复合材料增强材料PPT课件.ppt

第第2章章 增强材料增强材料2.1 概概 述述增强材料：增强材料：能提高基体材料力学性能的物质能提高基体材料力学性能的物质 增强材料是复合材料的主要组成部分，增强材料是复合材料的主要组成部分，它起着提高树脂基体的它起着提高树脂基体的强度强度、、模量模量、、耐热耐热和和耐磨耐磨等性能的作用；同时，增强材料能等性能的作用；同时，增强材料能减少复合材料成型过程中的减少复合材料成型过程中的收缩率收缩率，提高，提高制品制品硬度硬度等作用 从物理形态分：有纤维状增强材料、片状增强材料、颗粒状增强材料等玻璃纤维、碳纤维、芳伦纤维等这是因为纤维状材料的拉伸强度和拉伸弹性模量比同一块状材料要大几个数量级用纤维材料对基体材料进行增强可得到高强度、高模量的复合材料表表2-1 常用金属丝和非金属纤维增强材料的性质常用金属丝和非金属纤维增强材料的性质 作为聚合物基作为聚合物基CM的增强材料的增强材料基本特征基本特征：：v1. 增强材料应具有能明显提高树脂基体某增强材料应具有能明显提高树脂基体某种所需特性的性能，如高的种所需特性的性能，如高的比强度比强度、、比模比模量量、、高导热性高导热性、、耐热性耐热性、、低热膨胀性低热膨胀性等，等，以便赋予树脂基体某种所需的特性和综合以便赋予树脂基体某种所需的特性和综合性能。

性能v2. 增强材料应具有良好的增强材料应具有良好的化学稳定性化学稳定性在树脂基复合材料制备和使用过程中其组织树脂基复合材料制备和使用过程中其组织结构和性能不发生明显的变化和退化结构和性能不发生明显的变化和退化v3. 与树脂有良好的浸润性和适当的与树脂有良好的浸润性和适当的界面反界面反应应，使增强材料与基体树脂有良好的，使增强材料与基体树脂有良好的界面界面结合结合 v4. 价格低廉价格低廉玻璃纤维及其制品玻璃纤维及其制品v玻璃纤维的发展现况玻璃纤维的发展现况 使用量最大的增强纤维使用量最大的增强纤维 主要特点主要特点是：采用是：采用池窑拉丝池窑拉丝新技术；大力发展新技术；大力发展多排多孔多排多孔拉丝工艺；用于玻璃纤维增强塑料的纤维直径逐渐向粗拉丝工艺；用于玻璃纤维增强塑料的纤维直径逐渐向粗的方向发展，纤维直径为的方向发展，纤维直径为14～～24μm，甚至达到，甚至达到27μm；大；大量生产无碱纤维；大力发展无纺织玻璃纤维织物，无捻量生产无碱纤维；大力发展无纺织玻璃纤维织物，无捻粗纱的短切纤维毡片所占比例增加；重视纤维粗纱的短切纤维毡片所占比例增加；重视纤维-树脂树脂界面界面的研究，新的研究，新型偶联剂型偶联剂不断出现，玻璃纤维的前处理受到不断出现，玻璃纤维的前处理受到重视。

重视 v 玻璃纤维的分类玻璃纤维的分类 玻璃纤维的分类方法很多一般按玻璃纤维的分类方法很多一般按玻璃原料成分玻璃原料成分、单、单丝丝直径直径、纤维、纤维外观外观及纤维及纤维特性特性等方面进行分类等方面进行分类v1. 以玻璃原料以玻璃原料成分成分分类分类 这种分类方法用于连续玻璃纤维的分类以不同的这种分类方法用于连续玻璃纤维的分类以不同的含含碱量碱量来区分：来区分： ①① 无碱无碱玻璃纤维玻璃纤维( 通称通称E玻纤）：国内目前规定碱金属氧玻纤）：国内目前规定碱金属氧化物含量化物含量不大于不大于0.5%，国外一般为，国外一般为1%左右是以钙铝硼左右是以钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维，此纤维强度较高，耐热性和电硅酸盐组成的玻璃纤维，此纤维强度较高，耐热性和电性能优良，能抗大气侵蚀，化学稳定性好（但不耐酸），性能优良，能抗大气侵蚀，化学稳定性好（但不耐酸），最大的特点是电性能好，因此有时称为电气玻璃最大的特点是电性能好，因此有时称为电气玻璃 ②② 中碱中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量为玻璃纤维：碱金属氧化物含量为11.5%～～12.5%；；此纤维主要是耐酸性好，但强度不如此纤维主要是耐酸性好，但强度不如E玻璃纤维高，主要玻璃纤维高，主要用于耐腐蚀领域，价格较便宜。

用于耐腐蚀领域，价格较便宜 ③③ 特种特种玻璃纤维：由纯玻璃纤维：由纯镁铝硅三元组成镁铝硅三元组成的高强度玻璃纤的高强度玻璃纤维，镁铝硅系高强、高弹玻璃纤维，硅铝钙镁系耐化学维，镁铝硅系高强、高弹玻璃纤维，硅铝钙镁系耐化学介质腐蚀玻璃纤维、含铅纤维、高硅氧纤维、石英纤维介质腐蚀玻璃纤维、含铅纤维、高硅氧纤维、石英纤维等 v2. 以单丝以单丝直径直径分类分类 玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分：玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分： 粗粗纤维（纤维（30μm）；）； 初级初级纤维（纤维（20μm）；）； 中级中级纤维（纤维（10～～20μm)；； 高级高级纤维（纤维（3～～ 10μm，亦称为纺织纤维）；，亦称为纺织纤维）； 超细超细纤维（直径小于纤维（直径小于4μm） 单丝单丝直径直径的不同，不仅使纤维的性能有差异，而且影响的不同，不仅使纤维的性能有差异，而且影响到纤维的生产工艺、产量和成本一般到纤维的生产工艺、产量和成本一般5～～10μm纤维作为纤维作为纺织制品使用；纺织制品使用；10～～14μm的纤维一般做无捻粗纱、无纺的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等较为适宜。

布、短切纤维毡等较为适宜v3. 以纤维以纤维外观外观分类分类 有有连续连续纤维，其中有纤维，其中有无捻无捻粗纱及粗纱及有捻有捻粗纱（用于纺粗纱（用于纺织）、织）、短切短切纤维、纤维、空心空心玻璃纤维、玻璃纤维、玻璃粉及磨细玻璃粉及磨细纤维等v4. 以纤维以纤维特性特性分类分类 根据纤维本身具有的性能可分为：根据纤维本身具有的性能可分为： 高强度玻璃纤维、高模量玻璃纤维、高强度玻璃纤维、高模量玻璃纤维、 耐高温玻璃纤维、耐碱玻璃纤维、耐高温玻璃纤维、耐碱玻璃纤维、 耐酸玻璃纤维、普通玻璃纤维（指无碱及中碱纤维）耐酸玻璃纤维、普通玻璃纤维（指无碱及中碱纤维）v玻璃纤维的结构及化学组成玻璃纤维的结构及化学组成v1. 玻璃纤维的玻璃纤维的物态物态 玻璃纤维是纤维状的玻璃玻璃是无色透明具有光玻璃纤维是纤维状的玻璃玻璃是无色透明具有光泽的脆性固体，它是熔融态过冷时，因粘度增加而具有泽的脆性固体，它是熔融态过冷时，因粘度增加而具有固体物理机械性能的无定形物体，属于固体物理机械性能的无定形物体，属于各向同性的均质各向同性的均质材料。

