復(fù)合材料與設(shè)計(jì)之增強(qiáng)纖維課件

第三章增強(qiáng)纖維第三章增強(qiáng)纖維1內(nèi)容提要3.1概述3.2玻璃纖維3.3碳纖維及其表面處理3.4芳香族聚酰胺纖維3.5聚芳酯（芳香族聚酯纖維）3.6HSPE及其表面處理內(nèi)容提要3.1概述23.1概述：

在CM中，材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度和模量等）主要由增強(qiáng)材料決定的，因此，對(duì)增強(qiáng)材料的要求比較高，通常使用高性能纖維。3.1概述：

在CM中，材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度和模量等）3什么是高性能纖維?一般指:強(qiáng)度>17.6CN/dtex，模量>440CN/dtex的纖維CN：厘牛，代表的是力;dtex：分特克斯，10000米（10公里）纖維束的重量克數(shù);tex:特克斯，1000米纖維束的重量克數(shù),1tex=10-6kg/m定長(zhǎng)法

d:旦尼爾,9000米纖維束的重量克數(shù)β:支數(shù),指lg(原)紗的長(zhǎng)度(m)——定質(zhì)量法

1dtex=tex/10=d/9

什么是高性能纖維?一般指:強(qiáng)度>17.6CN/dtex4高性能纖維包括此外，還有金屬纖維

PM高性能纖維包括此外，還有金屬纖維

PM5一些常見纖維的力學(xué)性能比較纖維種類強(qiáng)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鋁纖維0.6712.68660鋼纖維2.82007.811621一些常見纖維的力學(xué)性能比較纖維種類強(qiáng)度(GPa)模量(GPa6一些常見纖維的力學(xué)性能比較纖維名稱密度g/cm3拉伸強(qiáng)度GPa拉伸模量GPa斷裂伸長(zhǎng)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纖維1.453.1-5.1280-340-->40一些常見纖維的力學(xué)性能比較纖維名稱密度g/cm3拉伸強(qiáng)度GP7表面處理

⑴表面處理的目的

改進(jìn)纖維與基體之間的界面結(jié)構(gòu)，改善兩者的復(fù)合性能。

⑵表面處理方法

物理方法：偶聯(lián)劑；

化學(xué)方法：表面化學(xué)反應(yīng)、plasma等離子體。表面處理

⑴表面處理的目的

改進(jìn)纖維與基體之間的8平紋斜紋緞紋席紋每根經(jīng)紗(或緯紗)，交替地從一根緯紗(或經(jīng)紗)的上方和下方越過的織紋。平紋結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，布面最密滿，適于作平面的玻璃鋼制品。鋪覆性最差。在各種織紋中，平紋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度最低。

指經(jīng)緯紗以三上一下的方式交織所形成的織紋。斜紋布的懸垂性比平紋布好，鋪覆性較好，強(qiáng)度也高于平紋布，手感柔軟，但穩(wěn)定性比平紋布差。指緯紗以七上一下的方式交織所形成的織紋。這種織紋雖不如平紋穩(wěn)定，但由于浮經(jīng)或浮緯較長(zhǎng)，纖維彎曲少，故制成玻璃纖維增強(qiáng)塑料制品的強(qiáng)度較高，鋪覆性最好。

兩根或多根經(jīng)紗，在兩根或多根緯紗的上下進(jìn)行交織的織物，席紋雖不如平紋布穩(wěn)定，但它比較柔順，更能貼合簡(jiǎn)單的形狀。纖維織物平紋斜紋緞紋席紋每根經(jīng)紗(或緯紗)，交替地從一根緯紗(或經(jīng)紗9指每一根緯紗處有兩很經(jīng)紗絞合的組織。其特點(diǎn)是穩(wěn)定性很好．厚度一般約為0.13—0.18mm。用于需要變形最小，經(jīng)緯密低的地方，例如作為表面織物。羅紋（紗羅）指每一根緯紗處有兩很經(jīng)紗絞合的組織。其特點(diǎn)是穩(wěn)定性很好．厚度103.2玻璃纖維

3.2.1.GF的構(gòu)成及分類⑴基本構(gòu)成

玻璃主要由SiO2四面體、Al2O3三面體或硼氧（B2O3）三面體相互連成不規(guī)則三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)空間由Na、K、Ca、Mg等金屬陽離子所填充。

3.2玻璃纖維

3.2.1.GF的構(gòu)成及分類⑴基本11

以SiO2為主的稱硅酸鹽玻璃；以B2O3為主的稱硼酸鹽玻璃。

玻璃中的Na2O、K2O等堿性氧化物為熔融氧化物，它可以降低玻璃的融化溫度和粘度。主要通過破壞玻璃的骨架體疏松達(dá)到助熔的目的。因此Na2O、K2O的含量越高，GF的強(qiáng)度、電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性都會(huì)相應(yīng)的降低。

加入CaO、Al2O3能在一定條件下構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)的一部分，改善玻璃的條件性質(zhì)和工藝性能。用CaO取代SiO2可降低拉伸溫度，Al2O3可提高耐水性。

因此可以按照堿金屬氧化物的含量來對(duì)GF分類。

以SiO2為主的稱硅酸鹽玻璃；以B2O3為12⑵分類

按化學(xué)組成分

有堿玻璃纖維A:堿金屬氧化物的含量大于12％中堿玻璃纖維C:堿金屬氧化物的含量6％~12％無堿玻璃纖維E:堿金屬氧化物的含量低于2％高強(qiáng)玻璃纖維SMg-Al-Si系或B2O3系高彈玻璃纖維MS系中加入BeO通常堿金屬氧化物含量高時(shí)，玻璃易熔易抽絲，產(chǎn)品成本低，這種玻璃纖維的特點(diǎn)是耐海水腐蝕性好，可供一般要求使用。民用建筑中多使用低堿或中堿玻纖維，電器及軍工產(chǎn)品都選用無堿玻璃纖維。⑵分類

按化學(xué)組成分

有堿玻璃纖維A:堿金屬氧13粗紗30μm無捻粗紗、無紡布初級(jí)紗20μm短切纖維、纖維氈中級(jí)紗10～20μm高級(jí)紗3～10μm紡織玻璃纖維紗可分無捻紗及有捻紗兩種。單位長(zhǎng)度內(nèi)纖維與纖維之間所加的轉(zhuǎn)數(shù)，以捻／m為單位加捻的作用：提高纖維的抱合力改善單纖維的受力狀況，利于紡織工序的進(jìn)行。缺點(diǎn)：捻度過大不易被樹脂浸透。

(3)玻璃纖維紗的規(guī)格粗紗30μm無捻粗紗143.2.2.GF的性質(zhì)

⑴物理性質(zhì)

－密度為2.5-3g/cm3

－電絕緣性與其中堿金屬的含量有關(guān)；

－耐熱性：軟化點(diǎn)為550－580℃；

石英和硅氧玻璃的耐熱性可達(dá)2000℃。

⑵化學(xué)性質(zhì)

有影響的化學(xué)試劑HF、NaOH、濃磷酸。3.2.2.GF的性質(zhì)

⑴物理性質(zhì)

－密度為2.5-15纖維密度(g/cm3)強(qiáng)度（GPa）模量(GPa）E－GF2.543.572S－GF2.444.787M－GF2.893.7118纖維強(qiáng)度(GPa）模量(GPa）棉花0.3-0.710-12羊毛0.1-0.30.6玻璃塊0.02-0.12——E－GF3.572鋁合金

42-46⑶機(jī)械性質(zhì)

注：M－GF為加入BeO，MgO（高彈性能）注：從玻璃塊和E－GF可以看出，玻璃加工成纖維后，其強(qiáng)度提高了20－50倍。纖維密度(g/cm3)強(qiáng)度（GPa）模量(GPa）E－GF163.2.3.玻璃纖維的生成流程→制玻璃球→鉑金坩堝熔融→小漏孔拉絲（102、204、408孔）→涂浸潤(rùn)劑→并股成紗→紡織成布、氈或帶。坩堝法拉絲、池窯漏板法拉絲(1)坩堝法拉絲工藝3.2.3.玻璃纖維的生成流程→制玻璃球坩堝法拉絲、池窯漏17(2)池窯漏板法拉絲工藝連續(xù)玻璃纖維生產(chǎn)的一種新的工藝方法。將玻璃配合料投入熔窯熔化后直接拉制成各種支數(shù)的連續(xù)玻璃纖維。池窯拉絲(與坩堝拉絲相比較)的優(yōu)點(diǎn)：1.省去制球工藝，簡(jiǎn)化工藝流程，效率高；2.池窯拉絲一窯可安裝10塊到上百塊漏板，熔量大，生產(chǎn)能力高；3.易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；4.適于多孔大漏板生產(chǎn)玻璃鋼適用的粗纖維；5.生產(chǎn)的廢紗便于回爐。(2)池窯漏板法拉絲工藝連續(xù)玻璃纖維生產(chǎn)的一種新的工藝方18玻璃纖維制品的生產(chǎn)工藝主要設(shè)備：紡紗機(jī)和織布機(jī)1—電熔池窯爐；2—漏板；3—加浸潤(rùn)劑；4—機(jī)械裝置；5—噴射粘接劑；6—金屬網(wǎng)帶；7—固化裝置；8—卷筒連續(xù)玻璃纖維氈生產(chǎn)示意圖玻璃纖維制品的生產(chǎn)工藝主要設(shè)備：紡紗機(jī)和織布機(jī)1—電熔池窯193.2.4.

