常见的改性增强材料

根据增强材料的物理形态，通常将其分为纤维状、片状、颗粒状等。其中纤维状增强材料的增强作用最明显，应用最广。玻璃纤维玻璃纤维（GlassFiber，简称GF）是增强塑料中最有代表性的增强材料，是玻璃熔融后经快速拉伸并冷却成型的纤维。通常用于塑料增强改性的玻璃纤维的直径为5~13μm，密度为2.54g/cm3。玻璃纤维增强塑料的特点：玻璃纤维能够添加在多种树脂中，早期主要用于热固性塑料。如玻璃纤维增强环氧脂制品称为玻璃钢，是一种强度极高的工程材料。现在玻璃纤维可用于几乎所有热塑性塑料，如PP、ABS、PA、PC、POM和PET/PBT等，添加量一般为10%~40%。玻璃纤维增强塑料的主要特点是比强度大、电绝缘性好、耐热、耐腐蚀、化学稳定性高，缺点是脆性大、耐磨性和柔性差、表面不光滑等。碳纤维碳纤维（CarbonFiber，简称CF）是由碳元素构成的一类纤维材料，最常用的制造方法是将天然纤维（如人造丝）和合成纤维（如聚丙烯腈）在惰性气体的气氛中经高温碳化而成纤维状碳化合物。其化学组成中碳元素占总质量的90％以上，碳原子间的结合方式为石墨状，形成石墨晶格结构。碳纤维增强塑料的特点：碳纤维具有较高的强度与模量，可作为热塑性树脂和热固性树脂的增强材料，如用于EP、PF、UP、PA、PC、ABS、PS、PE、PP等。用量一般为10%~40%。碳纤维增强塑料的主要特点是质量轻，高强度，高韧性，高模量，高刚性，耐蠕变，耐摩擦，耐疲劳，导电性和导热性好，热膨胀性小，尺寸精度和稳定性高，X射线透过率高，抗静电，耐腐蚀性和耐热性好。缺点是价格高，冲击强度不及玻璃纤维增加塑料，层间剪切强度差，有电腐蚀性。石棉纤维石棉纤维是一种天然的多结晶质无机纤维，用作塑料增强材料的是一种温石棉，它是一种水和氧化镁硅酸盐类化合物，近似化学式为：3MgO·2Si02·2H20。它的化学组成随产地的不同而有所变化。石棉纤维增强塑料的特点：

温石棉的单纤维是管状的，内部具有毛细管结构，其内径为0.01μm，外径约为0.03μm。以石棉纤维增强的塑料在高温下表现出良好的耐热性、刚性、尺寸稳定性等。与玻璃纤维增强的塑料相比，石棉增强塑料制品阻燃性增加，对成型机磨损减小，并且价格低廉。但制品电气性能、着色性变差。因为石棉具有致癌性，因而近几年应用受到限制。硼纤维硼纤维（BF）是最先出现的质量轻强度高的增强材料之一。目前，生产硼纤维的最好方法是化学沉积法。它具有密度小、强度和比刚度高，对于发展质量轻强度高的复合塑料具有重要价值。硼纤维的主要问题是直径较大，断裂伸长率较小，而且价格昂贵，因此应用尚不普遍，主要用于特殊场合。如硼纤维增强环氧树脂复合材料是高强度高模量纤维增强塑料中性能最好的一种复合材料，其比刚度和比强度是钢的3倍，是宇航和飞机部件的良好材料。有机聚合物纤维合成有机聚合物纤维可以改善制品的抗冲击强度，但耐水性及电气性能较差。重要的合成有机纤维主要有以下几种：芳纶纤维芳纶纤维通称为芳香族聚酰胺纤维，为区别脂肪族聚酰胺（通称为尼龙），美国将芳香族聚酰胺称为Aramid，将它制造的纤维称为芳纶纤维。芳纶纤维增强塑料的特点：目前，芳纶纤维总产量的43％用于轮胎的帘子线（芳纶﹣29)，31％用于复合材料，17.5％用于绳索类和防弹衣，8.5％用于其他。