材料 玻璃无固定的熔点，随着温度的升高，逐渐由固体玻璃无固定的熔点，随着温度的升高，逐渐由固体变为液体，其软化温度范围较宽变为液体，其软化温度范围较宽 v2. 玻璃纤维的结构玻璃纤维的结构 微晶结构微晶结构假说：玻璃是由硅酸盐或二氧化硅假说：玻璃是由硅酸盐或二氧化硅的的“微晶子微晶子”所组成，所组成， “微晶子微晶子”在结构在结构上是高度变形的晶体，在上是高度变形的晶体，在“微晶子微晶子”之间由之间由无定形中间层隔离，即由硅酸盐过冷溶液所无定形中间层隔离，即由硅酸盐过冷溶液所填充 网络结构网络结构假说：由二氧化硅四面体，铝氧假说：由二氧化硅四面体，铝氧四面体或硼氧三面体相互连成不规则的四面体或硼氧三面体相互连成不规则的三维三维网络网络，网络间的空隙由，网络间的空隙由Na+、、K+、、Ca2+、、Mg2+等阳离子所填充二氧化硅四面体的等阳离子所填充二氧化硅四面体的三维网状结构是决定玻璃性能的基础，填充三维网状结构是决定玻璃性能的基础，填充的的Na+、、K+等阳离子为等阳离子为网络改性物网络改性物v3. 玻璃纤维的玻璃纤维的化学组成化学组成 化学组成主要是：化学组成主要是： SiO2 、、 B2O3 、、CaO、、Al2O3等，等， 硅酸盐硅酸盐玻璃：以玻璃：以SiO2为主为主 硼酸盐硼酸盐玻璃：以玻璃：以B2O3为主为主 Na2O、、K2O:助熔氧化物，可助熔氧化物，可降低降低玻璃的玻璃的熔化温度熔化温度和和粘度粘度，使玻璃熔液中的气泡容易排除，通过破坏玻璃骨，使玻璃熔液中的气泡容易排除，通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，达到助熔的目的。

架，使结构疏松，达到助熔的目的 Na2O 、、 Al2O3的含量越高，玻璃纤维的的含量越高，玻璃纤维的强度、电绝强度、电绝缘性能和化学稳定性缘性能和化学稳定性都会相应的都会相应的降低降低 CaO 、、 Al2O3等，能在一定条件下构成玻璃网络的一等，能在一定条件下构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的部分，改善玻璃的某些性质和工艺性能某些性质和工艺性能；； CaO取代取代SiO2，可降低拉丝温度；，可降低拉丝温度； Al2O3可提高耐水性可提高耐水性v玻璃纤维的物理性能玻璃纤维的物理性能 玻璃纤维具有一系列优异性能，玻璃纤维具有一系列优异性能，拉伸强度高拉伸强度高，，防火防火、、防霉、防蛀、耐高温和电绝缘性能好防霉、防蛀、耐高温和电绝缘性能好等 缺点缺点：具有：具有脆性脆性，，不耐腐蚀不耐腐蚀，对人的皮肤有刺激性等对人的皮肤有刺激性等v1．外观与比重．外观与比重 玻璃纤维表面呈光滑的圆柱，其横断面几乎是完整的玻璃纤维表面呈光滑的圆柱，其横断面几乎是完整的圆形玻璃纤维直径从～圆形。

玻璃纤维直径从～30μm，大多数为，大多数为4～～14μm其密度为密度为～～ g/cm3，与铝几乎一样与铝几乎一样 v2．玻璃纤维的．玻璃纤维的力学性能力学性能 块状玻璃的强度不高，很易被破坏，当块状玻璃的强度不高，很易被破坏，当将玻璃拉成玻璃纤维后，不仅变得具有柔将玻璃拉成玻璃纤维后，不仅变得具有柔曲性，而且强度也大大提高曲性，而且强度也大大提高 (1) 玻璃纤维的拉伸性能玻璃纤维的拉伸性能 拉伸强度高比同成分的块状玻璃高几十拉伸强度高比同成分的块状玻璃高几十倍一般玻璃制品的拉伸强度只有倍一般玻璃制品的拉伸强度只有40～～100MPa，而直径，而直径3～～9μm的玻璃纤维拉伸的玻璃纤维拉伸强度则高达强度则高达1500～～4000MPa比一般合成比一般合成纤维高约纤维高约10倍，比合金钢还高倍，比合金钢还高2倍v 玻璃纤维玻璃纤维高强高强的原因：（微裂纹假说微裂的原因：（微裂纹假说微裂纹），玻璃的理论强度取决于分子或原子间的纹），玻璃的理论强度取决于分子或原子间的引力，其理论强度很高，可达到引力，其理论强度很高，可达到2000～～12000MPa但实测强度很低。

原因：在玻璃但实测强度很低原因：在玻璃或玻璃纤维中存在着数量不等，尺寸不同的或玻璃纤维中存在着数量不等，尺寸不同的微微裂纹裂纹，因而大大降低了它的强度微裂纹分布，因而大大降低了它的强度微裂纹分布在玻璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的在玻璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹危害最大由于微裂纹的存在，使玻璃微裂纹危害最大由于微裂纹的存在，使玻璃在外力作用下在外力作用下受力不均受力不均，在危害最大的微裂纹，在危害最大的微裂纹处，产生处，产生应力集中应力集中，从而使强度下降玻璃纤，从而使强度下降玻璃纤维比玻璃的强度高得多，这是因为玻璃纤维高维比玻璃的强度高得多，这是因为玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均匀性，使微裂温成型时减少了玻璃溶液的不均匀性，使微裂纹产生的机会减少此外，玻璃纤维的纹产生的机会减少此外，玻璃纤维的断面较断面较小小，使微裂纹存在的几率也减少，从而减少应，使微裂纹存在的几率也减少，从而减少应力集中，使纤维强度增高力集中，使纤维强度增高 v 影响玻璃纤维强度的因素很多，主要有以下几点：影响玻璃纤维强度的因素很多，主要有以下几点：①① 纤维纤维直径和长度直径和长度。

一般情况，玻璃纤维的直径越细，拉一般情况，玻璃纤维的直径越细，拉伸强度越高玻璃纤维的拉伸强度和长度有关，随着纤伸强度越高玻璃纤维的拉伸强度和长度有关，随着纤维长度的增加，拉伸强度显著下降维长度的增加，拉伸强度显著下降 直径和长度对玻璃纤维的拉伸强度影响，可以用微直径和长度对玻璃纤维的拉伸强度影响，可以用微裂纹假说来解释主要是因为随着纤维直径和长度的减裂纹假说来解释主要是因为随着纤维直径和长度的减小，纤维中的微裂纹会相应减少，从而提高了纤维强度小，纤维中的微裂纹会相应减少，从而提高了纤维强度②② 化学组成化学组成：一般来说，含碱量越高，强度越低这是因：一般来说，含碱量越高，强度越低这是因为高强和无碱纤维由于成型温度高、硬化速度快、结构为高强和无碱纤维由于成型温度高、硬化速度快、结构键能大v③③ 存放时间存放时间-纤维的老化：当纤维存纤维的老化：当纤维存放一段时间后，会出现强度下降的现放一段时间后，会出现强度下降的现象这主要取决于纤维对大气水分的象这主要取决于纤维对大气水分的化学稳定性化学稳定性v④④ 施加负荷时间施加负荷时间-纤维的疲劳：纤维纤维的疲劳：纤维强度随施加负载时间的增加而降低。