GF的表面處理⑴浸潤(rùn)劑

－浸潤(rùn)劑的作用

使多根單絲集中成股；

增加原紗的耐磨性和提高拉伸保護(hù)；

保護(hù)纖維免受大氣和水分的侵蝕作用。

－紡織型浸潤(rùn)劑

為了滿足紡織工序的要求。具有良好的集束性、潤(rùn)滑性、成膜性和抗靜電性。使用前必須對(duì)纖維和織物進(jìn)行表面處理。紡織型浸潤(rùn)劑淀粉浸潤(rùn)劑石蠟乳劑淀粉為主要的成膜劑優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用低、成膜性好、易除掉主要成分：石蠟、凡士林、硬脂酸、變壓器油等優(yōu)點(diǎn)：潤(rùn)滑性、集束性好3.2.4.GF的表面處理⑴浸潤(rùn)劑

－浸潤(rùn)劑的作用

20⑵GF表面處理的意義玻璃鋼的性能不僅與所使用的增強(qiáng)材料、基體樹脂有關(guān)，而且很大程度上還與增強(qiáng)材料和合成樹脂的界面結(jié)合好壞有關(guān)。

表面處理就是在GF表面被覆一種叫表面活性劑的特殊物質(zhì)，使GF與基體樹脂牢固的粘結(jié)在一起，以達(dá)到提高玻璃鋼性能的目的。這種表面活性劑又稱作“偶聯(lián)劑”或“架橋劑”。

GF及織物經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗螅粌H改進(jìn)了玻璃纖維的耐磨、防水、電磁絕緣等性能，而且對(duì)玻璃鋼的強(qiáng)度，特別是濕態(tài)下的強(qiáng)度提高有顯著效果。－增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑

在一定粘度上能滿足拉絲工藝要求，而且對(duì)纖維和樹脂粘結(jié)影響不大。因此，在做CM時(shí)，不必除去。⑵GF表面處理的意義玻璃鋼的性能不僅與所使用的增強(qiáng)21⑶表面處理劑（偶聯(lián)劑）

偶聯(lián)劑是一種含有兩部分性質(zhì)不同的基團(tuán)的化合物。其中一種官能團(tuán)能很好的與GF表面結(jié)合（一般是物理吸附）；另一種官能團(tuán)能很好的與基體樹脂結(jié)合（可以是物理的，也可以是化學(xué)的，如共聚等）。

通過表面處理劑把兩種性質(zhì)截然不同的材料聯(lián)合起來，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。

⑶表面處理劑（偶聯(lián)劑）

偶聯(lián)劑是一種含有兩部分性22幾種常見的GF偶聯(lián)劑

①有機(jī)鉻：最有名的稱“沃蘭（Volan）”。

甲基丙烯酸氯化鉻絡(luò)合物

適應(yīng)樹脂：酚醛、聚酯、環(huán)氧、PE、PMMA等。幾種常見的GF偶聯(lián)劑

①有機(jī)鉻：最有名的稱“沃蘭（Vol23復(fù)合材料與設(shè)計(jì)之增強(qiáng)纖維課件24復(fù)合材料與設(shè)計(jì)之增強(qiáng)纖維課件25②有機(jī)硅處理劑

通式：RnSiX4-n

式中R——含有與基體樹脂作用形成化學(xué)鍵的活性基團(tuán)，如：

X——易于水解的基團(tuán)，水解后易與玻璃作用，n＝1，2，3（1最常見）如：

CH2=CH-Si-(OC2H5)3

H2N-(CH2)3-Si-(OC2H5)3

②有機(jī)硅處理劑

通式：RnSiX4-n

26③有機(jī)鈦酸酯這是一類近后來發(fā)展迅速的表面處理用的偶聯(lián)劑，多應(yīng)用在熱塑性樹脂增強(qiáng)劑的表面處2)由于分子結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)碳鏈基團(tuán)的存在，可改進(jìn)熱塑性塑料的抗沖強(qiáng)度，提高潤(rùn)滑性能，同時(shí)還有很好的增塑效應(yīng)。3)當(dāng)以甲基丙烯酸酯官能基接到鈦酸酯主鏈上時(shí)，可提供一個(gè)好的反應(yīng)區(qū)間，使無機(jī)填料以化學(xué)鍵的形式按在聚合物分子鏈上。1)具有酯交換功能，因此能與填料和聚合物基體發(fā)生交聯(lián)，也能與環(huán)氧樹脂中的羥基起酯化作用，這就是某些鈦酸酯能使環(huán)氧樹脂粘度降低的原因。③有機(jī)鈦酸酯這是一類近后來發(fā)展迅速的表面處理27⑷GF表面處理方法

－后處理法

在制作玻璃鋼前，先將GF表面的紡織型浸潤(rùn)劑去除后再浸處理劑溶液。

特點(diǎn)：投資大，工藝復(fù)雜。

－前處理法

在拉絲過程中的浸潤(rùn)劑中加入GF的表面處理劑，即增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑。

特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，不浪費(fèi)。

－遷移法

將化學(xué)處理劑直接加入到樹脂膠液中。在浸膠時(shí)，處理劑就“遷移”到GF表面。⑷GF表面處理方法

－后處理法

在制作玻璃鋼前281）石英玻璃纖維石英玻璃纖維具有很高的純度，其二氧化硅（SiO2）含量達(dá)到99.9％以上。因而石英玻璃纖維具有很多優(yōu)異的性能:耐高溫、耐燒蝕、低導(dǎo)熱、抗熱震、優(yōu)良的介電性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等。2）高硅氧玻璃纖維高硅氧纖維的生產(chǎn)：將高鈣的硼硅酸鹽玻璃纖維用酸處理，溶析出可溶性成分，從而制得含SiO2高達(dá)90％~99％的纖維。也可用含堿纖維的化學(xué)提純法制得。這種纖維能耐1700℃以上高溫，但纖維強(qiáng)度低，只為無堿玻璃纖維的20％~50％。3.2.5特種玻纖1）石英玻璃纖維2）高硅氧玻璃纖維3.2.5特種玻纖293）低介電玻璃纖維低介電玻璃纖維（簡(jiǎn)稱D玻璃）是一種低密度、低介電常數(shù)和損耗，且介電性能受頻率、溫度變化小的特種玻璃纖維，具有寬頻帶高透波的特性。廣泛用于飛機(jī)雷達(dá)罩、電磁窗、隱身和制作高級(jí)印刷線路板。國(guó)別性能美國(guó)D556法國(guó)中國(guó)D2國(guó)外E中國(guó)E新生態(tài)單絲強(qiáng)度/MPa24152500≥200034453140彈性模量/GPa51.755≥4872.371.5介電常數(shù)1MHz3.83.86.61GHz4.046.110GHz3.96.13介電損耗1MHz0.00050.00050.00251GHz0.00260000260.003810GHz0.0010.0055密度/（g/cm3）2.112.142.142.582.54注：表中介電性能是塊玻璃值。國(guó)內(nèi)外D、E玻璃纖維性能3）低介電玻璃纖維國(guó)別美國(guó)法國(guó)中國(guó)D2國(guó)304）高模量玻璃纖維氧化鈹具有大幅度提高玻璃纖維彈性模量的效能。高彈玻璃纖維分為含鈹與不含鈹?shù)膬煞N。含鈹?shù)母邚棽ＡЮw維，如美國(guó)的YM—3A玻璃(M玻璃)氧化鈹有劇毒在低鋁的鈣鎂硅酸鹽系統(tǒng)中加入鉻、釷、鉭、鈮等氧化物，也可以提高玻璃的彈性模量。其纖維的彈性模量高達(dá)12×104MPa，但拉絲成型較困難。SiO2CaOMgOBeOZrO2TiO2Li2OCaOFe2O358.712.79.08.02.07.93.03.00.54）高模量玻璃纖維氧化鈹具有大幅度提高玻璃纖315）高強(qiáng)度玻璃纖維

鎂鋁硅酸鹽玻璃和硼硅酸鹽玻璃兩個(gè)系統(tǒng)。鎂鋁硅酸鹽玻璃的主要成分為(質(zhì)量％)：SiO2：65％，Al2O3：25％，MgO：10％。拉絲成型溫度需要1500度以上．拉絲工藝特殊，成本也比較高。實(shí)際生產(chǎn)的高強(qiáng)度玻璃纖維(稱為S玻璃纖維)．是對(duì)上述成分略加調(diào)整(引入了6.5％~10％的Na2O和2.5％的Sb2O3)，以降低玻璃的熔制和拉絲成型溫度．并加入了3％~6％的CaO，以提高其彈性模量。6）空心玻璃纖維

采用鋁硼硅酸鹽玻璃成分，用特制坩堝拉制而成的。坩堝有50孔與102孔兩種。纖維的空心率為10%~65％，外徑為10~17μm。此種纖維質(zhì)量輕，介電常數(shù)低，但較脆。一般以20股無捻粗紗形式使用，主要用于宇航及水下設(shè)備中。5）高強(qiáng)度玻璃纖維6）空心玻璃纖維323.3.碳纖維及其表面處理

