复合材料-第三章-3.ppt

1、一纤维,(四)无机纤维,2、特种玻璃纤维 2.1 高强度及高模量玻璃纤维 2.2 耐高温玻璃纤维 2.3 空心玻璃纤维,石英纤维的具有五个方面的性能：, 软化温度高 一般玻璃纤维的软化温度只有550-580 ，而石英纤维的软化温度可达1250 以上。, 膨胀系数小 室温下，石英纤维的膨胀系数为5 10 7/，当温度升高到1200 时、仅增大为11 10 -7 / ，为普通玻璃纤维的1/10-1/20。 石英纤维加热到800-1000 后，用水冷却，性能无损伤。, 电性能好 石英纤维在高温下的电绝缘性能良好，其导电率只有 10-16 -1.cm 1，为一般纤维的干分之一至万分之一。, 石英纤维能

2、耐100-200浓酸的浸蚀，但耐碱及碱性盐的能力差些。 石英纤维在250-4700 um的光谱区内，有较高的透光率。 石英纤维广泛用在电机制造、光通讯、火箭及原子反应堆工程等方面。,()铝硅酸盐玻璃纤维 铝硅酸盐玻璃纤维是以高岭土、铝矾土、蓝晶石等为原料，在高频炉、电弧炉或其它高温炉中熔化，用吹制法制成的玻璃纤维。 吹制法制成的纤维较短，可以捻丝成线，但强度较低。,铝硅酸盐玻璃纤维的化学组成特点是A12O3占50以上，其熔化温度为1760，最高使用温度为1260。 铝硅酸盐玻璃纤维的主要用途是作绝缘材料和隔热材料，多用于火箭、喷气发动机、原子反应堆等。,2.3 空心玻璃纤维 空心玻璃纤维是采用

3、铝硼硅酸盐玻璃原料，用特制拔丝炉拔丝制成。 空心玻璃纤维呈中空状态，质轻、刚性好，制成玻璃钢制品比一般的轻10以上，而且弹性模量较高，适用于航空与海底装备。,3、碳纤维 3.1 概 述 碳纤维（Carbon Fibre, CF或Cf）的开发历史可追溯到19世纪末期 1860年,斯旺制作碳丝灯泡;1878年,以棉纱试制碳丝 1879年,美国科学家爱迪生以油烟、焦油、棉纱、竹丝试制碳丝，持续照明45小时 而真正作为有使用价值并规模生产的碳纤维，则出现在二十世纪50年代末期。,碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳，是一种非金属材料。 碳纤维不属于有机纤维范畴，但从制备方法上看，它又不

4、同于普通无机纤维。,碳纤维性能: a.重量轻、比强度大、模量高、耐热性高； b.化学稳定性好，除硝酸等少数强酸外，几乎对所有药 品均稳定；碳纤维对碱也稳定; c.碳纤维制品具有非常优良的X射线透过性，阻止中子透 过性，还可赋予塑料以导电性和导热性; d.以碳纤维为增强剂的复合材料具有比钢强、比铝轻的特 性，是一种目前最受重视的高性能材料之一。它在航空 航天、军事、工业、体育器材等许多方面有广泛的用途,3.2碳纤维的分类,(1) 根据碳纤维的性能分类 A. 高性能碳纤维 在高性能碳纤维中，有高强度碳纤维、高模量碳纤 维、中模量碳纤维等。 B. 低性能碳纤维 耐火纤维、碳质纤维、石墨纤维等。,(2

5、) 根据原丝类型分类 A.聚丙烯腈基纤维； B.粘胶基碳纤维； C.沥青基碳纤维； D.木质素纤维基碳纤维； E.其他有机纤维基(各种天然纤维、再生纤维、缩 合多环芳香族合成纤维)碳纤维。,(3) 根据碳纤维功能分类 A.受力结构用碳纤维 B.耐焰碳纤维 C.活性碳纤维(吸附活性) D.导电用碳纤维 E.润滑用碳纤维 F.耐磨用碳纤维,3.3碳纤维的制造 碳纤维是一种以碳为主要成分的纤维状材料。它不同于有机纤维或无机纤维，不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能以有机物为原料，采用间接方法制造。 碳纤维制造方法可分为两种类型，即气相法和有机纤维碳化法。,气相法:在惰性气氛中，小分子有机物(如烃或芳烃

6、等)在 高温下沉积成纤维。 用这种方法只能制造晶须或短纤维，不能制造连 续长丝。,有机纤维碳化法:将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤 维；在惰性气氛中，于高温下进行焙烧碳 化，使有机纤维失去部分碳和其它非碳原 子，形成以碳为主要成分的纤维状物。 可以制造连续长纤维,制备碳纤维的条件: 加热时不熔融，可牵伸，且碳纤 维产率高。,制作碳纤维的主要原材料：人造丝(粘胶纤维)； 聚丙烯腈(PAN) 纤维； 沥青。,制造碳纤维的过程：,拉丝,牵伸,稳定,碳化,石墨化,A. 拉丝 湿法、干法或者熔融状态法均可,B. 牵伸 在室温以上，通常是100-300 范围内进行。 W.Watt首先发现结晶定向纤维的拉

7、伸效应，而且这种 效应控制着最终纤维的模量。,牵伸：在纺纱中把纤维集合体（如条子、粗纱等）有规律地牵长变细，是梳理以后进一步松解和集合的过程,牵伸机,C. 稳定 通过400 加热氧化的方法。 400 的氧化阶段是A. Shindos 最近在工艺上做出的贡 献。它显著地降低所有的热失重，并因此保证高度石墨 化和取得更好的性能。,D. 碳化:在1000-2000 范围内进行。 E. 石墨化: 在2000-3000 范围内进行。,3. 4 碳纤维的结构与性能,(1) 结构与力学性能 材料的性能主要决定于材料的结构。结构有两方面的含义，一是化学结构，二是物理结构。,碳纤维的结构决定于原丝结构与碳化工艺。 对有机纤维进行预氧化、碳化等工艺处理的目的是，