强度随施加负载时间的增加而降低其原因在于吸附作用的影响，即水分其原因在于吸附作用的影响，即水分吸附并渗透到纤维裂纹中，在外力作吸附并渗透到纤维裂纹中，在外力作用下，加速裂纹的扩展用下，加速裂纹的扩展v⑤⑤ 玻璃纤维：玻璃硬化速度越快，拉玻璃纤维：玻璃硬化速度越快，拉直的纤维强度也越高直的纤维强度也越高v (2) 玻璃纤维的玻璃纤维的弹性弹性 ①① 玻璃纤维的玻璃纤维的延伸率延伸率，比其他有机纤维的，比其他有机纤维的延伸率低，延伸率低，3 %左右；左右； ②② 玻璃纤维的玻璃纤维的弹性模量弹性模量，约为，约为7×104 MPa，与铝相当，只有普通钢的三分之一，致使，与铝相当，只有普通钢的三分之一，致使复合材料的刚度较低对玻璃纤维的弹性模复合材料的刚度较低对玻璃纤维的弹性模量起主要作用的是其化学组成加入氧化铍、量起主要作用的是其化学组成加入氧化铍、氧化镁能够提高玻璃纤维的弹性模量含氧氧化镁能够提高玻璃纤维的弹性模量含氧化铍的高弹玻璃纤维其弹性模量比无碱玻璃化铍的高弹玻璃纤维其弹性模量比无碱玻璃纤维提高纤维提高60%它取决于玻璃纤维的结构本它取决于玻璃纤维的结构本身，与直径大小、磨损程度等无关。

身，与直径大小、磨损程度等无关 v3．玻璃纤维．玻璃纤维耐磨性和耐折性耐磨性和耐折性 玻璃纤维抵抗摩擦的能力和抵抗折断的能力玻璃纤维抵抗摩擦的能力和抵抗折断的能力都很差吸附水分后，这两个性能还会降低吸附水分后，这两个性能还会降低纤维的柔性一般以断裂前的弯曲半径大小表示，纤维的柔性一般以断裂前的弯曲半径大小表示，弯曲半径越小，柔性越好弯曲半径越小，柔性越好v4．玻璃纤维的．玻璃纤维的热性能热性能 玻璃的导热系数为～玻璃的导热系数为～1.千卡千卡/米米·度度·时，但拉时，但拉制成纤维后，其导热系数只有千卡制成纤维后，其导热系数只有千卡/米米·度度·时其原因主要是纤维间的空隙较小，容量较小所其原因主要是纤维间的空隙较小，容量较小所致，因为空气导热系数低致，因为空气导热系数低 玻璃纤维耐热性较高，软化点为玻璃纤维耐热性较高，软化点为550～～580℃，膨胀系数为，膨胀系数为 4.8×10-6 ℃玻璃纤维不会引玻璃纤维不会引起燃烧，将玻璃纤维加温直到某一强度界限以起燃烧，将玻璃纤维加温直到某一强度界限以前，强度基本不变前，强度基本不变 v5．玻璃纤维的．玻璃纤维的电性能电性能 大部分玻璃纤维同玻璃一样，在外电场作用下，由于大部分玻璃纤维同玻璃一样，在外电场作用下，由于玻璃纤维内的离子产生迁移而导电。

玻璃纤维的导电玻璃纤维内的离子产生迁移而导电玻璃纤维的导电主要取决于主要取决于化学组成、温度和湿度化学组成、温度和湿度无碱纤维电绝缘无碱纤维电绝缘性能比有碱纤维优越，主要是因为无碱纤维中金属离性能比有碱纤维优越，主要是因为无碱纤维中金属离子少的缘故碱金属离子越多，电绝缘性能越差空子少的缘故碱金属离子越多，电绝缘性能越差空气湿度对玻璃纤维的电阻率影响很大，湿度增加，电气湿度对玻璃纤维的电阻率影响很大，湿度增加，电阻率下降阻率下降 v6．玻璃纤维及制品的．玻璃纤维及制品的光学光学性能性能 玻璃是优良的透光材料，但制成玻璃纤维后，其透光玻璃是优良的透光材料，但制成玻璃纤维后，其透光性远不如玻璃性远不如玻璃v玻璃纤维的玻璃纤维的化学性能化学性能v1. 侵蚀介质对玻璃纤维制品的腐蚀情况侵蚀介质对玻璃纤维制品的腐蚀情况 根据网络结构假说，二氧化硅四面体相互连接构成根据网络结构假说，二氧化硅四面体相互连接构成玻璃纤维的骨架，它很难与水、酸（玻璃纤维的骨架，它很难与水、酸（H3PO3、、HF除除外）起反应；在玻璃纤维结构中还有钠、钾、钙等金外）起反应；在玻璃纤维结构中还有钠、钾、钙等金属离子及二氧化硅与金属离子结合的硅酸盐部分。

当属离子及二氧化硅与金属离子结合的硅酸盐部分当侵蚀介质与玻璃纤维制品作用时，多数是溶解玻璃纤侵蚀介质与玻璃纤维制品作用时，多数是溶解玻璃纤维结构中的金属离子或破坏硅酸盐部分；对于浓碱溶维结构中的金属离子或破坏硅酸盐部分；对于浓碱溶液、氢氟酸、磷酸等，将使玻璃纤维结构全部溶解液、氢氟酸、磷酸等，将使玻璃纤维结构全部溶解v2. 影响玻璃纤维化学稳定性的因素影响玻璃纤维化学稳定性的因素①① 玻璃纤维的玻璃纤维的化学成分化学成分 中碱中碱玻璃纤维对酸的稳定性较高，但对水的稳定玻璃纤维对酸的稳定性较高，但对水的稳定性是较差的；性是较差的；无碱无碱玻璃纤维耐酸性较差，但耐水性玻璃纤维耐酸性较差，但耐水性较好；中碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维弱碱液侵蚀的较好；中碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维弱碱液侵蚀的性能相近性能相近 玻璃纤维的化学稳定性主要取决于其化学成分中玻璃纤维的化学稳定性主要取决于其化学成分中的二氧化硅及碱金属氧化物的含量的二氧化硅及碱金属氧化物的含量 SiO2含量含量越多玻璃纤维的越多玻璃纤维的化学稳定性越高化学稳定性越高，而而碱碱金属氧化物金属氧化物则会使化学则会使化学稳定性降低稳定性降低。

v②② 玻璃纤维玻璃纤维表面表面情况对化学稳定性影响情况对化学稳定性影响 玻璃是一种非常好的耐腐蚀材料，但拉制成玻璃纤玻璃是一种非常好的耐腐蚀材料，但拉制成玻璃纤维后，其性能远不如玻璃主要是由于玻璃纤维的维后，其性能远不如玻璃主要是由于玻璃纤维的比表面积大的原因玻璃纤维直径对化学稳定性的比表面积大的原因玻璃纤维直径对化学稳定性的影响大，随着纤维的直径的减小，其化学稳定性也影响大，随着纤维的直径的减小，其化学稳定性也降低v③③ 侵蚀侵蚀介质温度介质温度对玻璃纤维化学稳定性的影响对玻璃纤维化学稳定性的影响 温度对玻璃纤维的化学稳定性有很大影响，在温度对玻璃纤维的化学稳定性有很大影响，在100℃℃以下时，温度每升高以下时，温度每升高10℃℃，纤维在介质侵蚀下的破，纤维在介质侵蚀下的破坏速度增加坏速度增加50%～～100%当温度升高到当温度升高到100℃℃以上以上时，破坏作用将更剧烈时，破坏作用将更剧烈v2.2.6 玻璃纤维及其制品玻璃纤维及其制品v1．玻璃纤维的生产工艺．玻璃纤维的生产工艺 目前生产玻璃纤维应用最广泛的方法有目前生产玻璃纤维应用最广泛的方法有坩埚法坩埚法拉拉丝和丝和池窑漏板池窑漏板法拉丝两种。

