填充與纖維增強(qiáng)

填充與纖維增強(qiáng)第一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二1、玻璃纖維力學(xué)性能——抗拉強(qiáng)度比普通玻璃高幾十倍，且直徑越小，抗拉強(qiáng)度越高。——彈性模量約為7×104MPa，與純鋁相近，只有普通鋼的1/3，但模量較低?！菢?biāo)準(zhǔn)的彈性體，變形與應(yīng)力成正比，沒有屈服點(diǎn)，一旦去除應(yīng)力，形變可完全恢復(fù)，具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性?！獢嗔蜒由炻屎苄?，約為2.6%，硬度較大，一般為莫氏6.5。第二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二1、玻璃纖維熱性能——導(dǎo)熱系數(shù)很低，約為0.86千卡/米·度，是一種良好的絕熱材料。在200-250℃以下，玻璃纖維的強(qiáng)度不變，當(dāng)溫度超過250℃，玻璃纖維的強(qiáng)度開始下降。在300℃經(jīng)24小時(shí)，強(qiáng)度約下降20%；在400℃經(jīng)24小時(shí)，強(qiáng)度約下降50%。這種強(qiáng)度下降與受熱的時(shí)間有關(guān)，時(shí)間越長，強(qiáng)度下降越多。第三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二1、玻璃纖維耐腐蝕性能有堿玻璃纖維的耐水性很差，這是因?yàn)楹瑝A硅酸鹽在水或空氣中的水分作用下，容易發(fā)生水解之故；無堿纖維的耐水性比有堿纖維好，而有堿纖維的耐酸性比無堿纖維強(qiáng)得多。由于比表面積的增大，總體而言，玻璃纖維耐酸堿的能力都要遜于玻璃。第四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二1、玻璃纖維介電性能玻璃纖維是一種優(yōu)良的電絕緣材料。由于成分中含堿金屬離子少的緣故，無堿玻璃纖維要比有堿玻璃纖維的電絕緣性能好得多。玻璃纖維的介電常數(shù)在102Hz時(shí)為6.43，在1010時(shí)為6.11；介電損耗角正切值在102Hz時(shí)為0.0042，在1010時(shí)為0.006。第五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二1、玻璃纖維玻璃纖維的表面處理方法①后處理法

此法過程是首先除去玻璃纖維表面的紡織型浸潤劑，然后經(jīng)處理劑溶液浸漬、水洗、烘干等工藝，使玻璃纖維表面被覆上一層處理劑。②前處理法這種方法是采用增強(qiáng)型浸潤劑，使玻璃纖維既能滿足拉絲、并股、紡織各道工序的要求，又能滿足制作復(fù)合材料時(shí)粘結(jié)的要求。③遷移法遷移法是將化學(xué)處理劑直接加入到樹脂膠液中進(jìn)行整體滲合，在浸膠的同時(shí)將處理劑施于玻璃纖維上，借助處理劑從樹脂膠液至纖維表面的“遷移”作用而與纖維表面發(fā)生作用，從而在樹脂固化過程中產(chǎn)生偶聯(lián)作用。第六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二2、碳纖維碳纖維是指纖維中含碳量在95%左右的碳纖維和含碳量在99%左右的石墨纖維。碳纖維由有機(jī)纖維在高溫下和惰性氣體保護(hù)下燒制而成。所用的有機(jī)纖維可以是粘膠纖維、聚丙烯睛纖維、木質(zhì)素—聚乙烯醇等。有機(jī)纖維在燒制溫度達(dá)到1千多度高溫時(shí)，就已全部成為碳元素組成的纖維，其導(dǎo)電性可接近金屬，強(qiáng)度和拉伸彈性模量也大大提高。第七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二2、碳纖維力學(xué)性能——理論強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于玻璃纖維；實(shí)際上，高強(qiáng)度的碳纖維的抗張強(qiáng)度為2500~3500MPa，與玻璃纖維處于同一數(shù)量級(jí)，這原因就在于碳纖維在制造過程中缺陷微裂紋出現(xiàn)的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻璃纖維。碳纖維是典型的脆性材料。一般高模量碳纖維的最大延伸率是0.35%，高強(qiáng)度碳纖維為1%；碳纖維的彈性回復(fù)為100%，說明碳纖維的剛性極大，韌性較差。第八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二2、碳纖維物理性能