3.3.1.概述CF是指纖維化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量90％以上的纖維。它是有機(jī)纖維在惰性氣體中經(jīng)高溫碳化而成的纖維狀的碳化物。

其典型的特點(diǎn)是：比強(qiáng)度、比模量高，性脆。

碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)固相反應(yīng)轉(zhuǎn)變而成的纖維狀聚合物碳，是一種非金屬材料。

碳纖維不屬于有機(jī)纖維范疇，但從制備方法上看，它又不同于普通無機(jī)纖維。3.3.碳纖維及其表面處理

3.3.1.概述33碳纖維編織布碳纖維板碳纖維碳纖維編織環(huán)碳管碳纖維結(jié)構(gòu)件碳纖維齒輪C/C軸承止推環(huán)碳纖維編織布碳纖維板碳纖維碳纖維編織環(huán)碳管碳纖維結(jié)構(gòu)件碳纖維341879愛迪生用油煙與焦油、棉紗和竹絲試制碳絲1882

碳絲電燈實(shí)用化1950美國(guó)Wright—Patterson空軍基地開始研制粘膠基碳纖維1959

美國(guó)UCC公司生產(chǎn)低模量粘膠基碳纖維“Thornel-25”日本大阪工業(yè)試驗(yàn)所的進(jìn)藤昭男發(fā)明了PAN基碳纖維1963英國(guó)皇家航空研究所（RAE）的瓦特和約翰遜成功地制造出高性能PAN基碳纖維（在熱處理時(shí)施加張力）1965

日本群馬大學(xué)的大谷杉郎發(fā)明了瀝青基碳纖維美國(guó)UCC公司開始生產(chǎn)高模量粘膠基碳纖維1971日本東麗公司工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)PAN基碳纖維（1噸/月），碳纖維的牌號(hào)為T300，石墨纖維為M401972

美國(guó)Hercules公司開始生產(chǎn)PAN基碳纖維日本用碳纖維制造釣竿，美國(guó)用碳纖維制造高爾夫球棒1984

日本東麗公司研制出高強(qiáng)中模碳纖維T8001986

日本東麗公司研制出高強(qiáng)中模碳纖維T10001989

日本東麗公司研制出高模中強(qiáng)碳纖維M60碳纖維的發(fā)展簡(jiǎn)史1879愛迪生用油煙與焦油、棉紗和竹絲試制碳絲碳35生產(chǎn)和應(yīng)用情況

－2008年全世界CF的總產(chǎn)量約61500t，其中PAN基碳纖維占據(jù)主流地位，產(chǎn)量占碳纖維總量的90%以上，粘膠基碳纖維還不足1%。

－最初CF主要應(yīng)用在宇航、軍事方面，主要在用作結(jié)構(gòu)材料。因?yàn)樗司哂斜葟?qiáng)度（是鋼和鋁合金的3倍）和比模量（是鋼和鋁合金的5倍）較高外，還具有耐磨性、耐熱沖擊、耐燒蝕等優(yōu)越性能，從而提高了導(dǎo)彈的突防能力和命中率。

－主要原因：價(jià)格因素限制了它的應(yīng)用。

－目前在運(yùn)動(dòng)器材、汽車零部件、民用飛機(jī)上也開始了大量使用。生產(chǎn)和應(yīng)用情況

－2008年全世界CF的總產(chǎn)量約636東麗集團(tuán)碳纖維擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃三菱集團(tuán)碳纖維擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃東邦集團(tuán)碳纖維擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃東麗集團(tuán)碳纖維擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃三菱集團(tuán)碳纖維擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃東邦集團(tuán)碳纖維擴(kuò)372006年我國(guó)（大陸）PAN基碳纖維主要生產(chǎn)廠一覽表2006年我國(guó)（大陸）PAN基碳纖維主要生產(chǎn)廠一覽表38國(guó)內(nèi)擬建或在建PAN原絲及PAN基碳纖維生產(chǎn)裝置一覽表南通蘇通碳纖維有限公司活性碳纖維項(xiàng)目總投資30億國(guó)內(nèi)擬建或在建PAN原絲及PAN基碳纖維生產(chǎn)裝置一覽表南通蘇39CF的分類

－1000－2000℃范圍內(nèi)碳化得到的纖維稱為CF。

－2300℃以上范圍內(nèi)碳化得到的纖維稱為石墨纖維（含碳量98％，有金屬光澤、導(dǎo)電性好、結(jié)構(gòu)類似石墨、雜質(zhì)極少）。

⑴按性能分（力學(xué)性能）

1）高性能碳纖維在高性能碳纖維中，有高強(qiáng)度碳纖維、高模量碳纖維、中模量碳纖維等。2）低性能碳纖維這類碳纖維中，有耐火纖維、碳質(zhì)纖維、石墨纖維等。CF的分類

－1000－2000℃范圍內(nèi)碳化得到的纖維40⑵根據(jù)原絲類型分

1)聚丙烯腈基纖維；

2)粘膠基碳纖維；

3)瀝青基碳纖維；

4)木質(zhì)素纖維基碳纖維；

5)其他有機(jī)纖維基(各種天然纖維、再生纖維、縮合多環(huán)芳香族合成纖維)碳纖維。

⑶按功能分類

1)受力結(jié)構(gòu)用碳纖維

2)耐焰碳纖維

3)活性碳纖維(吸附活性)

4)導(dǎo)電用碳纖維

5)潤(rùn)滑用碳纖維

6)耐磨用碳纖維

⑵根據(jù)原絲類型分

1)聚丙烯腈基纖維；

2)粘膠基碳纖41按碳纖維束絲K數(shù)分類。目前，按照碳纖維束絲K數(shù)分類還沒有嚴(yán)格的定義和分類，一般把1K～24K的碳纖維叫做小絲束碳纖維，而把48K～480K以上的碳纖維叫做大絲束碳纖維。日本的東麗、東邦和三菱人造絲公司是小絲束碳纖維的主要生產(chǎn)公司，三公司小絲束碳纖維的產(chǎn)量占小絲束總產(chǎn)量的74%左右，而美國(guó)的AKZO—Fortafil、ZOLTEK和德國(guó)的SGL所生產(chǎn)的大絲束碳纖維占大絲束碳纖維總產(chǎn)量的90%以上。此外，日本東麗公司也開始生產(chǎn)大絲束碳纖維，以增強(qiáng)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。按碳纖維束絲K數(shù)分類。目前，按照碳纖維束絲K數(shù)分類還沒有嚴(yán)格423.3.2.PANbasedCF

基本工藝流程

3.3.2.PANbasedCF

基本工藝流程

43四個(gè)主要環(huán)節(jié)原絲的制備原絲的預(yù)氧化預(yù)氧化后的炭化或石墨化后處理四個(gè)主要環(huán)節(jié)原絲的制備44A．PANF的制備

⑴加入少量共聚單體的目的：

使原絲預(yù)氧化時(shí)加速鏈狀大分子的環(huán)化，又能緩和纖維化學(xué)反應(yīng)的激烈程度，使反應(yīng)易于控制，還可以大大提高預(yù)氧化和炭化的速率。

不同于服用纖維——改善染色性

一般用量：0.5～3％

常有的有：甲基丙烯酸、丙烯酸、順丁烯二酸、衣康酸、α－亞甲基戊二酸。

優(yōu)質(zhì)PAN原絲是生產(chǎn)高性能碳纖維的前提，也對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性和生產(chǎn)成本有著重大影響。從碳纖維的發(fā)展史及各公司的成敗史可清楚看出，誰掌握了優(yōu)質(zhì)原絲的生產(chǎn)技術(shù)核心誰就占據(jù)主動(dòng)，否則就被淘汰出局。A．PANF的制備

⑴加入少量共聚單體的目的：

45⑵紡絲方法

一般是濕法或干濕法——新的方法，Gap空氣層

不使用干法的原因：

干法生產(chǎn)PAN易殘留溶劑，在預(yù)氧化及炭化等的一系列處理過程中，溶劑揮發(fā)或分解會(huì)使纖維粘結(jié)，產(chǎn)生缺陷，降低CF的性能。

⑶原絲要求純度高

原絲中所含有的各類雜質(zhì)和缺陷必然“遺傳”給CF

改進(jìn)方法：原材料必須提純；紡絲工序無塵化。

⑷纖維細(xì)旦化⑵紡絲方法

一般是濕法或干濕法——新的方法，Ga46B．原絲的預(yù)氧化

⑴預(yù)氧化的目的：

由于PAN的Tg在100℃以下，在分解前易軟化，因而不能直接在惰性氣體中進(jìn)行炭化。預(yù)氧化后體型分子鏈會(huì)轉(zhuǎn)化成耐熱的六元環(huán)梯形結(jié)構(gòu)。在高溫炭化時(shí)，不熔不燃，保持纖維形態(tài)，從而得到高質(zhì)量的CF。

⑵工藝條件：200～300℃（氧氣氣氛中）。

經(jīng)預(yù)氧化工藝轉(zhuǎn)化為預(yù)氧絲（OF）后，結(jié)合氧量約為8～10%。這些氧結(jié)合在環(huán)氧型結(jié)構(gòu)（氧橋型）、羰基型結(jié)構(gòu)、羥基型結(jié)構(gòu)和配位型等結(jié)構(gòu)中；在碳化過程中，這些氧又以小分子CO、CO2、H2O等逸走。氧在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化過程中起到“橋梁”作用，一旦轉(zhuǎn)化完成就“過河拆橋”。因此，預(yù)氧化程度中含氧量可作為控制預(yù)氧絲的質(zhì)量指標(biāo)之一。B．原絲的預(yù)氧化