法拉丝两种1））坩埚法坩埚法拉丝工艺拉丝工艺 坩埚法拉丝是较常用的方法坩埚法拉丝是较常用的方法 生产生产工艺工艺：：制球制球、、拉丝拉丝和和纺织纺织两部分组成两部分组成 主要主要设备设备：：玻璃熔窑、喂料机和制球玻璃熔窑、喂料机和制球制球工艺是制球工艺是根据纤维质量要求将制球原料按一定比例混合后装根据纤维质量要求将制球原料按一定比例混合后装入熔窑熔制成玻璃液，玻璃液流经制球机制成玻璃入熔窑熔制成玻璃液，玻璃液流经制球机制成玻璃球供拉丝用球供拉丝用  （（2））池窑漏板法池窑漏板法拉丝工艺拉丝工艺 生产连续玻璃纤维一种工艺方法池窑拉丝生产连续玻璃纤维一种工艺方法池窑拉丝是将玻璃配合料投入熔窑，熔化后直接拉制是将玻璃配合料投入熔窑，熔化后直接拉制成各种支数的连续玻璃纤维成各种支数的连续玻璃纤维 优点：优点：节省制球工艺，简化工艺流程，效率节省制球工艺，简化工艺流程，效率高；池窑拉丝一窑可安装高；池窑拉丝一窑可安装10块到上百块漏板，块到上百块漏板，容量大，生产能力高；由于一窑多块漏板拉容量大，生产能力高；由于一窑多块漏板拉丝，因此对窑温、液面、压力、流量和漏板丝，因此对窑温、液面、压力、流量和漏板温度可以集中自动控制玻璃温度，产品质量温度可以集中自动控制玻璃温度，产品质量稳定，减少断头、飞丝，为高速拉丝生产自稳定，减少断头、飞丝，为高速拉丝生产自动化提供了有利条件；适于多孔大漏板生产动化提供了有利条件；适于多孔大漏板生产玻璃钢适用的粗纤维；生产的废纱便于回炉。

玻璃钢适用的粗纤维；生产的废纱便于回炉v2．玻璃纤维纱的制造．玻璃纤维纱的制造 分为分为加捻纱加捻纱和和无捻纱无捻纱 加捻纱加捻纱：经过：经过退绕、加捻、并股、络纱退绕、加捻、并股、络纱而制成的玻璃而制成的玻璃纤维纱；纤维纱； 无捻纱：无捻纱：不经过退绕、加捻，直接并股、络纱而成不经过退绕、加捻，直接并股、络纱而成 有捻纱一般是以有捻纱一般是以石蜡乳剂作为浸润剂石蜡乳剂作为浸润剂；无捻纱一；无捻纱一般用般用聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯作浸润剂作浸润剂v3．玻璃纤维纱的．玻璃纤维纱的规格及性能规格及性能 纤维纤维直径、支数及股数直径、支数及股数不同，使无捻不同，使无捻纱和有捻纱的规格有许多种纤维支数纱和有捻纱的规格有许多种纤维支数有两种表示方法：有两种表示方法：● ●定量法定量法 是用质量为是用质量为1克的原纱的长度来克的原纱的长度来表示，即：表示，即： 如，如，40支纱，即是指质量为支纱，即是指质量为1克的原纱克的原纱长长40米 ● 定长法定长法 ：： 通称通称“TEX”（公制号数）是指（公制号数）是指1000米长米长的原纱克质量。

如，的原纱克质量如，4“TEX”是指是指1000米原纱质量为米原纱质量为4克 ● ● 捻度捻度：指单位长度内纤维与纤维之间所加的：指单位长度内纤维与纤维之间所加的转数转数，以捻，以捻/米为单位有米为单位有Z捻和捻和S捻捻Z捻为左捻，顺时针方向加捻为左捻，顺时针方向加捻；捻；S捻为右捻，是逆时针方向加捻通过加捻可提捻为右捻，是逆时针方向加捻通过加捻可提高纤维的抱合力，有利于纺织工序，但捻度过大不易高纤维的抱合力，有利于纺织工序，但捻度过大不易被树脂浸透被树脂浸透v玻璃纤维的玻璃纤维的表面处理表面处理v1．表面处理的．表面处理的意义意义 表面处理：在玻璃纤维表面覆一种表面处理剂，使表面处理：在玻璃纤维表面覆一种表面处理剂，使玻璃纤维与合成树脂牢固地粘结在一起，达到提高玻玻璃纤维与合成树脂牢固地粘结在一起，达到提高玻璃钢性能的目的表面处理剂处于玻璃纤维与合成树璃钢性能的目的表面处理剂处于玻璃纤维与合成树脂之间，所以也叫做脂之间，所以也叫做“偶联剂偶联剂”、或、或“架桥剂架桥剂”这种连接作用可称为种连接作用可称为“偶联作用偶联作用”或或“架桥作用架桥作用”v2．表面处理剂种类．表面处理剂种类 有机铬、有机硅和钛酸酯有机铬、有机硅和钛酸酯三大类。

三大类 有机铬处理剂有机铬处理剂：：“沃兰（沃兰（Volan））”，甲基丙烯，甲基丙烯酸氯化铬化合物酸氯化铬化合物 有机硅有机硅处理剂：结构通式为处理剂：结构通式为RnSiX4-nR是有机是有机基团，含有能与合成树脂作用形成化学键的活性基团，含有能与合成树脂作用形成化学键的活性基团，如基团，如不饱和双键不饱和双键、、环氧环氧基团、氨基、基团、氨基、巯基巯基等等式中X是易于水解的基团，水解后能与玻璃作是易于水解的基团，水解后能与玻璃作用v3．表面．表面处理方法处理方法 后处理法、前处理法和迁移法后处理法、前处理法和迁移法 ①①后处理法后处理法：分两步 A：除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂，：除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂， B：经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺，：经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺，使玻璃纤维表面被覆上一层处理剂使玻璃纤维表面被覆上一层处理剂 主要特点主要特点：处理的各道工序都需要专门的设：处理的各道工序都需要专门的设备，投资较大，玻璃纤维强度损失大，但处备，投资较大，玻璃纤维强度损失大，但处理效果好，比较稳定理效果好，比较稳定。

 ②②前处理法前处理法：是适当改变浸润剂的配方，既能：是适当改变浸润剂的配方，既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的要求，又不满足拉丝、退并、纺织各道工序的要求，又不妨碍树脂对玻璃纤维的浸润和粘结将化学处妨碍树脂对玻璃纤维的浸润和粘结将化学处理剂加入到浸润剂中，前处理与后处理法比较，理剂加入到浸润剂中，前处理与后处理法比较，省去了复杂的处理工艺及设备，使用简便，避省去了复杂的处理工艺及设备，使用简便，避免了因热处理造成的玻璃纤维强度损失免了因热处理造成的玻璃纤维强度损失 ③③迁移法迁移法：是将化学处理剂直接加入到树脂胶：是将化学处理剂直接加入到树脂胶液中整体渗合，在浸胶同时将处理剂施于玻璃液中整体渗合，在浸胶同时将处理剂施于玻璃纤维上，借处理剂从树脂胶液至纤维表面的迁纤维上，借处理剂从树脂胶液至纤维表面的迁移作用而与表面发生作用，从而在树脂固化过移作用而与表面发生作用，从而在树脂固化过程中产生偶联作用程中产生偶联作用v特种玻璃纤维特种玻璃纤维1. 高强度玻璃纤维高强度玻璃纤维①① 高强度玻璃纤维高强度玻璃纤维 镁铝硅酸盐镁铝硅酸盐（（S）和）和硼硅酸盐硼硅酸盐 镁铝硅酸盐玻璃纤维也称镁铝硅酸盐玻璃纤维也称S玻璃纤维。

