常見的改性增強材料

根據(jù)增強材料的物理形態(tài)，通常將其分為纖維狀、片狀、顆粒狀等。其中纖維狀增強材料的增強作用最明顯，應用最廣。玻璃纖維玻璃纖維（GlassFiber，簡稱GF）是增強塑料中最有代表性的增強材料，是玻璃熔融后經(jīng)快速拉伸并冷卻成型的纖維。通常用于塑料增強改性的玻璃纖維的直徑為5~13μm，密度為2.54g/cm3。玻璃纖維增強塑料的特點：玻璃纖維能夠添加在多種樹脂中，早期主要用于熱固性塑料。如玻璃纖維增強環(huán)氧脂制品稱為玻璃鋼，是一種強度極高的工程材料。現(xiàn)在玻璃纖維可用于幾乎所有熱塑性塑料，如PP、ABS、PA、PC、POM和PET/PBT等，添加量一般為10%~40%。玻璃纖維增強塑料的主要特點是比強度大、電絕緣性好、耐熱、耐腐蝕、化學穩(wěn)定性高，缺點是脆性大、耐磨性和柔性差、表面不光滑等。碳纖維碳纖維（CarbonFiber，簡稱CF）是由碳元素構(gòu)成的一類纖維材料，最常用的制造方法是將天然纖維（如人造絲）和合成纖維（如聚丙烯腈）在惰性氣體的氣氛中經(jīng)高溫碳化而成纖維狀碳化合物。其化學組成中碳元素占總質(zhì)量的90％以上，碳原子間的結(jié)合方式為石墨狀，形成石墨晶格結(jié)構(gòu)。碳纖維增強塑料的特點：碳纖維具有較高的強度與模量，可作為熱塑性樹脂和熱固性樹脂的增強材料，如用于EP、PF、UP、PA、PC、ABS、PS、PE、PP等。用量一般為10%~40%。碳纖維增強塑料的主要特點是質(zhì)量輕，高強度，高韌性，高模量，高剛性，耐蠕變，耐摩擦，耐疲勞，導電性和導熱性好，熱膨脹性小，尺寸精度和穩(wěn)定性高，X射線透過率高，抗靜電，耐腐蝕性和耐熱性好。缺點是價格高，沖擊強度不及玻璃纖維增加塑料，層間剪切強度差，有電腐蝕性。石棉纖維石棉纖維是一種天然的多結(jié)晶質(zhì)無機纖維，用作塑料增強材料的是一種溫石棉，它是一種水和氧化鎂硅酸鹽類化合物，近似化學式為：3MgO·2Si02·2H20。它的化學組成隨產(chǎn)地的不同而有所變化。石棉纖維增強塑料的特點：

溫石棉的單纖維是管狀的，內(nèi)部具有毛細管結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為0.01μm，外徑約為0.03μm。以石棉纖維增強的塑料在高溫下表現(xiàn)出良好的耐熱性、剛性、尺寸穩(wěn)定性等。與玻璃纖維增強的塑料相比，石棉增強塑料制品阻燃性增加，對成型機磨損減小，并且價格低廉。但制品電氣性能、著色性變差。因為石棉具有致癌性，因而近幾年應用受到限制。硼纖維硼纖維（BF）是最先出現(xiàn)的質(zhì)量輕強度高的增強材料之一。目前，生產(chǎn)硼纖維的最好方法是化學沉積法。它具有密度小、強度和比剛度高，對于發(fā)展質(zhì)量輕強度高的復合塑料具有重要價值。硼纖維的主要問題是直徑較大，斷裂伸長率較小，而且價格昂貴，因此應用尚不普遍，主要用于特殊場合。如硼纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料是高強度高模量纖維增強塑料中性能最好的一種復合材料，其比剛度和比強度是鋼的3倍，是宇航和飛機部件的良好材料。有機聚合物纖維合成有機聚合物纖維可以改善制品的抗沖擊強度，但耐水性及電氣性能較差。重要的合成有機纖維主要有以下幾種：芳綸纖維芳綸纖維通稱為芳香族聚酰胺纖維，為區(qū)別脂肪族聚酰胺（通稱為尼龍），美國將芳香族聚酰胺稱為Aramid，將它制造的纖維稱為芳綸纖維。