复合材料与设计之增强纤维.ppt

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1、第三章增强纤维内容提要3.1概述3.2玻璃纤维3.3碳纤维及其表面处理3.4芳香族聚酰胺纤维3.5聚芳酯(芳香族聚酯纤维)3.6HSPE及其表面处理3.1概述:在CM中,材料的力学性能(强度和模量等)主要由增强材料决定的,因此,对增强材料的要求比较高,通常使用高性能纤维。什么是高性能纤维?一般指:强度>17.6CN/dtex,模量>440CN/dtex的纤维CN:厘牛,代表的是力;dtex:分特克斯,10000米(10公里)纤维束的重量克数;tex:特克斯,1000米纤维束的重量克数,1tex=10-6kg/m定长法d:旦尼尔,90

2、00米纤维束的重量克数β:支数,指lg(原)纱的长度(m)——定质量法1dtex=tex/10=d/9高性能纤维包括此外,还有金属纤维PM一些常见纤维的力学性能比较纤维种类强度(GPa)模量(GPa)密度(g/cm3)MP(℃)GF:E-GF3.45722.541316S-GF4.82852.491650CF:Grofil1.9-3.5300-5001.8——PPTA2.81321.44550聚芳酯4.1691.4380PBO5.52801.58600PI2.81501.3500HSPE3.41600.98140铝纤维0.6712.

3、68660钢纤维2.82007.811621一些常见纤维的力学性能比较纤维名称密度g/cm3拉伸强度GPa拉伸模量GPa断裂伸长率%LOICF-T7001.803.53-4.9230-3001.5-2.1--Kevlar-491.452.91242.829Technora/JP/PPTA1.393.4854.525RusarRussa/PPTA1.43>5.0>140342PBO1.594.8280----UHMWPE0.983.4168----PI纤维1.453.1-5.1280-340-->40表面处理⑴表面处理的目的 改进纤维

4、与基体之间的界面结构,改善两者的复合性能。 ⑵表面处理方法 物理方法:偶联剂; 化学方法:表面化学反应、plasma等离子体。平纹斜纹缎纹席纹每根经纱(或纬纱),交替地从一根纬纱(或经纱)的上方和下方越过的织纹。平纹结构最稳定,布面最密满,适于作平面的玻璃钢制品。铺覆性最差。在各种织纹中,平纹结构的强度最低。指经纬纱以三上一下的方式交织所形成的织纹。斜纹布的悬垂性比平纹布好,铺覆性较好,强度也高于平纹布,手感柔软,但稳定性比平纹布差。指纬纱以七上一下的方式交织所形成的织纹。这种织纹虽不如平纹稳定,但由于浮经或浮纬较长,纤维弯曲少,

5、故制成玻璃纤维增强塑料制品的强度较高,铺覆性最好。两根或多根经纱,在两根或多根纬纱的上下进行交织的织物,席纹虽不如平纹布稳定,但它比较柔顺,更能贴合简单的形状。纤维织物指每一根纬纱处有两很经纱绞合的组织。其特点是稳定性很好.厚度一般约为0.13—0.18mm。用于需要变形最小,经纬密低的地方,例如作为表面织物。罗纹(纱罗)3.2玻璃纤维3.2.1.GF的构成及分类⑴基本构成 玻璃主要由SiO2四面体、Al2O3三面体或硼氧(B2O3)三面体相互连成不规则三维网络结构。网络空间由Na、K、Ca、Mg等金属阳离子所填充。以SiO2为主的

6、称硅酸盐玻璃;以B2O3为主的称硼酸盐玻璃。 玻璃中的Na2O、K2O等碱性氧化物为熔融氧化物,它可以降低玻璃的融化温度和粘度。主要通过破坏玻璃的骨架体疏松达到助熔的目的。因此Na2O、K2O的含量越高,GF的强度、电绝缘性能和化学稳定性都会相应的降低。 加入CaO、Al2O3能在一定条件下构成玻璃网络的一部分,改善玻璃的条件性质和工艺性能。用CaO取代SiO2可降低拉伸温度,Al2O3可提高耐水性。 因此可以按照碱金属氧化物的含量来对GF分类。⑵分类 按化学组成分有碱玻璃纤维A:碱金属氧化物的含量大于12%中碱玻璃纤维C:碱金属氧

7、化物的含量6%~12%无碱玻璃纤维E:碱金属氧化物的含量低于2%高强玻璃纤维SMg-Al-Si系或B2O3系高弹玻璃纤维MS系中加入BeO通常碱金属氧化物含量高时,玻璃易熔易抽丝,产品成本低,这种玻璃纤维的特点是耐海水腐蚀性好,可供一般要求使用。民用建筑中多使用低碱或中碱玻纤维,电器及军工产品都选用无碱玻璃纤维。粗纱30μm无捻粗纱、无纺布初级纱20μm短切纤维、纤维毡中级纱10~20μm高级纱3~10μm纺织玻璃纤维纱可分无捻纱及有捻纱两种。单位长度内纤维与纤维之间所加的转数,以捻/m为单位加捻的作用:提高纤维的抱合力改善单纤维的

8、受力状况,利于纺织工序的进行。缺点:捻度过大不易被树脂浸透。(3)玻璃纤维纱的规格3.2.2.GF的性质⑴物理性质-密度为2.5-3g/cm3-电绝缘性与其中碱金属的含量有关; -耐热性:软化点为550-580℃; 石英和硅氧玻璃的耐

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