化学成玻璃纤维化学成分：分：SiO2 65%、、Al2O3 25%、、MgO 10% 硼硅酸盐高强度玻璃纤维的主要成分为：硼硅酸盐高强度玻璃纤维的主要成分为：SiO2 40%～～50%、、Al2O3 19%～～29%、、B2O 10%～～20%、、Li2O 0.1%～～1%v②② 高模量玻璃纤维高模量玻璃纤维 氧化铍具有大幅度提高玻璃纤维弹性模量的效应氧化铍具有大幅度提高玻璃纤维弹性模量的效应含铍的高弹玻璃纤维，例如美国的含铍的高弹玻璃纤维，例如美国的YM-31A玻璃（简称玻璃（简称M玻璃2.3 碳纤维碳纤维v概述概述 碳纤维碳纤维（（CF）：由有机纤维在）：由有机纤维在惰性气氛惰性气氛中经中经高高温碳化温碳化而成的纤维状聚合物碳，是一种非金属而成的纤维状聚合物碳，是一种非金属材料碳纤维性能优异，不仅重量轻、比强度材料碳纤维性能优异，不仅重量轻、比强度高、模量高，而且耐热性高以及化学稳定性好高、模量高，而且耐热性高以及化学稳定性好（除硝酸的少数强酸外，几乎对所有药品均稳（除硝酸的少数强酸外，几乎对所有药品均稳定，对碱也稳定其制品具有非常优良的定，对碱也稳定其制品具有非常优良的X射线射线透过性，阻止中子透过性，还可赋予塑料以导透过性，阻止中子透过性，还可赋予塑料以导电性电性和和导热导热性。

以碳纤维为增强体的复合材料性以碳纤维为增强体的复合材料具有比钢强比铝轻的特性具有比钢强比铝轻的特性v2.3.2 碳纤维碳纤维分类分类1. 根据碳纤维的根据碳纤维的性能性能分类分类（（1）高性能碳纤维（包括高强度碳纤维、高模量碳纤维、中）高性能碳纤维（包括高强度碳纤维、高模量碳纤维、中模量碳纤维等）；模量碳纤维等）；（（2）低性能碳纤维（包括耐火纤维、碳质纤维、石墨纤维等）低性能碳纤维（包括耐火纤维、碳质纤维、石墨纤维等）2. 根据根据原丝原丝类型分类类型分类（（1）聚丙烯腈基纤维；）聚丙烯腈基纤维；（（2）粘胶基碳纤维；）粘胶基碳纤维；（（3）沥青基碳纤维；）沥青基碳纤维；（（4）木质素纤维基碳纤维；）木质素纤维基碳纤维；（（5）其他有机纤维基（各种天然纤维、再生纤维、缩合多环）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）碳纤维芳香族合成纤维）碳纤维v3. 根据碳纤维根据碳纤维功能功能分类分类（（1）受力结构用碳纤维；）受力结构用碳纤维；（（2）耐焰碳纤维；）耐焰碳纤维；（（3）活性碳纤维（吸附活性）；）活性碳纤维（吸附活性）；（（4）导电用碳纤维；）导电用碳纤维；（（5）润滑用碳纤维；）润滑用碳纤维；（（6）耐磨用碳纤维。

耐磨用碳纤维v2.3.3 碳纤维的碳纤维的性能性能 碳纤维具有碳纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、耐低密度、高强度、高模量、耐高温、耐化学腐蚀、低电阻、高热传导系数、低热膨胀系数、化学腐蚀、低电阻、高热传导系数、低热膨胀系数、耐辐射耐辐射等优异的性能等优异的性能v1. 力学性能力学性能 碳纤维的拉伸性能与纤维碳纤维的拉伸性能与纤维形状形状有很大关系随纤维有很大关系随纤维形状不同，拉伸强度与模量出现不同的变化趋势，与形状不同，拉伸强度与模量出现不同的变化趋势，与圆形纤维相比，狗骨形截面纤维强度升高，模量也升圆形纤维相比，狗骨形截面纤维强度升高，模量也升高v2. 物理性质物理性质 碳纤维比重在～碳纤维比重在～2.0 g/cm3之间，与原丝结构和碳化温度之间，与原丝结构和碳化温度有关；膨胀系数有各向异性特点；碳纤维的比热为有关；膨胀系数有各向异性特点；碳纤维的比热为.0712 kJ；导热率有方向性；碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，；导热率有方向性；碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在在25℃时，高模量纤维为时，高模量纤维为775μΩ·cm，高强度碳纤维为，高强度碳纤维为1500μΩ·cm，且碳纤维电动势为正，与铝合金相反。

且碳纤维电动势为正，与铝合金相反v3. 化学性质化学性质 碳纤维的化学性质与碳很相似它除能被强氧化剂氧化碳纤维的化学性质与碳很相似它除能被强氧化剂氧化以外，对一般酸碱多是惰性的在不接触空气时，碳纤维以外，对一般酸碱多是惰性的在不接触空气时，碳纤维在高于在高于1500℃℃时强度才下降另外，碳纤维还有很好的耐时强度才下降另外，碳纤维还有很好的耐低温性能，还能耐油、抗放射、抗辐射、吸收有毒气体和低温性能，还能耐油、抗放射、抗辐射、吸收有毒气体和减速中子等特性减速中子等特性碳纤维的制造方法碳纤维的制造方法 依靠不同的原料和生产方法，可以产生出不同强度和模量的依靠不同的原料和生产方法，可以产生出不同强度和模量的碳纤维，热解法制造碳纤维的工艺基本步骤如下：碳纤维，热解法制造碳纤维的工艺基本步骤如下：1．．纤维化纤维化:聚合物熔化或溶解后制成纤维聚合物熔化或溶解后制成纤维2．．稳定稳定（氧化或热固化）（氧化或热固化）:通常在相对低的温度（通常在相对低的温度（200℃～～450℃）和空气中进行，这个过程使这些聚合物纤维在以后）和空气中进行，这个过程使这些聚合物纤维在以后高温中不被熔化。

高温中不被熔化3．．碳化碳化: 碳化一般在碳化一般在1000℃～～2000℃的惰性气体保护下（通常的惰性气体保护下（通常是是N2）进行，纤维经过碳化后，其含碳量一般已达到）进行，纤维经过碳化后，其含碳量一般已达到85％～％～99％4．．石墨化石墨化: 石墨化是在石墨化是在2500℃以上的氢气保护下进行，纤维在以上的氢气保护下进行，纤维在石墨化后，碳含量达到了石墨化后，碳含量达到了99％以上，同时纤维内分子排列具％以上，同时纤维内分子排列具有很高的定向程度有很高的定向程度 聚丙烯腈基碳纤维聚丙烯腈基碳纤维 v 聚丙烯腈（聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的制造工艺流程如下：）基碳纤维的制造工艺流程如下：v1. 聚丙烯腈基碳纤维的聚丙烯腈基碳纤维的制备制备 聚丙烯腈基碳纤维的制造包括聚丙烯腈基碳纤维的制造包括PAN纤维的制备纤维的制备、、PAN纤维纤维的的预氧化预氧化（温度（温度180℃℃～～380℃℃）、）、碳化碳化（温度为（温度为1500℃℃）和）和石墨化石墨化过程过程v（（1））PAN纤维的制备纤维的制备 PAN纤维的制备分为两个步骤，一是丙烯腈的纤维的制备分为两个步骤，一是丙烯腈的聚合聚合；二是；二是聚丙烯腈的聚丙烯腈的纺丝纺丝。