⑴預(yù)氧化的目的：

由于PAN的T47⑶預(yù)氧化中的化學(xué)反應(yīng)

環(huán)化反應(yīng)脫氫反應(yīng)CNCNCNCNCCCCNNNN⑶預(yù)氧化中的化學(xué)反應(yīng)

環(huán)化反應(yīng)脫氫反應(yīng)CNCNCNCNC48

C.炭化

碳化是在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，一般用高純度氮?dú)猓?9.998%），使預(yù)氧絲的耐熱梯型結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱解和熱縮聚，非碳元素（N、O、H）逐步逸走，碳得到富集，逐步向亂層石墨結(jié)構(gòu)（turbostraticstructure）轉(zhuǎn)化，最終生成無機(jī)碳纖維。碳化溫度一般在1200℃～1600℃之間，但700℃左右是結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的敏感溫度。700℃后，碳的網(wǎng)面取向度、碳的網(wǎng)面形成量迅速增加，小角X射線衍射強(qiáng)度也隨之增加，部分亂層石墨結(jié)構(gòu)向三維有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。

C.炭化

碳化是在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，49

D.石墨化

石墨化是在惰性氣體（一般為氬氣）保護(hù)下進(jìn)行，石墨化溫度在2800～3000℃之間進(jìn)行。在高溫石墨化過程，非碳原子進(jìn)一步逸走，碳原子進(jìn)一步富集，使石墨纖維的含碳量高達(dá)99～100%。同時(shí)，石墨微晶擇優(yōu)取向度提高，使其楊氏模量顯著增加。這也是石墨化的目的所在。

D.石墨化

石墨化是在惰性氣體（一般為氬503.3.3.RayonbasedCF

(1)結(jié)構(gòu)

纖維素是葡萄糖殘基聯(lián)接的線狀天然化合物。（C6H10O5）3.3.3.RayonbasedCF

(1)結(jié)構(gòu)

51原絲的炭化收率原絲種類分子式和原絲組成含碳率wt％炭化收率wt％CF/原料炭化收率CF碳/原絲中碳粘膠（C6H10O5）n4520－3045－85PAN（C3H3N）n6840－6060－85瀝青C、H9580－9085－95纖維素含H、O多，實(shí)際炭化率只有10～30％，因此，粘膠CF的前景不大。原絲的炭化收率原絲種類分子式和原絲組成含碳率wt％炭化收率52(2)生產(chǎn)工序：

粘膠CF的準(zhǔn)備工藝流程：

粘膠原絲——加捻——穩(wěn)定化處理——干燥、低溫炭化——卷繞——高溫炭化——CF——CM

熱處理過程分為四步：

a.25－150℃，脫去吸附水；

b.150－240℃，纖維素環(huán)的脫水；

c.240－400℃，通過自由基反應(yīng)，C－O，C－C鍵斷裂，生產(chǎn)H2O、CO2、CO放出；

d.400℃以上芳香化（環(huán)化）放出水；

再升高溫度，則進(jìn)行炭化和石墨化。(2)生產(chǎn)工序：

粘膠CF的準(zhǔn)備工藝流程：

粘膠原533.3.4.PitchbasedCF

(1)概述

瀝青是一種以縮和多環(huán)芳烴化合物為主要成分的低分子烴類混合物。含有少量的O、S、N的化合物。轉(zhuǎn)化溫度100～200℃。瀝青資源豐富，含碳量高（70％以上），可從石油或煤焦油的副產(chǎn)品中提取。(2)工藝流程

瀝青CF的兩種類型

光學(xué)性質(zhì)分類

各項(xiàng)同性瀝青CF，力學(xué)性質(zhì)差，通用級(jí)CF

各項(xiàng)異性CF，力學(xué)性能（例如模量）高。

兩者性能上的差別源于結(jié)構(gòu)的差別，而結(jié)構(gòu)的差別是紡絲原料瀝青的性能決定的。

3.3.4.PitchbasedCF

(1)概述

54(1)各向同性瀝青基碳纖維。石油瀝青、煤瀝青等瀝青為原料，需進(jìn)行預(yù)處理和精調(diào)制，除去固體游離炭、其它固態(tài)雜質(zhì)和喹啉不溶分（QI）;⑵高性能瀝青基碳纖維。高性能瀝青基碳纖維是用各向異性的中間相瀝青（含液晶）纖維制得，制造工藝很復(fù)雜。精制的瀝青除有上述要求外，還要除去硫及其化合物。(1)各向同性瀝青基碳纖維。石油瀝青、煤瀝青等瀝青為55不熔化處理

目的：為了使瀝青纖維在炭化時(shí)，不發(fā)生軟化熔融而保持纖維形狀。

方法：通過氧化作用使瀝青分子間進(jìn)行縮合或交聯(lián)

氣相氧化：空氣、O3、SO3、NO2等氣氛中氧化

液相氧化：HNO3、H2SO4、HCl、H2O2等氧化性液體中處理

炭化

惰性氣體保護(hù)，1000－1500℃炭化——生成亂層石墨結(jié)構(gòu)CF；石墨化處理，2500－3000℃

不熔化處理

目的：為了使瀝青纖維在炭化時(shí)，不發(fā)生軟563.3.5.CF的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)A．結(jié)構(gòu)

⑴石墨結(jié)構(gòu)：典型的石墨是二維有序材料，每一層間的C原子以共價(jià)鍵連接，層與層之間則通過范德華力相結(jié)合，石墨的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)屬六方晶系。3.3.5.CF的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)A．結(jié)構(gòu)

⑴57⑵CF結(jié)構(gòu)亂層石墨結(jié)構(gòu)——石墨層片是基本的結(jié)構(gòu)單元。微晶由若干石墨層片組成（數(shù)張到數(shù)十張），層與層之間的間距d＝0.339－0.342nm，比石墨晶體的層間距大0.335nm。由微晶組成原纖維d＝50nm（直徑），l＝幾百納米，由原纖維組成CF單絲，d＝6－8μm（直徑）。一級(jí)結(jié)構(gòu)（層片）——二級(jí)結(jié)構(gòu)（微晶）——三級(jí)結(jié)構(gòu)（原纖維）—CF

根據(jù)C－C鍵能和密度計(jì)算：

CF：σ＝180GPa，module＝1000GPa，而實(shí)際上遠(yuǎn)低于理論值。原因：a.原絲帶來的缺陷：孔隙、雜質(zhì)等

b.炭化過程中產(chǎn)生的：結(jié)構(gòu)不均勻、微孔、裂紋、氣孔、雜質(zhì)等。⑵CF結(jié)構(gòu)根據(jù)C－C鍵能和密度計(jì)算：

CF：σ＝180G58B．力學(xué)性能

碳纖維的結(jié)構(gòu)模型較多，其中有代表性的三種。圖a是高模量碳纖維（即石墨纖維）的結(jié)構(gòu)模型圖，條帶模型。石墨微絲沿纖維軸取向排列，賦予其高的模量。因?yàn)槟Ａ恐饕Q于石墨網(wǎng)平面的大小和擇優(yōu)取向。從圖a還可看出，存在皮芯結(jié)構(gòu)和沿纖維軸排列的針形孔隙。圖b是高強(qiáng)型碳纖維的模型，微纖（絲）基本上沿纖維軸排列，也有相當(dāng)?shù)脑w纏結(jié)和扭曲，彼此用束縛鍵使微纖連接，交聯(lián)密度較高；同時(shí)，針形孔洞沿軸向排列，但比圖a要小，這也是強(qiáng)度較高的原因之一，也符合最弱連接理論。圖c是通用級(jí)碳纖維的結(jié)構(gòu)模型，石墨微晶不發(fā)達(dá)，排列紊亂，孔隙多，擇優(yōu)取向差，因而抗拉強(qiáng)度和模量都低。B．力學(xué)性能

碳纖維的結(jié)構(gòu)模型較多，其中有代表性的三種。59C．物理性質(zhì)

ρ＝1.5－2.0g/cm3，熱行為是各項(xiàng)異性。如有熱膨脹系數(shù)，徑向比軸向高數(shù)十倍：軸相（－0.7～－0.9）×10－6/℃，負(fù)值，垂直纖維方向（32～22）×10－6/℃。

碳纖維等碳材料屬于亂層石墨結(jié)構(gòu)或石墨結(jié)構(gòu)。當(dāng)其受熱時(shí)，石墨層面中的碳原子在層面上下方向來回振動(dòng)，產(chǎn)生膨脹；在層面方向由于其上下振動(dòng)而產(chǎn)生收縮。碳纖維的石墨化程度愈高，熱膨脹系數(shù)愈小。C．物理性質(zhì)

ρ＝1.5－2.0g/cm3，熱行為是603.3.6.CF的表面處理

表面處理的目的：提高CF與基體樹脂的界面粘合強(qiáng)度

表面處理的途徑：

a.清除表面雜質(zhì)

b.在纖維表面形成微孔或刻蝕溝槽，增加表面能

c.引入具有極性或反應(yīng)性官能團(tuán)以及形成能與樹脂起作用的中間層。D．化學(xué)性質(zhì)

