复合材料增强材料

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1、第2章增强材料2.1概述增强材料：能提高基体材料力学性能的物质。增强材料是复合材料的主要组成部分，它起着提高树脂基体的强度、模量、耐热和耐磨等性能的作用；同时，增强材料能减少复合材料成型过程中的收缩率，提高制品硬度等作用。从物理形态分：有纤维状增强材料、片状增强材料、颗粒状增强材料等。玻璃纤维、碳纤维、芳伦纤维等。这是因为纤维状材料的拉伸强度和拉伸弹性模量比同一块状材料要大几个数量级。用纤维材料对基体材料进行增强可得到高强度、高模量的复合材料。表2-1常用金属丝和非金属纤维增强材料的性质作为聚合物基CM的增强材料基本特征：1.增强材料应具有能明显提高树脂基体

2、某种所需特性的性能，如高的比强度、比模量、高导热性、耐热性、低热膨胀性等，以便赋予树脂基体某种所需的特性和综合性能。2.增强材料应具有良好的化学稳定性。在树脂基复合材料制备和使用过程中其组织结构和性能不发生明显的变化和退化。3.与树脂有良好的浸润性和适当的界面反应，使增强材料与基体树脂有良好的界面结合。4.价格低廉。2.2玻璃纤维及其制品2.2.1玻璃纤维的发展现况使用量最大的增强纤维。主要特点是：采用池窑拉丝新技术；大力发展多排多孔拉丝工艺；用于玻璃纤维增强塑料的纤维直径逐渐向粗的方向发展，纤维直径为14～24μm，甚至达到27μm；大量生产无碱纤维；大力

3、发展无纺织玻璃纤维织物，无捻粗纱的短切纤维毡片所占比例增加；重视纤维-树脂界面的研究，新型偶联剂不断出现，玻璃纤维的前处理受到重视。2.2.2玻璃纤维的分类玻璃纤维的分类方法很多。一般按玻璃原料成分、单丝直径、纤维外观及纤维特性等方面进行分类。1.以玻璃原料成分分类这种分类方法用于连续玻璃纤维的分类。以不同的含碱量来区分：①无碱玻璃纤维(通称E玻纤）：国内目前规定碱金属氧化物含量不大于0.5%，国外一般为1%左右。是以钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维，此纤维强度较高，耐热性和电性能优良，能抗大气侵蚀，化学稳定性好（但不耐酸），最大的特点是电性能好，因此有时称为电气

4、玻璃。②中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量为11.5%～12.5%；此纤维主要是耐酸性好，但强度不如E玻璃纤维高，主要用于耐腐蚀领域，价格较便宜。③特种玻璃纤维：由纯镁铝硅三元组成的高强度玻璃纤维，镁铝硅系高强、高弹玻璃纤维，硅铝钙镁系耐化学介质腐蚀玻璃纤维、含铅纤维、高硅氧纤维、石英纤维等。2.以单丝直径分类玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分：粗纤维（30μm）；初级纤维（20μm）；中级纤维（10～20μm)；高级纤维（3～10μm，亦称为纺织纤维）；超细纤维（直径小于4μm）。单丝直径的不同，不仅使纤维的性能有差异，而且影响到纤维的生产工艺、产量和

5、成本。一般5～10μm纤维作为纺织制品使用；10～14μm的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等较为适宜。3.以纤维外观分类有连续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗纱（用于纺织）、短切纤维、空心玻璃纤维、玻璃粉及磨细纤维等。4.以纤维特性分类根据纤维本身具有的性能可分为：高强度玻璃纤维、高模量玻璃纤维、耐高温玻璃纤维、耐碱玻璃纤维、耐酸玻璃纤维、普通玻璃纤维（指无碱及中碱纤维）。2.2.3玻璃纤维的结构及化学组成1.玻璃纤维的物态玻璃纤维是纤维状的玻璃。玻璃是无色透明具有光泽的脆性固体，它是熔融态过冷时，因粘度增加而具有固体物理机械性能的无定形物体，属于各向同

6、性的均质材料。玻璃无固定的熔点，随着温度的升高，逐渐由固体变为液体，其软化温度范围较宽。2.玻璃纤维的结构微晶结构假说：玻璃是由硅酸盐或二氧化硅的“微晶子”所组成，“微晶子”在结构上是高度变形的晶体，在“微晶子”之间由无定形中间层隔离，即由硅酸盐过冷溶液所填充。网络结构假说：由二氧化硅四面体，铝氧四面体或硼氧三面体相互连成不规则的三维网络，网络间的空隙由Na+、K+、Ca2+、Mg2+等阳离子所填充。二氧化硅四面体的三维网状结构是决定玻璃性能的基础，填充的Na+、K+等阳离子为网络改性物。3.玻璃纤维的化学组成化学组成主要是：SiO2、B2O3、CaO、Al

7、2O3等，硅酸盐玻璃：以SiO2为主硼酸盐玻璃：以B2O3为主Na2O、K2O:助熔氧化物，可降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃熔液中的气泡容易排除，通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，达到助熔的目的。Na2O、Al2O3的含量越高，玻璃纤维的强度、电绝缘性能和化学稳定性都会相应的降低。CaO、Al2O3等，能在一定条件下构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质和工艺性能；CaO取代SiO2，可降低拉丝温度；Al2O3可提高耐水性。2.2.4玻璃纤维的物理性能玻璃纤维具有一系列优异性能，拉伸强度高，防火、防霉、防蛀、耐高温和电绝缘性能好等。缺点：具有脆性，不耐腐蚀，

8、对人的皮肤有刺激性等。1．外观与比重玻璃纤维表面呈光