丙烯腈的聚合方法很多，自由基聚合主要有丙烯腈的聚合方法很多，自由基聚合主要有溶液聚合、乳溶液聚合、乳液聚合、悬浮聚合和本体聚合液聚合、悬浮聚合和本体聚合按聚合单体的配比可分为按聚合单体的配比可分为共共聚和均聚聚和均聚；按聚合所用的溶剂可分为；按聚合所用的溶剂可分为有机溶剂和无机溶剂有机溶剂和无机溶剂；；按聚合和纺丝工艺又可分为按聚合和纺丝工艺又可分为一步法和二步法一步法和二步法  ①① PAN纤维的纤维的预氧化预氧化：预氧化的目的是使热塑性：预氧化的目的是使热塑性PAN线型线型大分子链转化为非塑性耐热梯形结构，使其在碳化高温下不大分子链转化为非塑性耐热梯形结构，使其在碳化高温下不熔不燃，保持纤维形态，热力学处于稳定状态，最后转化为熔不燃，保持纤维形态，热力学处于稳定状态，最后转化为具有乱层石墨结构的碳纤维具有乱层石墨结构的碳纤维 聚丙烯腈纤维的预氧化程度对制备高性能碳纤维有着重聚丙烯腈纤维的预氧化程度对制备高性能碳纤维有着重大的影响，因此提出了各种控制预氧化程度的指标大的影响，因此提出了各种控制预氧化程度的指标 A 氧含量 B 残存氰基浓度。

残存氰基浓度 C 吸湿率 ②② 碳化碳化：：PAN原丝经预氧化处理后转化为耐热梯形结构，原丝经预氧化处理后转化为耐热梯形结构，再经低温碳化和高温碳化转化为具有乱层石墨结构的碳纤维再经低温碳化和高温碳化转化为具有乱层石墨结构的碳纤维 ③③ 石墨化石墨化：石墨化是指在高的热处理温度下由无定形、乱：石墨化是指在高的热处理温度下由无定形、乱层结构的碳材料向三维石墨结构转化层结构的碳材料向三维石墨结构转化 石墨化的石墨化的目的目的：为了获得高模量的石墨纤维或者高强、：为了获得高模量的石墨纤维或者高强、高模的高性能碳纤维高模的高性能碳纤维v（（2））PAN纤维生产中纤维生产中影响质量影响质量的因素的因素 ①① 杂质和灰尘杂质和灰尘对原丝质量的影响对原丝质量的影响 ②② 聚合物聚合物相对分子质量相对分子质量对碳纤维性能的影响随着相对分对碳纤维性能的影响随着相对分子质量的增大，表现为特性粘度加大，分子间范德华力增大，子质量的增大，表现为特性粘度加大，分子间范德华力增大，分子间不易滑移，相当于分子间形成了物理交联点，因此其分子间不易滑移，相当于分子间形成了物理交联点，因此其力学性能提高。

但相对分子质量也不应过高，否则粘度太大力学性能提高但相对分子质量也不应过高，否则粘度太大纺丝困难，得到的纤维易变脆纺丝困难，得到的纤维易变脆 ③③ 聚合物聚合物结晶度、分子取向度结晶度、分子取向度对碳纤维性能的影响聚合对碳纤维性能的影响聚合物的结晶度高，分子间排列紧密有序，孔隙率低，分子间相物的结晶度高，分子间排列紧密有序，孔隙率低，分子间相互作用增强，使链段不易运动，提高了聚合物的强度分子互作用增强，使链段不易运动，提高了聚合物的强度分子取向度的提高也可使碳纤维的强度提高，因为通过牵伸使分取向度的提高也可使碳纤维的强度提高，因为通过牵伸使分子沿轴向排列，使轴向抗拉强度提高但也应防止过度牵伸，子沿轴向排列，使轴向抗拉强度提高但也应防止过度牵伸，因为过度牵伸会造成碳纤维中产生裂纹和缺陷因为过度牵伸会造成碳纤维中产生裂纹和缺陷 v（（3）提高原丝质量的方法有以下几种：）提高原丝质量的方法有以下几种： ①① 丙烯腈单体丙烯腈单体原料纯度原料纯度要高，含杂质少聚合物相对分子要高，含杂质少聚合物相对分子质量控制在质量控制在8×104左右 ②② 纺丝液应纺丝液应多次脱泡过滤多次脱泡过滤，除去原料中气泡、粒子等杂质。

除去原料中气泡、粒子等杂质 ③③ 纺丝环境应纺丝环境应干净、清洁、灰尘少干净、清洁、灰尘少空气中灰尘也会造成原空气中灰尘也会造成原丝中的缺陷丝中的缺陷 ④④ 原丝生产中应注意提高其原丝生产中应注意提高其结晶度和取向度结晶度和取向度 v3. PAN基碳纤维的性能基碳纤维的性能碳纤维的应用与发展碳纤维的应用与发展v1. 在航空航天在航空航天领域的应用领域的应用 CF增强复合材料的增强复合材料的比强度高比强度高，可用于飞机机翼、，可用于飞机机翼、尾翼以及直升机桨叶各种宇宙飞行器、探测器、尾翼以及直升机桨叶各种宇宙飞行器、探测器、空间站和人造卫星等在太空轨道中飞行以及航天飞空间站和人造卫星等在太空轨道中飞行以及航天飞机和战略武器重返大气层需经苛刻的高温环境，在机和战略武器重返大气层需经苛刻的高温环境，在这种恶劣的环境中飞行比如洲际弹道导弹再入大这种恶劣的环境中飞行比如洲际弹道导弹再入大气层的温度高达气层的温度高达6600 ℃℃，任何金属材料都会化为灰，任何金属材料都会化为灰烬，只有碳烬，只有碳/碳复合材料仅烧蚀减薄，不会熔融碳复合材料仅烧蚀减薄，不会熔融v2．在．在汽车及交通运输汽车及交通运输 使汽车使汽车轻量化轻量化，，多功能多功能性。

性v3．在土木建筑．在土木建筑 其中纤维增强复合材料发展较快，因为其具有高其中纤维增强复合材料发展较快，因为其具有高比强度、高比模量、阻燃及耐腐蚀等性能以及导电、比强度、高比模量、阻燃及耐腐蚀等性能以及导电、电磁屏蔽等性能电磁屏蔽等性能 4．在．在医疗器械医疗器械和医用器材和医用器材 生物具有良好的组织生物具有良好的组织相容性相容性和和血液相容性血液相容性，可作，可作为人体为人体植入材料植入材料碳纤维具有碳纤维具有诱发组织再生诱发组织再生功能，功能，促进新生组织的再生并在植入碳纤维周围形成可促进新生组织的再生并在植入碳纤维周围形成可应用于应用于外伤包扎带外伤包扎带、医疗加热毯、灭菌除臭褥等医疗加热毯、灭菌除臭褥等v5．在体育娱乐器材．在体育娱乐器材 高档的羽毛球拍、网球拍、钓芳、高尔夫球棒和高档的羽毛球拍、网球拍、钓芳、高尔夫球棒和赛车等几乎都是用碳纤维复合材料制备的赛车等几乎都是用碳纤维复合材料制备的芳纶纤维（有机纤维）芳纶纤维（有机纤维）v2.4.1 概述概述 芳纶纤维结构中聚合物的主链由芳纶纤维结构中聚合物的主链由芳香环和酰胺基芳香环和酰胺基构成。

