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三、玻纤布的结构 (一)织物结构要素 织物中经纬纱的配置情况和彼此联结状态称为织物结构。织物结构取决于经纬纱的单丝直径、合股数、捻度、线密度、经纬密度、织物组织、织造参数等许多因素,这些因素的变化以及彼此的不同组合可以构成许多结构性能各异的玻纤织物,以满足不同用途需要。 (二)织物结构与性能要求的关系 1.经纬纱 经纬纱的单丝直径以微米(μm)表示。覆铜板用玻纤布经纬纱的单丝直径都在9μm以下,标称直径分为4.0(BC)、4.5(C)、5.0(D)、6.0(DE)、7.0(E)、9.0(G)μm六个标称档次。一般而言,较细的单丝可以制成较细的纱,织成较薄的布。而同样厚度的布,如用单丝直径较细的经纬纱,则布的柔软性、力学性能和耐用性更好。另一方面,拉丝时对原丝施加的浸润剂不但在拉丝时有润滑和集束作用,而且可以在一定程度上改善原丝的柔软性、耐磨性和耐弯折性。特别是近代纺织型浸润剂采用了改性淀粉为主要原料,使原丝的纺织性能得到明显改善。改变我国上世纪80年代前只有单丝直径7μm以下的玻璃纤维纱才能用于织布的历史。主要玻纤纱与主要覆铜板用玻纤布,见表5-3-4。 表5-3-4 主要玻纤纱与主要覆铜板用玻纤布 主要玻纤纱 主要玻纤布品种 代号 (μm) Hall Tex(g/km) 代号 密度 (根/25mm) 单位面积质量(g/m2) 厚度(mm) BC-3000 4.03 50 1.7 1015# 85*85 11.56 0.014 BC-1500 4.03 100 3.3 1027# 74*74 19.54 0.020 C-1200 4.6 100 4.3 1037# 69*72 24.0 0.027 D-450 5 200 11.2 1080# 59*46.3 46.8 0.053 1078# 53*53 47.8 0.043 D-900 5 100 5.6 106# 55*55 24.4 0.033 D-1800 5 50 2.8 101# 74*74 16.5 0.024 DE-300 6 200 16.5 3313# 59*61 81.4 0.084 E-225 7 200 22.5 2116# 59*57 103.8 0.094 G-75 9 400 67.6 7628# 43.3*30.5 203.4 0.173 注:表中数据参考2002年7月发布的IPC-4412《印制板用处理“E”玻璃纤维布规范》以及日本国的日东纺的产品技术标准。 经纬纱的并合股数取决于布的厚度和原丝的粗细。当原丝的粗细已经能够满足布的厚度要求时就不必再合股,因为合股加捻会在提高纱的纺织性能的同时降低纤维的强度利用率和布的应用性能。早期玻纤生产受拉丝技术条件限制原丝较细,需要数股并合加捻后才能织出所需厚度的玻纤布。现代池窑拉丝技术的发展为单股纱织布创造了条件,目前覆铜板用布几乎全部采用单股的经纬纱。 玻纤纱的捻度以每米纱上的捻回数(捻/米)表示。在极限捻度范围内,提高纱的捻度可以使纱中单丝之间抱合紧密,纺织性能提高,而布的树脂浸渍性下降。特别是单向加捻的单纱,增加捻度会使布的结构稳定性下降。就覆铜板的制造和性能而言,经纬纱的捻度应尽可能降低。目前覆铜板用玻纤布的标准中纱的捻度都未作规定,近代随着纺织技术的发展,单纱的捻度已大都降低至20~40捻/米范围。也有公司已经开发出直接无捻纱用于织造覆铜板用玻纤布,这主要是纱制造厂拉丝技术和浸润剂技术的革命,这大大提高了布的结构稳定性和树脂浸渍性,改善了覆铜板的耐热性、钻孔加工性以及其表面平滑性。 玻纤纱的线密度表示纱的粗细程度,以每千米纱的质量(g)为单位,国际通用名称tex,我国俗称号数。