以树脂作为基体，芳纶纤维作为增强相所形成的增强塑料，简称KFRP，具有质量轻、强度高、耐磨损等优点，主要应用于汽车、电子电气、火箭、飞机、赛艇等领域。它所增强的复合材料的拉伸强度优于玻璃纤维和碳纤维增强材料，弹性模量是玻璃纤维增强材料的2倍，但低于碳纤维增强材料。PBO纤维聚苯并双噁唑（PBO）纤维强度、模量、耐热性和阻燃性都大大凌驾于其他高性能纤维之上。其力学性能是对位芳酰胺纤维的1倍，比强度和比模量超过钢丝，故而被称之为21世纪的超纤维。PET纤维PET纤维即涤纶纤维，PET短切纤维束可以与玻璃纤维并用，以提高脆性树脂基体的冲击强度。PET纤维虽然不能提高复合材料的力学强度，但其成本较低，而且PET纤维对模具表面的磨蚀作用也比玻璃纤维低。维尼纶维尼纶是经甲醛处理过的聚乙烯醇纤维，不溶于水，虽然其强度远低于玻璃纤维，但由于具有吸附力强、抗冲击强度高、密度小、柔韧性好、不会磨损加工设备等优点，适用于强度要求不高的制品中。天然有机纤维可作增强材料的天然有机纤维的种类很多，主要有木材、纸张和纸板、棉纤维、麻纤维、竹纤维等纤维素纤维以及常见的茎秆类纤维，如稻草、麦秆、玉米秆、高粱秆、麻秆、向日葵秆、棉花秆、小米秆、黄豆秆等等。但近年来大部分逐渐被合成有机纤维所取代。晶须晶须为针状和毛发状结晶物质，直径很小，约为0.05~10μm，100根晶须才相当于一根玻璃纤维，10000根晶须相当于一根硼纤维。长径比较大，如氧化铝晶须的长径比为（500-5000)：1。由于晶须近乎完全结晶，且是一种不含晶格缺陷的完全结晶，直径又极细，故力学强度极高，接近原子间的力。晶须兼有玻璃纤维和硼纤维的突出性能，具有玻璃纤维的断裂伸长率（3%~4%）和硼纤维的高弹性模量［(4~7)×105MPa]，可作为热固性和热塑性塑料的增强材料，制造质量轻强度高的复合塑料，用于航空、航天、机械、汽车、电子、建材等工业结构件，尤其是在注射和传递模塑制品中的应用，是其他增强材料无法比拟的。金属纤维金属纤维又称金属细丝，包括不锈钢纤维、铝纤维、镀镍的玻璃纤维或碳纤维。这类纤维主要应用于抗静电、导电类的复合材料中，不太适合作为增强成分，而且在加工过程中很容易发生卷曲。但在复合材料中加入低含量的金属纤维（通常为5%~10%)，不仅能够获得令人满意的电磁屏蔽性能，力学性能也基本能够满足要求，而它们的韧性和模量通常都低于传统的碳纤维或玻璃纤维增强复合材料。与碳纤维相比，金属纤维用于电磁屏蔽的优势在于单位表面电阻率所耗的成本较低。目前，不锈钢纤维是使用最广泛的金属纤维。陶瓷纤维陶瓷纤维是一种以二氧化二铝和二氧化硅为主要成分的无机纤维。作为塑料的增强材料，最突出的优点是耐高温和耐腐蚀性好、导热性和热膨胀性小、弹性模量高、化学稳定性好等。拉伸强度和玻璃纤维相当，弹性模量比玻璃纤维高4~6倍。主要用于具有特殊要求的工程塑料中，如化工设备中的部件、制动部件的衬里等。混杂纤维混杂纤维增强指两种短纤维混杂或两种长丝单向增强，也可以是两种不同纤维组成的包芯复合纱作增强材料，然后再与一种树脂基体复合。包芯复合纱可以是玻璃纤维-聚酯纤维、碳纤维-聚醚醚酮纤维、碳纤维-液晶聚合物纤维等。混杂纤维增强复合材料除了具有单一纤维的特点外，还有一些特殊的性能，可满足不同的应用需要。复合增强材料复合增强材料是指