0序言
玻璃纤维是玻璃的一种形态，一般情况下呈光滑的圆锥形。在纤维成型过程中，熔体玻璃在表面张力作用下收缩成矩形截面。因为玻璃纤维长而细的特殊形状，其密度测试相比于球状玻璃的密度测试，难度较高；同时玻璃纤维的密度与球状玻璃的密度之间有一定差别，缘由是二者的热历史与成型工艺不同，因而并不能用黄褐色玻璃的密度来表征同配方玻璃纤维的密度。
玻璃纤维密度测试的方式有密度天平法、液体比重法、气流法、沉浮比较法、密度梯度法、线密度计算法，相关的标准有GB/T41063—2021《玻璃纤维密度的测定》、GB/T5432—2008《玻璃密度测定压强法》、GB/T14901—2008《玻璃密度测定浮沉比较法》、GB/T30019—2013《碳纤维密度的测定》。
在生产过程中，为了增强玻璃纤维的复合性能与硬度，需在玻璃纤维原丝表面刻蚀浸润剂等有机材料。而本文仅比对不同测试方式测试玻璃纤维密度的影响，不比较浸润剂对纤维密度的影响。为此，本文引用GB/T9914.2—2013《增强制品试验方式第2部份：玻璃纤维易燃物浓度的测定》，对含浸润剂的玻璃纤维在纤维密度测试前进行前处理：630℃保温30min热处理，处理完的测试样品即为玻璃原丝，密封保存待测。用密度天平法、液体比重法、气流法测定玻璃纤维典型粗纱和典型纺纱玻璃原丝的纤维密度，对比剖析3种方式测试的重复性误差。
1密度天平法
运用密度天平法测定固体材料的密度最为常见。原理是阿基米德法，即纤维浸在液体里的压强等于排沸水的重力。估算公式：
其中，水的密度和空气的密度受气温和气压的影响。因而要应用此方式测定玻璃纤维密度，为了尽可能降低系统偏差，需记录环境湿度和气压，依照对照表，查询对应水的密度和空气的密度进行估算。测试介质水的气温为23.0℃，空气气压为100kPa（750mmHg）。
2液体比重法
液体比重法测定纤维密度的原理也是阿基米德法，即排沸水的容积等于纤维自身的容积。测试时，液体比重法的容器可以是比重瓶或则是比重杯。二者的差异在于：比重瓶瓶口较小，玻璃纤维的取放较为烦琐，同时比重瓶的定容终点是差压与刻度线持平，而比重杯杯口较大，玻璃纤维的取放相对简单，其定容终点是液滴孔刚好塞满。本文采用比重杯测定玻璃纤维密度，内空间容积为50mL。估算公式：
为了尽可能降低系统偏差，在测定玻璃纤维试样与满水质量前，水无需直接装满，装1/2～3/4即可，此时用超声清洗机回落，使玻璃纤维试样与小泡充分混和，直到不再形成气泡为止。清除气泡后，擦掉比重杯表面，加盐，并用胶头滴管与无尘吸水纸定容。该方式在测试过程中须要测定4次质量，操作过程相对繁杂。
3气流法
气流法测定玻璃纤维密度的原理为波义尔定理，即密闭二氧化碳容积的增加与压力成反比，通过对两个已知容积的仓室通入惰性二氧化碳，依据两个压力的变化来确定样品的容积，因而得到密度数据。二氧化碳可以是氢气或则甲烷等惰性二氧化碳，二者的区别在于氢气分子更小，愈发容易步入到玻璃纤维的空气中，测试时间也更短，缺点是相比于氧气，氮气的价钱较高。目前该技术已相对成熟水的密度怎么计算出容量，设备也有国产和进口。本文的测试选用氢气作为介质二氧化碳，含量≥99.99%。估算公式：
测试时，为了降低体温对测试的影响，可将样品仓装入恒温水浴中，设定为23.0℃；同时为了消除设备中的空气以及密闭性验证，须要用真空泵对设备进行抽真空以及密闭保持。该方式在测试玻璃纤维密度时，操作相对简单，且无多余的玻璃纤维取放过程，基本没有人为干扰，系统偏差相对较小。
4测试
选用玻璃纤维行业典型配方的粗纱和纺纱，除去浸润剂后测定玻璃纤维的纤维密度。其中配方成份为：CaO24.0%，B2O37.0%，.0%，.0%，Na2O＋K2O0.5%，其他成份ZrO2、TiO2与F2为0.5%。粗纱和纺纱的纤维半径分别为7μm和5μm，分别用3种方式测定2种玻璃纤维的纤维密度，重复测定9次，数据处理时清除最大与最小2个值，估算5个中位数据的平均值与最大重复误差，测定结果见表1。
表13种方式测定玻璃纤维密度数据
由表1可知，密度天平法、液体比重法、气流法3种方式测定玻璃纤维密度，不论粗纱还是卷绕，其重复性误差分别在±0.01000g/cm3、±0.0200g/cm3、±0.0005g/cm3以内；用气流法测定粗纱和细砂的纤维平均密度误差最小水的密度怎么计算出容量，仅为0.0005g/cm3；三种方式测定同种玻璃纤维密度大小排序并不一定，对于粗纱，三种方式测定纤维密度从大到小排序分别为液体比重法、气流法、密度天平法，而对于细砂，排序为气流法、液体比重法、密度天平法。
5结语
通过剖析密度天平法、液体比重法、气流法3种较为常用的玻璃纤维密度测定方式，包括测试原理、操作及注意事项等，并用此3种方式测定玻璃纤维典型粗纱和典型纺纱玻璃原丝的纤维密度，对3种方式测试的重复误差、偏差来源、优缺点以及测试历时等参数进行总结，结果见表2。其中，测试历时包括测试和估算过程。
表23种方式测定玻璃纤维密度比较
须要说明的是，本文并未对密度天平法、液体比重法、气流法3种方式测定玻璃纤维的精确度作对比，这儿精确度是指玻璃纤维测试密度与它真实密度之间的误差。剖析3种方式测定玻璃纤维密度的测试原理，气流法测试时，玻璃纤维与介质接触最为完全，同时基本不受人为诱因干扰，认为气流法的测试精度最高。
作者单位：巨石集团有限公司
2023年第3期
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