构成芳纶纤维有两大类：芳纶纤维有两大类：全芳族聚酰胺纤维全芳族聚酰胺纤维和和杂环芳族聚酰胺纤杂环芳族聚酰胺纤维维v芳纶纤维的制备芳纶纤维的制备 聚对苯二甲酰对苯二胺（聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA ）是以）是以对苯二甲酰氯或对对苯二甲酰氯或对苯二甲酸和对苯二胺苯二甲酸和对苯二胺为原料，在强极性溶剂（为原料，在强极性溶剂（N-甲基吡咯烷甲基吡咯烷酮）中，通过低温溶液缩聚或直接缩聚反应而得，其反应式酮）中，通过低温溶液缩聚或直接缩聚反应而得，其反应式如下：如下： 将缩聚反应制得的聚合物溶于浓硫酸中配成临界浓度以上将缩聚反应制得的聚合物溶于浓硫酸中配成临界浓度以上的溶致液晶纺丝液，纺丝后经洗涤、干燥或热处理，可以制的溶致液晶纺丝液，纺丝后经洗涤、干燥或热处理，可以制得各种规格的纤维得各种规格的纤维 v芳纶纤维的结构与性能芳纶纤维的结构与性能1. 力学性能力学性能 拉伸强度高，冲击性能好，断裂伸长可达拉伸强度高，冲击性能好，断裂伸长可达3%左右2. 热稳定性热稳定性 芳纶纤维有良好的热稳定性，耐火而不熔；当温度达芳纶纤维有良好的热稳定性，耐火而不熔；当温度达487℃时尚不熔化，但开始碳化；在高温作用下，它直时尚不熔化，但开始碳化；在高温作用下，它直至分解不发生变形，能在至分解不发生变形，能在180℃下长期使用。

下长期使用 热膨胀系数和碳纤维一样具有热膨胀系数和碳纤维一样具有各向异性各向异性的特点 3. 化学性能化学性能 耐介质性能，对中性化学药品的抵抗力较强，易受各种耐介质性能，对中性化学药品的抵抗力较强，易受各种酸碱的侵蚀，尤其是强酸的侵蚀；由于结构中存在着酸碱的侵蚀，尤其是强酸的侵蚀；由于结构中存在着极性的酰胺键使其极性的酰胺键使其耐水性不好耐水性不好4. 结构结构 对苯二甲酰对苯二胺的聚合体，经溶解转为液晶纺丝而成对苯二甲酰对苯二胺的聚合体，经溶解转为液晶纺丝而成v芳纶纤维的芳纶纤维的用途用途 芳纶纤维主要用作环氧、聚酯和其他树脂的增强材料，芳纶纤维主要用作环氧、聚酯和其他树脂的增强材料，制成各种航空、宇航和其他军事用途的构件制成各种航空、宇航和其他军事用途的构件 2.5 玄武岩纤维玄武岩纤维v2.5.1 发展现状发展现状 一种新型绿色环保材料出现于上世纪一种新型绿色环保材料出现于上世纪60年代初，从年代初，从70年代年代开始，美国和德国的科学家先后对玄武岩连续纤维的制备进开始，美国和德国的科学家先后对玄武岩连续纤维的制备进行了大量的研究。

行了大量的研究 是以纯天然火山岩为原料，在是以纯天然火山岩为原料，在1450℃～～1500℃熔融后，通熔融后，通过过铂铑合金拉丝漏板铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，以玄武岩纤高速拉制而成的连续纤维，以玄武岩纤维为增强体可制成多种复合材料既是维为增强体可制成多种复合材料既是21世纪符合生态环境世纪符合生态环境要求的绿色新材料要求的绿色新材料 v2.5.2 玄武岩纤维（玄武岩纤维（BF）的）的组成及结构组成及结构 由玄武岩矿石经由玄武岩矿石经熔融、拉丝熔融、拉丝、等工艺制得，纤维密度在～、等工艺制得，纤维密度在～3.05 g/cm3之间，主要组份为二氧化硅、三氧化二铝、三氧之间，主要组份为二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化亚铁、二氧化钛、氧化钠等各组份含量如表化二铁、氧化亚铁、二氧化钛、氧化钠等各组份含量如表2-9 所示（随产地的不同含量存在差异）所示（随产地的不同含量存在差异）  组份中硅氧化物所占比例最大，由它形成了纤维的组份中硅氧化物所占比例最大，由它形成了纤维的链状链状结结构骨架，构骨架，Al2O3也进入结构骨架网络中，链的侧方由阳离子也进入结构骨架网络中，链的侧方由阳离子铁、钛、钠等进行连接形成结构稳定的非晶态物质。

各组份铁、钛、钠等进行连接形成结构稳定的非晶态物质各组份对玄武岩连续纤维性能产生不同的影响对玄武岩连续纤维性能产生不同的影响 v2.5.3 玄武岩纤维的性能玄武岩纤维的性能 玄武岩连续纤维属于非晶态物质，化学稳定性好，使用玄武岩连续纤维属于非晶态物质，化学稳定性好，使用温度范围大（工作温度约为温度范围大（工作温度约为-269～～900℃），具有良好的力），具有良好的力学性能，导热系数及吸湿能力低且不随温度变化，无毒、不学性能，导热系数及吸湿能力低且不随温度变化，无毒、不易燃，废弃后可天然降解，是一种易燃，废弃后可天然降解，是一种“绿色环保材料绿色环保材料”v1. 热稳定性热稳定性 导热系数低，在导热系数低，在25℃下玄武岩纤维板的导热系数仅为下玄武岩纤维板的导热系数仅为0.04W/(m·K)玄武岩纤维为非晶态物质，使用温度玄武岩纤维为非晶态物质，使用温度高于高于玻玻璃纤维璃纤维 v2. 声绝缘性声绝缘性 随着频率增加，其随着频率增加，其吸音系数吸音系数显著增加显著增加隔音和吸音效果好隔音和吸音效果好，，采用玄武岩连续纤维制作的隔音材料在航空、船舶等领域有采用玄武岩连续纤维制作的隔音材料在航空、船舶等领域有着广阔的前景。

着广阔的前景v3. 介电性能、电绝缘性能和电磁波介电性能、电绝缘性能和电磁波的透过性的透过性 良好的良好的介电性能介电性能体积电阻率比玻璃纤维要高一个数量级体积电阻率比玻璃纤维要高一个数量级，，可用于制造新型耐热介电材料可用于制造新型耐热介电材料 具有比玻璃纤维高的电绝缘性和对电磁波的高透过性由具有比玻璃纤维高的电绝缘性和对电磁波的高透过性由玄武岩纤维制造高压电绝缘材料、低压的电器装置、天线整玄武岩纤维制造高压电绝缘材料、低压的电器装置、天线整流罩以及雷达无线电装置的前景十分广阔流罩以及雷达无线电装置的前景十分广阔v4. 化学稳定性化学稳定性 良好的良好的耐酸、碱性耐酸、碱性，，耐水性耐水性也相当强，属于一级耐水材料也相当强，属于一级耐水材料 玄武岩连续纤维的玄武岩连续纤维的吸湿性极低吸湿性极低，吸湿能力只有，吸湿能力只有0.2%～～0.3%，而且吸湿能力不随时间变化，这就保证了它在使用过，而且吸湿能力不随时间变化，这就保证了它在使用过程中的热稳定性、长寿命和环境协调性玄武岩细纤维的耐程中的热稳定性、长寿命和环境协调性玄武岩细纤维的耐水性远优于玻璃纤维。