惰性物質(zhì)，能被少量強(qiáng)酸氧化。在惰性氣體中1500℃仍可保持較高的力學(xué)性能。3.3.6.CF的表面處理

表面處理的目的：提高CF61A．表面清潔法

CF表面的雜質(zhì)來源：在預(yù)氧化、炭化過程中，纖維孔隙中殘留的有機(jī)熱解產(chǎn)物以及沾染環(huán)境雜質(zhì)。

方法：將CF在惰性氣體保護(hù)下，加熱到一定的高溫（如1000℃），并保持一段時(shí)間，從而達(dá)到清除吸附水、凈化其表面的目的。經(jīng)凈化后，一般來講，CF與基體的結(jié)合強(qiáng)度可提高將近一倍。A．表面清潔法

CF表面的雜質(zhì)來源：在預(yù)氧化、炭化62B．氣化氧化法

機(jī)理：用氣體對(duì)CF表面進(jìn)行氧化，使表面積增大，活性官能團(tuán)增多，所制CF復(fù)合材料剪切強(qiáng)度提高，而抗拉強(qiáng)度基本不變。

（1）空氣氧化

管式爐中進(jìn)行，反應(yīng)溫度350－600℃，時(shí)間據(jù)CF種類和要求而定。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間短，易于CF生產(chǎn)線銜接進(jìn)行連續(xù)處理，無污染。

缺點(diǎn)：反應(yīng)難控制，易使纖維縱深氧化，使CF強(qiáng)度損失嚴(yán)重。但加入適量的SO2或鹵素、鹵代氫能防止CF過渡氧化。

B．氣化氧化法

機(jī)理：用氣體對(duì)CF表面進(jìn)行氧化，使63

（2）O2或O3

一般混合使用。

（3）CO2作氧化劑

如：溫度900－1300℃，時(shí)間3－240秒，纖維重量損失0.5－7％。處理后復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度可從21MPa提高到70MPa，而單絲的抗拉強(qiáng)度基本未變。（2）O2或O3

64C．液相處理法

作用機(jī)理：表面刻蝕作用。在纖維表面形成微孔或刻蝕溝槽，同時(shí)引入官能團(tuán)。

特點(diǎn)：反應(yīng)易控制，只氧化纖維表面，而氣相處理法易滲透深處，操作方法多為間歇操作，處理時(shí)間長(zhǎng)。有廢酸廢液產(chǎn)生，環(huán)境污染。

(1)酸處理：

用酸處理后，使纖維表面氧化，可取得與樹脂有較好的界面粘合效果，最常用的酸為硝酸。

例如：粘膠基CF在60％的濃硝酸處理時(shí)，其表面積和官能團(tuán)均增加，官能團(tuán)主要是－COOH，因此與樹脂的粘結(jié)性能增加。除硝酸外，還可用H2SO4作表面處理，效果也比較好，CM剪切強(qiáng)度改善較多。C．液相處理法

作用機(jī)理：表面刻蝕作用。在纖維表面65（2）其它液相氧化劑處理

NaClO次氯酸鈉

KMnO4高錳酸鉀

K2Cr2O7重鉻酸鉀

效果最好的除了硫酸以外，在堿性溶液中NaClO是一種有效的表面處理劑，但其作用比硫酸來得緩慢。

例如：15％NaClO/40%H2SO4處理10分鐘，使CF剪切強(qiáng)度從30MPa到60MPa。

應(yīng)注意的是液相處理后，CF的洗凈是非常重要的。因?yàn)槲聪磧舻腃F表面沉積有相當(dāng)數(shù)量的塊狀物的緣故。（2）其它液相氧化劑處理

NaClO66D．電化學(xué)氧化法

陽極—CF

陰極—Ni、graphite、Cu、Pt

電解質(zhì)溶液—HNO3、H2SO4等，NaOH、KF、NaCl等

在一定電流密度下，靠電解產(chǎn)生的初生態(tài)氧對(duì)CF進(jìn)行氧化刻蝕。

效果：纖維經(jīng)處理后，表面被氧化劑刻蝕形成溝槽，表面積增大，表面官能團(tuán)的數(shù)量增加。隨纖維結(jié)構(gòu)和電解質(zhì)性質(zhì)的不同，處理后纖維復(fù)合材料的性質(zhì)改善的程度也不同。D．電化學(xué)氧化法

陽極—CF

陰極—N67E.表面涂層法

該方法是通過一定途徑，將某種聚合物表面處理劑、偶聯(lián)劑等涂覆在CF的表面上，減弱CF表面的缺陷，緩和界面壓力，使CF與基體材料間產(chǎn)生偶聯(lián)等作用，從而提高CM的性能。F．等離子體法處理

等離子體是含有離子、電子、自由基激發(fā)的分子和原子的電離氣體，它們都是發(fā)光的和電中性的，可由電學(xué)放電、高頻電磁振蕩、激波高能輻射（如α、β射線）等方法產(chǎn)生。

低溫等離子體技術(shù)上是纖維表面處理。

作用：等離子體處理可除去纖維弱的表面層，改變纖維表面的形態(tài)，創(chuàng)立一些活性位置（反應(yīng)官能團(tuán)）以及由纖維表面向內(nèi)部擴(kuò)散并發(fā)生交聯(lián)等，從而改善纖維表面浸潤(rùn)劑與樹脂基體的適應(yīng)性。

例如：通過等離子體的處理，在CF表面接枝MA、順丁二酸酐等有效的改進(jìn)CFCM的層間剪切性能等。E.表面涂層法

該方法是通過一定途徑，將某種聚68G.CF的上漿處理

CF經(jīng)表面氧化處理后，一般還需經(jīng)上漿處理。

作用：

①保護(hù)纖維表面的活性基團(tuán)；

②能使CF具有良好的集束性，從而使纖維的纏繞織造工藝操作簡(jiǎn)單，減少纖維束的摩擦損失；

③通過選擇合適的上漿劑，可達(dá)到改善CF表面性能，提高CM層間剪切強(qiáng)度的目的。

目前，一般使用乳液型上漿劑：以一種樹脂為主體，配以一定量的乳化劑、少量交聯(lián)劑（或無交聯(lián)劑），以及為提高界面粘合型的助劑等制成乳液。G.CF的上漿處理

CF經(jīng)表面氧化處理后，一般還693.4芳香族聚酰胺纖維

3.4.1.高性能有機(jī)纖維性能概述A．高性能有機(jī)纖維的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）構(gòu)成主鏈的鍵強(qiáng)大

（2）大分子構(gòu)象線形化，具有伸直鏈結(jié)構(gòu)

（3）大分子的橫截面積小

（4）鏈纏繞程度小

（5）分子鏈中分子末端數(shù)少3.4芳香族聚酰胺纖維

3.4.1.高性能有機(jī)纖維性能概70B.有機(jī)高分子的強(qiáng)度預(yù)算：B.有機(jī)高分子的強(qiáng)度預(yù)算：71部分聚合物理論強(qiáng)度和模量與實(shí)際值的比較聚合物品種分子截面積,nm2理論強(qiáng)度,cN/dtex實(shí)際強(qiáng)度,cN/dtex理論模量,cN/dtex實(shí)際模量,cN/dtexPE0.1933287.9244888PA60.1922998.4124044POM0.185233--374--PVA0.2282088.41985221PPTA0.20520722.11323882PET0.2172058.4902141PP0.3481927.9373106PAN0.3041734.473575PVC0.2941493.5--40部分聚合物理論強(qiáng)度和模量與實(shí)際值的比較聚合物分子截面積,n72C.有機(jī)高性能纖維要求其分子化學(xué)結(jié)構(gòu)必須符合以下條件：(1)構(gòu)成高分子主鏈的共價(jià)鍵鍵能越大越好；(2)大分子鏈的構(gòu)象越近似直線形越好；(3)大分子鏈的橫截面積越小越好；(4)高分子鏈的鍵角形變和鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)受到阻力越大越好；(5)高相對(duì)分子質(zhì)量越大越好，減少大分子鏈的末端數(shù)。C.有機(jī)高性能纖維要求其分子化學(xué)結(jié)構(gòu)必須符合以下條件：(173提高纖維性能的方法

對(duì)于給定的聚合物材料，C-C鍵強(qiáng)，分子截面積，理論強(qiáng)度模量一定。

還可以采取的措施:

1）伸直鏈——超拉伸技術(shù)可有效減少纖維中折疊分子，HSPE的超倍拉伸。

2）增加大分子自身的剛性——防止折疊。Kevlar

3）提高分子量——減少分子鏈末端數(shù)目。

4）稀溶液減少鏈纏繞——HSPE(柔性鏈)

（Kevlar剛性連——液晶紡絲）提高纖維性能的方法

對(duì)于給定的聚合物材料，C-C鍵強(qiáng)，743.4.2.芳香族聚酰胺纖維

A．結(jié)構(gòu)

芳香族PA是指酰胺鍵直接與芳環(huán)鏈接而成的線形聚合物

我國(guó)的商品名為芳綸

芳綸14芳綸1414主要生產(chǎn)商：美國(guó)杜邦Kevlar；荷蘭AkzoTwaron3.4.2.芳香族聚酰胺纖維

A．結(jié)構(gòu)

