2023学年完整公开课版玻璃纤维2

第2章复合材料的增强材料2.1.1增强材料在复合材料中的作用（1）什么是增强体▲能强化第二相（基体）的材料称为增强体。▲增强体在复合材料中是分散组元。（2）纤维增强体的作用

对于结构复合材料，纤维（fiber,简记为f）是主要承载相。承受载荷的比例远大于基体（matrix,简记为m）。

对于多功能复合材料，纤维的作用是吸波、隐身、防热、耐磨、耐腐蚀、抗热震等等

对于陶瓷基复合材料，纤维的作用是增韧。2.1.2增强体的分类纤维（连续纤维、非连续纤维）颗粒（延性颗粒、刚性颗粒）片状（人造、天然或原位生成的片状物）织物（二维布、带、管或多向编织）晶板（宽厚比大于5）微球（空心微球和实心微球）增强体（1）按几何形态分类无机纤维（天然无机纤维、人造无机纤维、金属纤维、无机非金属纤维）

有机纤维（天然有机纤维、合成有机纤维）（2）按化学成分分类增强体（3）按结构分类非晶纤维(玻璃纤维）单晶纤维（SiC晶须、Al2O3晶须）多晶纤维（C纤维、B纤维、SiC纤维、

FP-氧化铝纤维）复合多晶纤维（W芯SiC纤维、W芯B纤维）增强体★本章主要介绍下列增强材料的

制造、结构、性能和应用

玻璃纤维

碳纤维

芳纶（Kevlar）纤维

超高相对分子量聚乙烯（UHMW-PE）纤维

碳化硅、氧化铝、氮化硼纤维

硼（B）纤维

晶须

2.2玻璃纤维2.2.1概述2.2.2玻璃纤维的种类2.2.3玻璃纤维的结构2.2.4玻璃纤维的制造2.2.5玻璃纤维的性能与应用玻璃纤维玻璃纤维的发展史1893年于美国研究成功1938年欧文斯-康宁玻璃纤维公司1939年日本东洋纺织株式会社1958年中国玻璃纤维工业奠基玻璃纤维及玻璃纤维增强聚合物基复合材料发展最快：▲20世纪50年代以来，解决了玻璃纤维与树脂基体的粘接问题。▲20世纪60年代以来，玻璃纤维的产量迅速增大，成本下降。▲玻璃纤维是一类重要的高强度增强体。▲玻璃纤维具有许多品种（纱、布、带、编织套管、连续原丝毡、短切原丝毡、无捻粗纱等）。▲20世纪40年代用手糊方法制成了玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂的军用飞机雷达罩。2.2.2玻璃纤维的分类按玻璃原料分类：有碱玻璃纤维（A玻璃）中碱玻璃纤维低碱玻璃纤维无碱玻璃纤维（E玻璃）按纤维外观分类：连续纤维短切纤维空心玻璃纤维玻璃粉磨细纤维

按纤维特性分类：高强度纤维（S玻璃）低介纤维（D玻璃）耐化学药品纤维（C玻璃）耐电腐蚀纤维（E-CR玻璃）耐碱纤维（AR玻璃）按照玻璃纤维的直径分类▲超细玻璃纤维（d=3.8~4.6μm）▲中粗玻璃纤维（d=5.3~7.4μm）▲粗玻璃纤维（d=9.2~21.6μm）玻璃纤维：常用玻璃纤维的种类▲E玻璃——无碱玻璃纤维▲中碱C玻璃——中碱玻璃纤维▲有碱A玻璃——有碱玻璃纤维▲C玻璃——耐化学腐蚀▲S玻璃——高强度玻璃纤维▲M玻璃——高弹性模量玻璃纤维▲高硅氧玻璃——耐热玻璃纤维2.2.3玻璃纤维的组成▲玻璃纤维是一大类系列产品的通称。▲玻璃纤维是以氧化硅（约占50%~60%）为主体，同时含有许多其他大物质（如钙、硼、钠、钾、铝、铁、锂、铍、锆、镁、铈等）的氧化物。SiO2：玻璃的主要组成，基本骨架金属氧化物：Al2O3,CaO,MgO,Na2O(K2O),BeO,B2O3

玻璃纤维的结构▲玻璃是无色透明的脆性固体，具有无定形结构。▲它是由二氧化硅的四面体组成的三维网络结构。▲网络间的空隙由钠离子，钙离子等阳离子填充，每一个四面体均由一个硅原子与其周围的氧原子形成离子键，不直接连到网络结构上。▲因为玻璃纤维是三维网络结构，所以玻璃纤维的性能是各向同性的。由于玻璃的三维网络结构和各化学键的强度可以通过添加其他金属氧化物来改变，由此可以生产出具有不同化学性能和物理性能的玻璃纤维。例如：加入Na2O，K2O可以降低玻璃纤维的熔化温度和粘度加入CaO，MgO降低拉丝温度，提高玻璃的化学稳定性和增强玻璃的绝缘性。加入Al2O3提高耐水性

玻璃纤维的改性2.2.4玻璃纤维的制造玻璃纤维的制造方法主要有:▲坩埚法（玻璃球法）▲池窑法（直接熔融法）两种方法相比较：1.直接熔融法省去制球工艺，简化工艺流程，效率高2.池窑容量大，生产能力高3.对窑温，液压，压力，流量和漏板温度可实现自动化集中控制，所得产品质量稳定4.适用于采用多孔大漏板生产粗玻璃5.废产品易于回炉2.2.5玻璃纤维的性能1.物理性能：外观是光滑的圆柱体，横断面几乎是圆形。直径一般是5-20微米，密度为2.4-2.7g/cm3。拉伸强度很高，但是耐磨性，扭转强度和剪切强度较低。（微裂纹假说）阻燃性能：完全不燃烧的纤维耐热性能：耐热性高，软化点550-850度电性能：电绝缘材料（无碱玻璃纤维）2.化学性能：耐化学药品性直径的影响：直径越小，化学稳定性越低化学组成的影响：碱金属氧化物

纤维种类耐水性失重%耐酸性失重%耐碱性失重%E1.748.29.7C0.10.1——A11.16.213.5