碳纖維的密度在1.5～2.0g/cm3之間，低于玻璃纖維，所以碳纖維的比強(qiáng)度，比模量較高。碳纖維的熱膨脹系數(shù)與其測量的方向有關(guān)。平行于纖維方向是負(fù)值，而垂直于纖維方向是正值。碳纖維的導(dǎo)熱率也有方向性，平行于纖維軸方向?qū)崧矢咝?，其?dǎo)熱率隨溫度升高而下降。碳纖維具有較好的導(dǎo)電性。第九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二2、碳纖維化學(xué)性能——與碳很相似，除能被強(qiáng)氧化劑氧化外，對(duì)一般酸堿是惰性的。在空氣中，溫度高于400℃時(shí)，則出現(xiàn)明顯的氧化，生成CO和CO2；在不接觸空氣或氧化氣氛時(shí)，碳纖維具有突出的耐熱性。與其他類型材料比較，碳纖維要在高于1500℃強(qiáng)度才開始下降，而其他材料包括Al2O3晶須的性能已大大下降。碳纖維還有良好的耐低溫、耐油、抗放射、抗輻射、吸收有毒氣體和減速中子等特性。第十頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二2、碳纖維碳纖維表面處理方法：1.表面清潔法2.氣相氧化法3.液相氧化法4.電解氧化法5.表面涂層法第十一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二3、芳綸纖維——芳香族聚酰胺纖維。是一種高強(qiáng)度、高模量且質(zhì)輕的新型合成纖維。代表品種是美國杜邦(DuPont)公司開發(fā)的Kevlar纖維，其比強(qiáng)度是鋼絲的5倍，相對(duì)密度僅為1.43~1.45，且具有良好的耐熱性。與極性聚合物，如PU、EP等，具有良好的相容性，一般不需要進(jìn)行表面改性處理即可獲得良好的增強(qiáng)效果。高性能芳綸纖維具有優(yōu)異性能，是制造先進(jìn)復(fù)合材料最重要的增強(qiáng)材料和發(fā)展國防軍工及國民經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略物資。第十二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二4、晶須晶須是單絲形式的小單晶體，可用于制備具有優(yōu)良物理力學(xué)性能的復(fù)合材料。用作晶須的材料可以是單質(zhì)，如C、Fe、Ni、Cu等，也可以是無機(jī)化合物，如Al2O3、SiC、BC等。大多數(shù)晶須是由氣相反應(yīng)生產(chǎn)的。晶須既有硼纖維的高彈性模量(400～700GPa)和強(qiáng)度，又具有玻璃纖維的伸長率(3～4%)。缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，使應(yīng)用受限。晶須對(duì)塑料的增強(qiáng)效果十分顯著，通常如果晶須能被塑料熔體充分潤濕并合理取向，塑料的抗拉強(qiáng)度可提高10～20倍。從價(jià)格和性能兩方面考慮，晶須目前主要還是應(yīng)用于航空航天、航海、軍工等高技術(shù)領(lǐng)域。第十三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二5、其他纖維硼纖維聚酯纖維尼龍纖維聚丙烯纖維……第十四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二4.5纖維增強(qiáng)復(fù)合材料簡介——以聚合物為基體，以纖維為增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料；綜合了基體聚合物和纖維的性能，具有優(yōu)越性和廣泛用途，其特性優(yōu)于各單一組分的特性。按聚合物基體的不同，分為：塑料基體和橡膠基體；本章主要介紹塑料基體復(fù)合材料。熱固性塑料：環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂等熱塑性塑料：PP、PA、PC等。按增強(qiáng)纖維的長度，可分為短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和連續(xù)長纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；第十五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料最早出現(xiàn)于1951年，但是直到20世紀(jì)60年代中期，螺桿注塑機(jī)被廣泛使用后，才得以批量生產(chǎn)。與基體相比，具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)：

(1)沿纖維取向方向的強(qiáng)度、比強(qiáng)度有顯著提高；

(2)高溫下強(qiáng)度高；

(3)抗蠕變性能顯著提高；

(4)耐特殊環(huán)境如高溫、紫外光等性能顯著提高；

(5)抗沖擊性及抗熱沖擊性好；

(6)耐疲勞性改善。第十六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二短纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理應(yīng)力傳遞理論單根纖維埋入基體模型受力前后變形示意圖(a)受力前b)受力后復(fù)合材料受到平行于纖維方向上的拉力時(shí)，由于纖維的彈性模量一般大于基體的彈性模量，基體應(yīng)變將會(huì)大于纖維應(yīng)變．但因基體與纖維是緊密結(jié)合在一起的，纖維將限制基體過大的變形，于是在基體與纖維之間的界面部分便產(chǎn)生了剪應(yīng)力和剪應(yīng)變，并將所承受的載荷合理分配到纖維和基體這兩種組分上。纖維通過界面沿纖維軸向的剪應(yīng)力傳遞載荷，會(huì)受到比基體中更大的應(yīng)力，這就是纖維能增強(qiáng)基體的原因。第十七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性聚合物復(fù)合材料連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性聚合物是20世紀(jì)70年代初開發(fā)的一種聚合物基復(fù)合材料。連續(xù)纖維可采用玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等，其中又以玻璃纖維最為常用。以玻璃纖維氈為增強(qiáng)材料的熱塑性聚合物片材稱為GMT，其近年來的發(fā)展尤其引人注目第十八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期二連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(ContinuousFibreReinforcedThermoplasticPlastics，簡稱CFRTP)是聚合物基復(fù)合材料中新發(fā)展起來的一類重要品種。優(yōu)點(diǎn)：

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