芳香族PA75幾種纖維的結(jié)構(gòu)比較幾種纖維的結(jié)構(gòu)比較76B．性能

1）力學(xué)性能

B．性能

1）力學(xué)性能

772）化學(xué)惰性

一般有機(jī)溶劑穩(wěn)定，但溶于C-H2SO4,

UV-R較差

3）耐熱性質(zhì)

PPTA:聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺

Tg~345C,不熔融

160Cfor400hrs處理，強(qiáng)度基本不變

PMIA:聚間苯二甲酰間苯二胺

Tg260~270C，Td＝400-430C，

處理260Cfor1000hrs，強(qiáng)度保持65－70％,

LOI=26-302）化學(xué)惰性

一般有機(jī)溶劑穩(wěn)定，但溶于C-H2SO4,

U784)尺寸穩(wěn)定性和耐疲勞性較好5)形態(tài)結(jié)構(gòu)4)尺寸穩(wěn)定性和耐疲勞性較好79C．PPTA纖維制備

回收水纖維紡絲紡絲原液聚合體縮聚單體②單體①溶劑一溶劑二1)合成PPTA,PMIA

溶液縮聚，溶劑

HMPA六甲基磷酸酰胺

DMAc

NMP,etc

NMP/CaCl2C．PPTA纖維制備

回收水纖維紡絲紡絲聚合體縮聚單體②單體802)紡絲成形（以PPTA為例）①溶劑C-H2SO4,20%含固量F-濕紡②液晶紡絲（向列型），降低粘度使用高濃度漿液，有利于提高力學(xué)性能2)紡絲成形（以PPTA為例）81復(fù)合材料與設(shè)計(jì)之增強(qiáng)纖維課件823.4.3.表面處理（以Kevlar為例）

與CF相比，Kevlar纖維表面處理方法不同，主要有有機(jī)化學(xué)反應(yīng)和等離子體處理。在纖維表面引進(jìn)或產(chǎn)生活性基因。

強(qiáng)酸強(qiáng)堿會(huì)降低纖維的力學(xué)性能，故常使用等離子體。

等離子體處理→產(chǎn)生－COOH，－OH，－NH2等。

另外，Kevlar主鏈結(jié)構(gòu)就有極性，如－CONH－。3.4.3.表面處理（以Kevlar為例）

與CF83

3.5聚芳酯（芳香族聚酯纖維）

3.5.1.概述

Kevlar——溶致性液晶

聚芳酯——熱致性液晶（向列型）

3.5聚芳酯（芳香族聚酯纖維）

3.5.1.概述

K845.5.2.結(jié)構(gòu)芳香族中的酰胺類，－CONH－，被酯－COO－取代最典型的如：

采用共聚的辦法改善鏈的柔順性。O5.5.2.結(jié)構(gòu)采用共聚的辦法改善鏈的柔順性。O85聚芳酯纖維的典型代表Vectran是美國(guó)賽拉尼斯公司用ABA（乙酰氧基苯甲酸）與2－乙酰氧基－6－萘甲酸共聚的產(chǎn)物。3.5.3.紡絲成形

熔紡工藝、溫度控制液晶聚芳酯纖維的典型代表Vectran是美國(guó)賽拉尼斯公司用86超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維也被稱作高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，它是80年代初研制成功的高性能纖維，是當(dāng)今世界三大高科技纖維（碳纖維、芳綸、高強(qiáng)高模聚乙烯纖維）之一，是一種具有高度取向直鏈結(jié)構(gòu)的纖維。超高分子量聚乙烯纖維具有很高的軸向比拉伸強(qiáng)度和剛度，極高的比模量，突出的抗沖擊和抗切割韌性，良好的耐低溫、耐磨、耐腐蝕和耐紫外線等化學(xué)穩(wěn)定性等眾多優(yōu)異特性，在安全防護(hù)、宇航、航空、航天、航海、體育、纜繩等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。3.6HSPE及其表面處理

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維也被稱作高873.6HSPE及其表面處理

3.6.1.凝膠紡絲法何謂凝膠紡絲？

影響PE力學(xué)性能的兩個(gè)因素（理論與實(shí)際的差距）分子鏈端數(shù)—提高分子量，粘度過大，鏈纏結(jié)過多。分子鏈曲折—提高拉伸倍數(shù)—超倍拉伸（20倍以上）因此，凝膠紡絲是以半稀溶液為紡絲漿液，初生纖維為凍膠狀（含有大量溶劑），經(jīng)萃取溶液和超倍拉伸后得到高強(qiáng)高模的纖維。又稱為凍膠紡絲。3.6HSPE及其表面處理

3.6.1.凝膠紡絲法883.6.2.工藝條件

溶劑：十氫萘（溶液溫度為150℃），石蠟油（180℃）等；凝膠溶液：水；萃取劑：庚烷、十二烷、甲苯、四氯化碳等；拉伸分三段90－133℃:發(fā)生分離的微纖和折疊鏈片晶的運(yùn)動(dòng)；34－143℃：片晶開始融化，微纖聚集；>143℃：折疊鏈片晶解體，重排為拉伸鏈片晶。3.6.2.工藝條件 溶劑：十氫萘（溶液溫度為150℃893.6.3.HSPE基本性質(zhì)1、高強(qiáng)、高模、輕質(zhì)這種纖維的比強(qiáng)度是當(dāng)今世界上最高的，相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)鋼絲的15倍，比普通化學(xué)纖維高出近10倍，比對(duì)位芳綸高40%左右，而且它還有一種獨(dú)特的物理性質(zhì)，就是密度小于1。公司型號(hào)斷裂強(qiáng)度/GPa模量/GPa斷裂伸長(zhǎng)率/%美國(guó)ALLIEDSpectra9002.06-2.462-793.6-4.4Spectra10002.83-2.9198-1132.9-3.4Spectra20002.74-3.0113-1162.8-2.9荷蘭DSMDyneemaSK602.7893.5DyneemaSK653.0953.6DyneemaSK753.41073.8DyneemaSK763.61163.8寧波大成S-FDC852.74-2.9155-605S-FDC882.83-3.0877-903.5-4S-FDC883.0-3.2585-1073-3.63.6.3.HSPE基本性質(zhì)1、高強(qiáng)、高模、輕質(zhì)這種纖維90力學(xué)性能纖維品種密度拉伸強(qiáng)度拉伸模量斷裂伸長(zhǎng)率g/cm3GPaGPa%高強(qiáng)高模聚乙烯纖維0.973.0953.5

低模量芳綸1.442.9603.6

高模量芳綸1.442.91242.8

高強(qiáng)碳纖維1.783.42401.4

高模碳纖維1.852.33900.5

S-玻璃纖維2.603.5724.8

E-玻璃纖維2.504.6865.2

聚酰胺纖維1.140.9620

聚酯纖維1.381.11413

鋼纖維7.861.772001.8

工業(yè)用纖維的特性

力學(xué)性能密度拉伸強(qiáng)度拉伸模量斷裂伸長(zhǎng)率g/cm3GPaGPa912良好的抗?jié)裥院湍突瘜W(xué)腐蝕性由于纖維具有高度的分子取向和結(jié)晶，大分子截面積小，所以鏈間排列緊密，從而有效地阻止水和化學(xué)試劑的侵蝕，因此這種纖維具有杰出的抗水、潮氣、多數(shù)化學(xué)品、紫外線以及良好的耐溶劑溶解的性能。3優(yōu)越的耐磨性、耐疲勞性、撓曲性和良好的電絕緣性能高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的耐磨性也非常好。高強(qiáng)高模聚乙烯纖維特別適合于耐疲勞要求高的場(chǎng)合，該纖維在具有高模量的同時(shí)，在大變形作用下仍然具有柔韌性，而且有長(zhǎng)的撓曲壽命，具有良好的加工性能，這個(gè)性能常被用來制作高強(qiáng)纜繩以及制作耐疲勞要求高的復(fù)合材料。高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的介電常數(shù)和介電損耗值低在各種制作復(fù)合材料的纖維中最小，反射雷達(dá)波很少，因此對(duì)雷達(dá)波的透射率高于玻璃纖維，這個(gè)性能常被用來制作雷達(dá)罩。2良好的抗?jié)裥院湍突瘜W(xué)腐蝕性由于纖維具有高度的分子取向和結(jié)92三種高性能纖維的加工性能比較纖維品種加工性能高強(qiáng)高模聚乙烯纖維Kevlar29Kevlar49碳纖維(高強(qiáng))碳纖維(高模)耐磨（直至破壞的循環(huán)次數(shù)）＞110×1039.5×1035.7×10320120耐彎曲（直至破壞的循環(huán)次數(shù)）＞240×1033.7×1034.3×10352勾結(jié)強(qiáng)度（g/d）10～156～76～700成環(huán)強(qiáng)度（g/d）12～1810～1210～120.70.1高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的熔點(diǎn)在144～150℃之間，其斷裂強(qiáng)度和模量在較高溫度下減小但在低于0℃時(shí)會(huì)增加，纖維在-150℃下也沒有發(fā)現(xiàn)脆點(diǎn)，因此，纖維能在這個(gè)溫度到＋70℃間使用，短暫暴露在較高溫度下將不會(huì)引起纖維嚴(yán)重的性能損失。4熱性能三種高性能纖維的加工性能比較935彈道防護(hù)性能高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的比強(qiáng)度、比模量高，纖維內(nèi)聲波傳遞速度快，因此這種纖維提供了最高的能量吸收和最快的沖擊波擴(kuò)散，顯示出良好的耐沖擊性，這些性能常被用于彈道防護(hù)領(lǐng)域。6耐光性芳綸纖維不耐紫外光，使用時(shí)必須避免陽光直接照射，而聚乙烯纖維是有機(jī)纖維中耐光性最優(yōu)異的纖維，高強(qiáng)高模聚乙烯纖維也不例外；同樣經(jīng)紫外光照射1500小時(shí)，高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的強(qiáng)度保持率在90%左右，而芳綸纖維只有30%。7界面性能纖維表面惰性和非極性，浸潤(rùn)性差，因此纖維與基體之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度低，影響了高強(qiáng)高模纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能，尤其是層間剪切、橫向拉伸和斷裂韌性等性能，限制了它的廣泛應(yīng)用。5彈道防護(hù)性能943.6.4.表面處理纖維全部由亞甲基組成，無任何極性基團(tuán)，因此界面粘合差。

