復(fù)合材料第三章

復(fù)合材料第三章第1頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一石英纖維的具有五個(gè)方面的性能：

①軟化溫度高

一般玻璃纖維的軟化溫度只有550--580℃，而石英纖維的軟化溫度可達(dá)1250℃以上。②膨脹系數(shù)小室溫下，石英纖維的膨脹系數(shù)為510–7/℃，當(dāng)溫度升高到1200℃時(shí)、僅增大為11

10-7/℃，為普通玻璃纖維的1/10--1/20。石英纖維加熱到800--1000℃后，用水冷卻，性能無(wú)損傷。第2頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一③電性能好

石英纖維在高溫下的電絕緣性能良好，其導(dǎo)電率只有10-16

-1.cm–1，為一般纖維的干分之一至萬(wàn)分之一。

④石英纖維能耐100--200℃濃酸的浸蝕，但耐堿及堿性鹽的能力差些。

⑤

石英纖維在250--4700um的光譜區(qū)內(nèi)，有較高的透光率。石英纖維廣泛用在電機(jī)制造、光通訊、火箭及原子反應(yīng)堆工程等方面。第3頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(２)鋁硅酸鹽玻璃纖維鋁硅酸鹽玻璃纖維是以高嶺土、鋁礬土、藍(lán)晶石等為原料，在高頻爐、電弧爐或其它高溫爐中熔化，用吹制法制成的玻璃纖維。吹制法制成的纖維較短，可以捻絲成線，但強(qiáng)度較低。第4頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一鋁硅酸鹽玻璃纖維的化學(xué)組成特點(diǎn)是A12O3占50％以上，其熔化溫度為1760℃，最高使用溫度為1260℃。鋁硅酸鹽玻璃纖維的主要用途是作絕緣材料和隔熱材料，多用于火箭、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、原子反應(yīng)堆等。第5頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3空心玻璃纖維空心玻璃纖維是采用鋁硼硅酸鹽玻璃原料，用特制拔絲爐拔絲制成?？招牟ＡЮw維呈中空狀態(tài)，質(zhì)輕、剛性好，制成玻璃鋼制品比一般的輕10％以上，而且彈性模量較高，適用于航空與海底裝備。第6頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、碳纖維3.1概述碳纖維（CarbonFibre,CF或Cf）的開(kāi)發(fā)歷史可追溯到19世紀(jì)末期1860年,斯旺制作碳絲燈泡;1878年,以棉紗試制碳絲1879年,美國(guó)科學(xué)家愛(ài)迪生以油煙、焦油、棉紗、竹絲試制碳絲，持續(xù)照明45小時(shí)而真正作為有使用價(jià)值并規(guī)模生產(chǎn)的碳纖維，則出現(xiàn)在二十世紀(jì)50年代末期。第7頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

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(wú)機(jī)纖維。第8頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一碳纖維性能:

a.重量輕、比強(qiáng)度大、模量高、耐熱性高；

b.化學(xué)穩(wěn)定性好，除硝酸等少數(shù)強(qiáng)酸外，幾乎對(duì)所有藥品均穩(wěn)定；碳纖維對(duì)堿也穩(wěn)定;c.碳纖維制品具有非常優(yōu)良的X射線透過(guò)性，阻止中子透過(guò)性，還可賦予塑料以導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性;d.以碳纖維為增強(qiáng)劑的復(fù)合材料具有比鋼強(qiáng)、比鋁輕的特性，是一種目前最受重視的高性能材料之一。它在航空航天、軍事、工業(yè)、體育器材等許多方面有廣泛的用途第9頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.2碳纖維的分類(lèi)(1)根據(jù)碳纖維的性能分類(lèi)

A.

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。

B.低性能碳纖維

耐火纖維、碳質(zhì)纖維、石墨纖維等。第10頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(2)根據(jù)原絲類(lèi)型分類(lèi)

A.聚丙烯腈基纖維；

B.粘膠基碳纖維；

C.瀝青基碳纖維；

D.木質(zhì)素纖維基碳纖維；

E.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。第11頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(3)根據(jù)碳纖維功能分類(lèi)

A.受力結(jié)構(gòu)用碳纖維

B.耐焰碳纖維

C.活性碳纖維(吸附活性)

D.導(dǎo)電用碳纖維

E.潤(rùn)滑用碳纖維

F.耐磨用碳纖維第12頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.3碳纖維的制造碳纖維是一種以碳為主要成分的纖維狀材料。它不同于有機(jī)纖維或無(wú)機(jī)纖維，不能用熔融法或溶液法直接紡絲，只能以有機(jī)物為原料，采用間接方法制造。碳纖維制造方法可分為兩種類(lèi)型，即氣相法和有機(jī)纖維碳化法。第13頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一氣相法:在惰性氣氛中，小分子有機(jī)物(如烴或芳烴等)在高溫下沉積成纖維。

用這種方法只能制造晶須或短纖維，不能制造連續(xù)長(zhǎng)絲。第14頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一有機(jī)纖維碳化法:將有機(jī)纖維經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化處理變成耐焰纖維；在惰性氣氛中，于高溫下進(jìn)行焙燒碳化，使有機(jī)纖維失去部分碳和其它非碳原子，形成以碳為主要成分的纖維狀物?？梢灾圃爝B續(xù)長(zhǎng)纖維第15頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一制備碳纖維的條件:加熱時(shí)不熔融，可牽伸，且碳纖維產(chǎn)率高。制作碳纖維的主要原材料：人造絲(粘膠纖維)；聚丙烯腈(PAN)纖維；瀝青。制造碳纖維的過(guò)程：拉絲牽伸穩(wěn)定碳化石墨化第16頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一A.拉絲濕法、干法或者熔融狀態(tài)法均可B.牽伸

在室溫以上，通常是100--300℃范圍內(nèi)進(jìn)行。

W.Watt首先發(fā)現(xiàn)結(jié)晶定向纖維的拉伸效應(yīng)，而且這種效應(yīng)控制著最終纖維的模量。第17頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一牽伸：在紡紗中把纖維集合體（如條子、粗紗等）有規(guī)律地牽長(zhǎng)變細(xì)，是梳理以后進(jìn)一步松解和集合的過(guò)程

牽伸機(jī)第18頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一C.穩(wěn)定

通過(guò)400℃加熱氧化的方法。400℃的氧化階段是A.Shindo‘s最近在工藝上做出的貢獻(xiàn)。它顯著地降低所有的熱失重，并因此保證高度石墨化和取得更好的性能。D.碳化:在1000--2000℃范圍內(nèi)進(jìn)行。E.石墨化:在2000--3000℃范圍內(nèi)進(jìn)行。第19頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

3.4碳纖維的結(jié)構(gòu)與性能(1)結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能材料的性能主要決定于材料的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)有兩方面的含義，一是化學(xué)結(jié)構(gòu)，二是物理結(jié)構(gòu)。第20頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一碳纖維的結(jié)構(gòu)決定于原絲結(jié)構(gòu)與碳化工藝