐酸性能大大提高。
    2.2玻璃钢耐酸性能
    对制备的玻璃钢试样进行了酸侵蚀试验和力学性能分析。
    玻璃钢试样在10%的硫酸溶液，96℃酸煮，不同时间后的强度变化如图2所示。

    图2可见，两种玻璃纤维制作的玻璃钢在同样的酸性环境下侵蚀，随着时间的延长，强度不断降低。E玻璃纤维增强的玻璃钢，酸煮120h时强度只有原来的70%左右，酸煮200h时强度仅是酸液侵蚀前的50%；LB玻璃纤维增强的玻璃钢，酸煮120h时强度仍然能达到原始强度的90%，再随着时间的延长，强度下降得较缓慢，酸侵蚀后的强度明显高于E玻璃纤维制备的玻璃钢。
    2.3 耐酸机理分析
    从试验可以看出，无碱玻璃纤维在酸液中很快被溶蚀，主要是由于无碱玻璃纤维含有较多的硼，相对来讲硅氧骨架较少。硼在无碱玻璃纤维中主要以[BO3]和[BO4]存在于玻璃结构中，其与Si共用-O-直接连接形成玻璃骨架结构，硼是极易被无机酸侵蚀的。在酸液中硼被酸侵蚀后形成了通道，从而酸液可以进一步侵蚀玻璃纤维的整体结构，也增大了玻璃骨架与酸液的接触面，进一步加速了酸侵蚀速度。

    图3a是E玻璃纤维在酸煮48h后的扫描电镜照片，这时的玻璃纤维表面形成了细碎的破碎区域和很多裂纹，而且个别区域变色侵蚀分层形成结皮状，说明玻璃中已有大量的元素被侵蚀掉，这种表面已没有任何强度；酸煮96h后已不能很好地保留玻璃纤维原貌。图3b所示为LB玻璃纤维酸煮96h的电镜照片，其表面只有细密的小凹坑。主要是由于LB玻璃纤维含有很少量的硼，SiO2含量明显高于E玻璃纤维，在酸侵蚀后表面形成了富SiO2层，可以阻止酸液的进一步向内侵入，从而大大增强了其耐酸性。
    相对而言，树脂基体耐酸侵蚀性比较好，玻璃钢的耐酸性能主要是增强材料所决定。随着酸侵蚀时间的延长，玻璃钢的强度均呈下降趋势。E玻璃纤维由于本身耐酸性较差，在玻璃钢中是薄弱环节，随着其不断被侵蚀直接破坏了玻璃钢结构的完整性，从而玻璃钢在酸液中呈加速破坏的趋势。如图3c，断面的玻璃纤维呈粉碎状，玻璃纤维已几乎没有强度，其增强作用也不存在了。而LB玻璃钢，强度降低较少但酸煮240,h时强度依然降低12%左右。主要原因有：(1)酸性腐蚀会使树脂基体从延性变为脆性，从而使树脂本身的强度有所降低；(2)除了其自身的拉伸和弯曲强度降低外，树脂与玻璃纤维的界面也受到了破坏,这进一步降低了玻璃钢的力学性能。玻璃钢断面和剥层的SEM微观扫描图片如图3d所示,从图中可以发现,纤维表面的树脂粘连很少,树脂与纤维的界面受到了腐蚀的破坏，是明显的界面脱粘形貌，从而使玻璃钢受外力时，界面的传递力的作用大大减少，从而使整个复合材料的受力均匀性变差，强度变低。从图中可以看出很多纤维拔出,纤维表面几乎无树脂粘连,这也说明了基体和纤维的界面在酸侵蚀时受到了更加严重的破坏,这些都在很大程度上影响了玻璃钢的力学性能。[-page-] 
    3 结论
    (1)通过试验可知，LB玻璃的耐酸侵蚀性明显优于E玻璃，同条件下在酸液侵蚀后的失重只是E玻璃的1/10，为玻璃纤维在酸性环境中拓展了应用空间。玻璃钢在酸侵蚀下的强度变化也印证了玻璃纤维在玻璃钢耐酸性上的主导作用。
    (2)玻璃钢在酸性环境下，除了纤维本身不耐酸导致强度急剧下降之外，玻璃纤维与树脂基体的界面也是容易受到破坏的环节之一。