1、等離子體處理是常用的方法

He、Ar、H2、N2、CO2，NH3。用O2等離子體處理以后，深度可達(dá)30nm，并引入了羧基和羰基，但等離子體處理不宜太深，否則會(huì)損失力學(xué)性能。

2、另一種方法——將少量的乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA）混入PE紡絲液中。紡制成含有EVA的HSPE纖維，它與環(huán)氧樹脂界面粘合性好。3.6.4.表面處理纖維全部由亞甲基組成，無任何極性基團(tuán)，95HSPE的主要用途HSPE的主要用途961、防彈衣這是高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的一大應(yīng)用領(lǐng)域。主要以無緯布形式用于防彈衣、防彈頭盔及防彈板材的制造。防彈效果的關(guān)鍵是材料對(duì)特定速度下的子彈能量的吸收水平和作用機(jī)理，纖維的比模量和纖維內(nèi)的聲波傳遞速度決定了纖維的防彈潛能，高強(qiáng)高模聚乙烯纖維與其它用于彈道保護(hù)的纖維相比，其比模量及纖維內(nèi)聲速較高，而且防彈衣的質(zhì)量輕、撓曲性能佳，因此其穿著舒適性好。由于這種纖維內(nèi)的聲波速度較高，因而子彈的沖擊能可迅速分散到較大的面積上，從而縮小了背心內(nèi)表面出現(xiàn)的凹陷深度，減輕非貫穿性傷害。纖維種類斷裂功（指數(shù)）聲波速度（米/秒）UHMWPEDC8510010000芳綸（防彈）7075001、防彈衣防彈效果的關(guān)鍵是材料對(duì)特定速度下的子彈能量的吸收水972防彈頭盔高強(qiáng)高模聚乙烯纖維質(zhì)量輕，而且這種纖維具有極高的能量吸收水平和很快的沖擊波擴(kuò)散速度。采用其為原料制成的輕質(zhì)防彈頭盔，還具有耐水、耐潮濕、耐化學(xué)腐蝕、耐太陽暴曬、防輻射、舒適涼快、受彈擊不跳彈傷人等優(yōu)點(diǎn)。3防彈板材高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的單向預(yù)浸料可壓制成不同厚度、不同防護(hù)等級(jí)的防彈板，具有優(yōu)良的防破甲和防穿甲性能，已應(yīng)用于輕型坦克、水陸兩用坦克、裝甲車、防彈汽車、運(yùn)鈔車、防暴隔離裝置、防暴周轉(zhuǎn)箱等等。4繩

使用該纖維制得的繩可浮于水面上，可撓曲而且伸長(zhǎng)很小，耐腐蝕性、耐磨性和耐疲勞性極好，故而這種繩具有很長(zhǎng)的使用壽命；應(yīng)用于遠(yuǎn)洋巨輪、軍艦用纜繩、錨繩，拖輪用拖繩，登山繩，降落傘繩等等。近海采油平臺(tái)和深海底采集錳巖球等工作所用繩纜尤其要求繩質(zhì)輕而強(qiáng)度大，耐腐蝕、耐磨損，在海洋工程領(lǐng)域極具發(fā)展前景。2防彈頭盔98第三章增強(qiáng)纖維第三章增強(qiáng)纖維99內(nèi)容提要3.1概述3.2玻璃纖維3.3碳纖維及其表面處理3.4芳香族聚酰胺纖維3.5聚芳酯（芳香族聚酯纖維）3.6HSPE及其表面處理內(nèi)容提要3.1概述1003.1概述：

在CM中，材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度和模量等）主要由增強(qiáng)材料決定的，因此，對(duì)增強(qiáng)材料的要求比較高，通常使用高性能纖維。3.1概述：

在CM中，材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度和模量等）101什么是高性能纖維?一般指:強(qiáng)度>17.6CN/dtex，模量>440CN/dtex的纖維CN：厘牛，代表的是力;dtex：分特克斯，10000米（10公里）纖維束的重量克數(shù);tex:特克斯，1000米纖維束的重量克數(shù),1tex=10-6kg/m定長(zhǎng)法

d:旦尼爾,9000米纖維束的重量克數(shù)β:支數(shù),指lg(原)紗的長(zhǎng)度(m)——定質(zhì)量法

1dtex=tex/10=d/9

什么是高性能纖維?一般指:強(qiáng)度>17.6CN/dtex102高性能纖維包括此外，還有金屬纖維

PM高性能纖維包括此外，還有金屬纖維

PM103一些常見纖維的力學(xué)性能比較纖維種類強(qiáng)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鋁纖維0.6712.68660鋼纖維2.82007.811621一些常見纖維的力學(xué)性能比較纖維種類強(qiáng)度(GPa)模量(GPa104一些常見纖維的力學(xué)性能比較纖維名稱密度g/cm3拉伸強(qiáng)度GPa拉伸模量GPa斷裂伸長(zhǎng)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纖維1.453.1-5.1280-340-->40一些常見纖維的力學(xué)性能比較纖維名稱密度g/cm3拉伸強(qiáng)度GP105表面處理

⑴表面處理的目的

改進(jìn)纖維與基體之間的界面結(jié)構(gòu)，改善兩者的復(fù)合性能。

⑵表面處理方法

物理方法：偶聯(lián)劑；

化學(xué)方法：表面化學(xué)反應(yīng)、plasma等離子體。表面處理

⑴表面處理的目的

改進(jìn)纖維與基體之間的106平紋斜紋緞紋席紋每根經(jīng)紗(或緯紗)，交替地從一根緯紗(或經(jīng)紗)的上方和下方越過的織紋。平紋結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，布面最密滿，適于作平面的玻璃鋼制品。鋪覆性最差。在各種織紋中，平紋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度最低。

指經(jīng)緯紗以三上一下的方式交織所形成的織紋。斜紋布的懸垂性比平紋布好，鋪覆性較好，強(qiáng)度也高于平紋布，手感柔軟，但穩(wěn)定性比平紋布差。指緯紗以七上一下的方式交織所形成的織紋。這種織紋雖不如平紋穩(wěn)定，但由于浮經(jīng)或浮緯較長(zhǎng)，纖維彎曲少，故制成玻璃纖維增強(qiáng)塑料制品的強(qiáng)度較高，鋪覆性最好。

兩根或多根經(jīng)紗，在兩根或多根緯紗的上下進(jìn)行交織的織物，席紋雖不如平紋布穩(wěn)定，但它比較柔順，更能貼合簡(jiǎn)單的形狀。纖維織物平紋斜紋緞紋席紋每根經(jīng)紗(或緯紗)，交替地從一根緯紗(或經(jīng)紗107指每一根緯紗處有兩很經(jīng)紗絞合的組織。其特點(diǎn)是穩(wěn)定性很好．厚度一般約為0.13—0.18mm。用于需要變形最小，經(jīng)緯密低的地方，例如作為表面織物。羅紋（紗羅）指每一根緯紗處有兩很經(jīng)紗絞合的組織。其特點(diǎn)是穩(wěn)定性很好．厚度1083.2玻璃纖維

3.2.1.GF的構(gòu)成及分類⑴基本構(gòu)成

玻璃主要由SiO2四面體、Al2O3三面體或硼氧（B2O3）三面體相互連成不規(guī)則三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)空間由Na、K、Ca、Mg等金屬陽離子所填充。

3.2玻璃纖維

3.2.1.GF的構(gòu)成及分類⑴基本109

以SiO2為主的稱硅酸鹽玻璃；以B2O3為主的稱硼酸鹽玻璃。

玻璃中的Na2O、K2O等堿性氧化物為熔融氧化物，它可以降低玻璃的融化溫度和粘度。主要通過破壞玻璃的骨架體疏松達(dá)到助熔的目的。因此Na2O、K2O的含量越高，GF的強(qiáng)度、電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性都會(huì)相應(yīng)的降低。

加入CaO、Al2O3能在一定條件下構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)的一部分，改善玻璃的條件性質(zhì)和工藝性能。用CaO取代SiO2可降低拉伸溫度，Al2O3可提高耐水性。