织布用经纬纱tex完全取决于布的规格、厚度。经纬密度以单位长度内纱的根数表示(根/cm、根/5cm或根/10cm)。布的经纬纱tex选定后,调整经纬密度可以调节布的单位面积质量(g/m2)和略微调节布的厚度。玻纤布的厚度和单位面积质量与覆铜板的厚度和玻璃纤维含量密切相关,因而是覆铜板用玻纤布的关键技术指标。布的厚度受测试条件和测试方法的影响误差较大,难以准确判定,故都以单位面积质量来控制,这取决于经纬纱的tex和经纬密度。经纬密度一旦设计选定,在织机上可以得到严格控制,因此玻纤布单位面积质量的波动几乎完全来源于经纬纱tex的波动,因而玻纤纱tex的控制精度是玻纤布单位面积质量控制精度的关键影响因素。 为保证经纬纱tex的控制精度,半成品原丝的tex和tex不匀率在拉丝过程中定时检测及时修正,成品单纱tex逐批抽样检测,发现有不合格纱时该批纱全数检测,tex不符合使用要求的纱不允许用于织布。 覆铜板用玻纤布单位面积质量控制精度要求越来越高,因此对经纬纱tex的控制精度要求也不断提高。单纱的tex控制精度可以用tex偏差率和tex变异系数两个指标来衡量。 上式中:d――偏差率,表示实测平均值相对于标准值的偏差程度(%); ――实测数据的平均值; b――标准值; V――变异系数又称不匀率,表示实测数据的离散程度(%); S――实测数据的标准差。 织造用单纱tex的偏差率和变异系数目前国外一般商品纱标准、国外先进企业标准以及实际达到的较高水平见表5-3-5。由该表可见织造用纱tex控制精度不断提高的发展趋势。 表5-3-5 玻纤纱tex的偏差率和变量系数指标 tex 商品纱标准 先进企业标准 实际达到的较高水平 变异系数 % ≤ 7 ≤ 2.5 ≤ 1.2 偏 差 率 % ≤ 5 ≤ 2 ≤ 1.0 原丝或单纱tex不匀率除了丝饼或管纱之间的差异(称外不匀)外,每个丝饼或管纱内外层也会存有差异(称内不匀)。tex内不匀的存在同样会对布的单位面积质量产生不良影响,因此,tex内不匀也是造成玻纤布单位面积质量波动的重要因素,需要定期测试分析,找出原因及时解决。 2.织物组织 织物组织表示经纬纱的交织规律。工业用玻纤布主要有平纹、斜纹、缎纹和纱罗四种组织。平纹是最简单,也是最常用的织物组织,覆铜板用玻纤布一般全部采用平纹组织。平纹组织中经纬纱交织联结状态如图5-3-2所示,图中:(a)为透视图、(b)剖面图、(c)为组织图。 图 5-3-2 平纹组织的经纬纱交织联结状态图 与斜纹、缎纹组织相比,平纹组织中经纬纱具有最多的组织点和屈曲数,并且互相紧靠。平纹织物紧密、平挺,适合于大多数电工绝缘和增强材料。缺点是经纬纱组织点交替处往往树脂浸透较少,容易产生白斑,也是玻纤布需要改进的重点之一。 随着技术的发展,下游产业对玻纤布内部均匀性等性能要求越来越高,平纹布经纬纱之间存在空隙,其与经纬纱及经纬纱之节点交替处是不均匀的。几年前日本旭玻纤已开发出一种用于覆铜板的多轴向玻璃纤维布,就是为了解决这一问题,不过目前还没向市场推广。这一问题可以通过开纤或扁平化工艺(后述)得到一定程度的缓解。 3.织物制造工艺参数 玻纤布在织造和后处理过程中要承受多种机械和物理作用。特别是织造和后处理时的张力作用,如果处置不当会造成纤维受力不均匀、内应力不平衡,从而影响其结构稳定性和尺寸稳定性,因此需尽量避免过大的张力和改善张力的均匀性和稳定性。 玻纤布后处理中的热定纹作用可在一定程度上改善织物的结构稳定性。物理加工的开纤和扁平化功能可以改善纤维在织物中的分布状态,从而提高布的树脂浸透性和表面平滑性。有关的工艺参数决定着玻纤布最终成品的结构状态和质量水平。
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