芳綸纖維增強塑料的特點：目前，芳綸纖維總產(chǎn)量的43％用于輪胎的簾子線（芳綸﹣29)，31％用于復合材料，17.5％用于繩索類和防彈衣，8.5％用于其他。以樹脂作為基體，芳綸纖維作為增強相所形成的增強塑料，簡稱KFRP，具有質(zhì)量輕、強度高、耐磨損等優(yōu)點，主要應用于汽車、電子電氣、火箭、飛機、賽艇等領域。它所增強的復合材料的拉伸強度優(yōu)于玻璃纖維和碳纖維增強材料，彈性模量是玻璃纖維增強材料的2倍，但低于碳纖維增強材料。PBO纖維聚苯并雙噁唑（PBO）纖維強度、模量、耐熱性和阻燃性都大大凌駕于其他高性能纖維之上。其力學性能是對位芳酰胺纖維的1倍，比強度和比模量超過鋼絲，故而被稱之為21世紀的超纖維。PET纖維PET纖維即滌綸纖維，PET短切纖維束可以與玻璃纖維并用，以提高脆性樹脂基體的沖擊強度。PET纖維雖然不能提高復合材料的力學強度，但其成本較低，而且PET纖維對模具表面的磨蝕作用也比玻璃纖維低。維尼綸維尼綸是經(jīng)甲醛處理過的聚乙烯醇纖維，不溶于水，雖然其強度遠低于玻璃纖維，但由于具有吸附力強、抗沖擊強度高、密度小、柔韌性好、不會磨損加工設備等優(yōu)點，適用于強度要求不高的制品中。天然有機纖維可作增強材料的天然有機纖維的種類很多，主要有木材、紙張和紙板、棉纖維、麻纖維、竹纖維等纖維素纖維以及常見的莖稈類纖維，如稻草、麥稈、玉米稈、高粱稈、麻稈、向日葵稈、棉花稈、小米稈、黃豆稈等等。但近年來大部分逐漸被合成有機纖維所取代。晶須晶須為針狀和毛發(fā)狀結(jié)晶物質(zhì)，直徑很小，約為0.05~10μm，100根晶須才相當于一根玻璃纖維，10000根晶須相當于一根硼纖維。長徑比較大，如氧化鋁晶須的長徑比為（500-5000)：1。由于晶須近乎完全結(jié)晶，且是一種不含晶格缺陷的完全結(jié)晶，直徑又極細，故力學強度極高，接近原子間的力。晶須兼有玻璃纖維和硼纖維的突出性能，具有玻璃纖維的斷裂伸長率（3%~4%）和硼纖維的高彈性模量［(4~7)×105MPa]，可作為熱固性和熱塑性塑料的增強材料，制造質(zhì)量輕強度高的復合塑料，用于航空、航天、機械、汽車、電子、建材等工業(yè)結(jié)構(gòu)件，尤其是在注射和傳遞模塑制品中的應用，是其他增強材料無法比擬的。金屬纖維金屬纖維又稱金屬細絲，包括不銹鋼纖維、鋁纖維、鍍鎳的玻璃纖維或碳纖維。這類纖維主要應用于抗靜電、導電類的復合材料中，不太適合作為增強成分，而且在加工過程中很容易發(fā)生卷曲。但在復合材料中加入低含量的金屬纖維（通常為5%~10%)，不僅能夠獲得令人滿意的電磁屏蔽性能，力學性能也基本能夠滿足要求，而它們的韌性和模量通常都低于傳統(tǒng)的碳纖維或玻璃纖維增強復合材料。與碳纖維相比，金屬纖維用于電磁屏蔽的優(yōu)勢在于單位表面電阻率所耗的成本較低。目前，不銹鋼纖維是使用最廣泛的金屬纖維。陶瓷纖維陶瓷纖維是一種以二氧化二鋁和二氧化硅為主要成分的無機纖維。作為塑料的增強材料，最突出的優(yōu)點是耐高溫和耐腐蝕性好、導熱性和熱膨脹性小、彈性模量高、化學穩(wěn)定性好等。拉伸強度和玻璃纖維相當，彈性模量比玻璃纖維高4~6倍。主要用于具有特殊要求的工程塑料中，如化工設備中的部件、制動部件的襯里等。混雜纖維混雜纖維增強指兩種短纖維混雜或兩種長絲單向增強，也可以是兩種不同纖維組成的包芯復合紗作增強材料，然后再與一種樹脂基體復合。包芯復合紗可以是玻璃纖維-聚酯纖維、碳纖維-聚醚醚酮纖維、碳纖維-液晶聚合物纖維等。混雜纖維增強復合材料除了具有單一纖維的特點外，還有一些特殊的性能，可滿足不同的應用需要。復合增強材料復合增強材料是指