因此可以按照堿金屬氧化物的含量來對(duì)GF分類。

以SiO2為主的稱硅酸鹽玻璃；以B2O3為110⑵分類

按化學(xué)組成分

有堿玻璃纖維A:堿金屬氧化物的含量大于12％中堿玻璃纖維C:堿金屬氧化物的含量6％~12％無堿玻璃纖維E:堿金屬氧化物的含量低于2％高強(qiáng)玻璃纖維SMg-Al-Si系或B2O3系高彈玻璃纖維MS系中加入BeO通常堿金屬氧化物含量高時(shí)，玻璃易熔易抽絲，產(chǎn)品成本低，這種玻璃纖維的特點(diǎn)是耐海水腐蝕性好，可供一般要求使用。民用建筑中多使用低堿或中堿玻纖維，電器及軍工產(chǎn)品都選用無堿玻璃纖維。⑵分類

按化學(xué)組成分

有堿玻璃纖維A:堿金屬氧111粗紗30μm無捻粗紗、無紡布初級(jí)紗20μm短切纖維、纖維氈中級(jí)紗10～20μm高級(jí)紗3～10μm紡織玻璃纖維紗可分無捻紗及有捻紗兩種。單位長(zhǎng)度內(nèi)纖維與纖維之間所加的轉(zhuǎn)數(shù)，以捻／m為單位加捻的作用：提高纖維的抱合力改善單纖維的受力狀況，利于紡織工序的進(jìn)行。缺點(diǎn)：捻度過大不易被樹脂浸透。

(3)玻璃纖維紗的規(guī)格粗紗30μm無捻粗紗1123.2.2.GF的性質(zhì)

⑴物理性質(zhì)

－密度為2.5-3g/cm3

－電絕緣性與其中堿金屬的含量有關(guān)；

－耐熱性：軟化點(diǎn)為550－580℃；

石英和硅氧玻璃的耐熱性可達(dá)2000℃。

⑵化學(xué)性質(zhì)

有影響的化學(xué)試劑HF、NaOH、濃磷酸。3.2.2.GF的性質(zhì)

⑴物理性質(zhì)

－密度為2.5-113纖維密度(g/cm3)強(qiáng)度（GPa）模量(GPa）E－GF2.543.572S－GF2.444.787M－GF2.893.7118纖維強(qiáng)度(GPa）模量(GPa）棉花0.3-0.710-12羊毛0.1-0.30.6玻璃塊0.02-0.12——E－GF3.572鋁合金

42-46⑶機(jī)械性質(zhì)

注：M－GF為加入BeO，MgO（高彈性能）注：從玻璃塊和E－GF可以看出，玻璃加工成纖維后，其強(qiáng)度提高了20－50倍。纖維密度(g/cm3)強(qiáng)度（GPa）模量(GPa）E－GF1143.2.3.玻璃纖維的生成流程→制玻璃球→鉑金坩堝熔融→小漏孔拉絲（102、204、408孔）→涂浸潤(rùn)劑→并股成紗→紡織成布、氈或帶。坩堝法拉絲、池窯漏板法拉絲(1)坩堝法拉絲工藝3.2.3.玻璃纖維的生成流程→制玻璃球坩堝法拉絲、池窯漏115(2)池窯漏板法拉絲工藝連續(xù)玻璃纖維生產(chǎn)的一種新的工藝方法。將玻璃配合料投入熔窯熔化后直接拉制成各種支數(shù)的連續(xù)玻璃纖維。池窯拉絲(與坩堝拉絲相比較)的優(yōu)點(diǎn)：1.省去制球工藝，簡(jiǎn)化工藝流程，效率高；2.池窯拉絲一窯可安裝10塊到上百塊漏板，熔量大，生產(chǎn)能力高；3.易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；4.適于多孔大漏板生產(chǎn)玻璃鋼適用的粗纖維；5.生產(chǎn)的廢紗便于回爐。(2)池窯漏板法拉絲工藝連續(xù)玻璃纖維生產(chǎn)的一種新的工藝方116玻璃纖維制品的生產(chǎn)工藝主要設(shè)備：紡紗機(jī)和織布機(jī)1—電熔池窯爐；2—漏板；3—加浸潤(rùn)劑；4—機(jī)械裝置；5—噴射粘接劑；6—金屬網(wǎng)帶；7—固化裝置；8—卷筒連續(xù)玻璃纖維氈生產(chǎn)示意圖玻璃纖維制品的生產(chǎn)工藝主要設(shè)備：紡紗機(jī)和織布機(jī)1—電熔池窯1173.2.4.

GF的表面處理⑴浸潤(rùn)劑

－浸潤(rùn)劑的作用

使多根單絲集中成股；

增加原紗的耐磨性和提高拉伸保護(hù)；

保護(hù)纖維免受大氣和水分的侵蝕作用。

－紡織型浸潤(rùn)劑

為了滿足紡織工序的要求。具有良好的集束性、潤(rùn)滑性、成膜性和抗靜電性。使用前必須對(duì)纖維和織物進(jìn)行表面處理。紡織型浸潤(rùn)劑淀粉浸潤(rùn)劑石蠟乳劑淀粉為主要的成膜劑優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用低、成膜性好、易除掉主要成分：石蠟、凡士林、硬脂酸、變壓器油等優(yōu)點(diǎn)：潤(rùn)滑性、集束性好3.2.4.GF的表面處理⑴浸潤(rùn)劑

－浸潤(rùn)劑的作用

118⑵GF表面處理的意義玻璃鋼的性能不僅與所使用的增強(qiáng)材料、基體樹脂有關(guān)，而且很大程度上還與增強(qiáng)材料和合成樹脂的界面結(jié)合好壞有關(guān)。

表面處理就是在GF表面被覆一種叫表面活性劑的特殊物質(zhì)，使GF與基體樹脂牢固的粘結(jié)在一起，以達(dá)到提高玻璃鋼性能的目的。這種表面活性劑又稱作“偶聯(lián)劑”或“架橋劑”。

GF及織物經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗?，不僅改進(jìn)了玻璃纖維的耐磨、防水、電磁絕緣等性能，而且對(duì)玻璃鋼的強(qiáng)度，特別是濕態(tài)下的強(qiáng)度提高有顯著效果。－增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑

在一定粘度上能滿足拉絲工藝要求，而且對(duì)纖維和樹脂粘結(jié)影響不大。因此，在做CM時(shí)，不必除去。⑵GF表面處理的意義玻璃鋼的性能不僅與所使用的增強(qiáng)119⑶表面處理劑（偶聯(lián)劑）

偶聯(lián)劑是一種含有兩部分性質(zhì)不同的基團(tuán)的化合物。其中一種官能團(tuán)能很好的與GF表面結(jié)合（一般是物理吸附）；另一種官能團(tuán)能很好的與基體樹脂結(jié)合（可以是物理的，也可以是化學(xué)的，如共聚等）。

通過表面處理劑把兩種性質(zhì)截然不同的材料聯(lián)合起來，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。

⑶表面處理劑（偶聯(lián)劑）

偶聯(lián)劑是一種含有兩部分性120幾種常見的GF偶聯(lián)劑

①有機(jī)鉻：最有名的稱“沃蘭（Volan）”。

甲基丙烯酸氯化鉻絡(luò)合物

適應(yīng)樹脂：酚醛、聚酯、環(huán)氧、PE、PMMA等。幾種常見的GF偶聯(lián)劑

①有機(jī)鉻：最有名的稱“沃蘭（Vol121復(fù)合材料與設(shè)計(jì)之增強(qiáng)纖維課件122復(fù)合材料與設(shè)計(jì)之增強(qiáng)纖維課件123②有機(jī)硅處理劑

通式：RnSiX4-n

式中R——含有與基體樹脂作用形成化學(xué)鍵的活性基團(tuán)，如：

X——易于水解的基團(tuán)，水解后易與玻璃作用，n＝1，2，3（1最常見）如：

CH2=CH-Si-(OC2H5)3

H2N-(CH2)3-Si-(OC2H5)3

②有機(jī)硅處理劑

通式：RnSiX4-n

124③有機(jī)鈦酸酯這是一類近后來發(fā)展迅速的表面處理用的偶聯(lián)劑，多應(yīng)用在熱塑性樹脂增強(qiáng)劑的表面處2)由于分子結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)碳鏈基團(tuán)的存在，可改進(jìn)熱塑性塑料的抗沖強(qiáng)度，提高潤(rùn)滑性能，同時(shí)還有很好的增塑效應(yīng)。3)當(dāng)以甲基丙烯酸酯官能基接到鈦酸酯主鏈上時(shí)，可提供一個(gè)好的反應(yīng)區(qū)間，使無機(jī)填料以化學(xué)鍵的形式按在聚合物分子鏈上。1)具有酯交換功能，因此能與填料和聚合物基體發(fā)生交聯(lián)，也能與環(huán)氧樹脂中的羥基起酯化作用，這就是某些鈦酸酯能使環(huán)氧樹脂粘度降低的原因。③有機(jī)鈦酸酯這是一類近后來發(fā)展迅速的表面處理125⑷GF表面處理方法

－后處理法

在制作玻璃鋼前，先將GF表面的紡織型浸潤(rùn)劑去除后再浸處理劑溶液。

特點(diǎn)：投資大，工藝復(fù)