水性远优于玻璃纤维v5. 绿色环保性绿色环保性v6. 机械性能机械性能 具有优良的机械性能，拉伸强度、弹性摸量及断裂伸长率具有优良的机械性能，拉伸强度、弹性摸量及断裂伸长率都较大，可代替都较大，可代替GF、、CF等充当复合材料的增强体，且性价等充当复合材料的增强体，且性价比较其优越比较其优越 vBF的制备的制备1. 原料选择原料选择 各组份含量必须满足一定要求各组份含量必须满足一定要求(见表见表2-14)，而且玄武岩中基，而且玄武岩中基本酸性氧化物与碱性氧化物比值的酸性模量要在本酸性氧化物与碱性氧化物比值的酸性模量要在3～之间，～之间，即：即：6.5>( SiO2+ A1203)/(CaO+MgO)＞＞3(酸性模量在一定程酸性模量在一定程度上反应了玄武岩连续纤维的化学稳定性及使用寿命的高度上反应了玄武岩连续纤维的化学稳定性及使用寿命的高低低)v2. 生产工艺步骤：生产工艺步骤： vBF应用应用1. 土工和建筑材料土工和建筑材料（（1）土工织物、涂层织物）土工织物、涂层织物 玄武岩连续纤维编织物和无捻粗纱制成的土玄武岩连续纤维编织物和无捻粗纱制成的土工织物工织物(土工格栅、土工布等土工格栅、土工布等)可用来可用来加固堤坝加固堤坝和水电站和水电站水坝水坝，可增强高速公路和立交桥的地，可增强高速公路和立交桥的地基，用在经常被高湿度、酸、碱、盐类介质作基，用在经常被高湿度、酸、碱、盐类介质作用的建筑结构中能有效地用的建筑结构中能有效地防止发生建筑物发生防止发生建筑物发生裂缝、龟裂裂缝、龟裂等质量问题。

等质量问题 （（2）水泥基复合材料水泥基复合材料 代替钢筋增强混凝土代替钢筋增强混凝土由于玄武岩纤维具有较高由于玄武岩纤维具有较高的强度、弹性模量、耐高温和优良的耐化学腐蚀性的强度、弹性模量、耐高温和优良的耐化学腐蚀性能，其在水泥基复合材料中具有广阔的应用前景能，其在水泥基复合材料中具有广阔的应用前景v2．结构复合材料增强纤维．结构复合材料增强纤维 可用于石油可用于石油开采、炼油、天然气化工、石油化工开采、炼油、天然气化工、石油化工等工业管道等工业管道，可大幅度减少检修期和避免断裂，特，可大幅度减少检修期和避免断裂，特别对于腐蚀性液体和气体的输送管道具有更好的使别对于腐蚀性液体和气体的输送管道具有更好的使用效果和性价比用效果和性价比v3．过滤材料．过滤材料 利用原料可利用原料可天然降解性天然降解性开发出性能优良的绿色复合材料，开发出性能优良的绿色复合材料，从源头控制污染，从源头控制污染， “零排放零排放”v4．军工、航空航天材料．军工、航空航天材料 在在宇宙飞船、火箭、导弹、战斗机、核潜艇、军舰、坦克宇宙飞船、火箭、导弹、战斗机、核潜艇、军舰、坦克等武器等武器装备的国防军工领域及航空航天领域也有广泛的应用。

装备的国防军工领域及航空航天领域也有广泛的应用它可以促进军队武器装备的升级换代，增强军队的战斗力，它可以促进军队武器装备的升级换代，增强军队的战斗力，可在某些领域替代碳纤维，降低武器装备的制造成本可在某些领域替代碳纤维，降低武器装备的制造成本v5．其它用途．其它用途 比如日常用品中的比如日常用品中的快餐盒、纸杯快餐盒、纸杯等一次性产品，农业用品等一次性产品，农业用品中的中的育苗钵育苗钵，，工工业用品的业用品的摩擦材料、热绝缘材料、介电材料摩擦材料、热绝缘材料、介电材料和造船材料和造船材料等2.6 其它纤维其它纤维v2.6.1 碳化硅纤维碳化硅纤维v1．概述．概述 以以碳和硅碳和硅为主要组分的一种为主要组分的一种陶瓷陶瓷纤维 按其按其形态形态可分为可分为:连续连续纤维、纤维、晶须晶须和和短切短切纤维；纤维； 按其按其结构结构可分为可分为:单晶单晶和和多晶纤维多晶纤维；； 按其按其集束集束状态可分为状态可分为:单丝和束丝单丝和束丝纤维 利用利用先驱体转化法或化学气相沉积先驱体转化法或化学气相沉积法能够制成使法能够制成使用温度极高的用温度极高的SiC/SiC复合材料。

复合材料 v2. SiC纤维的制备纤维的制备 （（1）化学气相沉积法）化学气相沉积法（（CVD）） CVD ：：制备的碳化硅纤维是一种复合纤维其制法是在管制备的碳化硅纤维是一种复合纤维其制法是在管式反应器中采用水银电极直接用直流电或射频加热，将钨丝式反应器中采用水银电极直接用直流电或射频加热，将钨丝或碳丝加热到或碳丝加热到1200℃ 以上，并通入氯硅烷和氢气的混合气以上，并通入氯硅烷和氢气的混合气体，在灼热的芯丝表面上反应生成碳化硅并沉积在芯丝表面体，在灼热的芯丝表面上反应生成碳化硅并沉积在芯丝表面 CVD法法步骤步骤：：①① 反应气体向热芯丝表面迁移扩散；反应气体向热芯丝表面迁移扩散；②② 反反应气体被热芯丝表面吸附；应气体被热芯丝表面吸附；③③ 反应气体在热芯丝表面上裂解；反应气体在热芯丝表面上裂解；④④ 反应尾气的分解和向外扩散反应尾气的分解和向外扩散 （（2））先驱体法先驱体法 运用运用控制聚合物热解方法控制聚合物热解方法制得制得SiC纤维的方法称为先驱体法纤维的方法称为先驱体法v3．碳化硅纤维的性能．碳化硅纤维的性能（（1）化学气相沉积）化学气相沉积 SiC 纤维的性能纤维的性能 CVD碳化硅纤维具有很高的室温拉伸强度和拉伸模量，碳化硅纤维具有很高的室温拉伸强度和拉伸模量，突出的高温性能和抗蠕变性能。

突出的高温性能和抗蠕变性能（（2）先驱体法制备的）先驱体法制备的 SiC 纤维的性能纤维的性能 主要主要特性特性：： ①①拉伸强度和拉伸模量高，密度小；拉伸强度和拉伸模量高，密度小；②②耐热性好，耐热性好，在空气中可长期于在空气中可长期于1100℃使用；使用； ③③与金属反应性小，浸润性与金属反应性小，浸润性良好，在良好，在1000℃以下几乎不与金属发生反应；以下几乎不与金属发生反应； ④④纤维具有纤维具有半导体性，可以通过不同的处理温度来控制所生产的纤维的半导体性，可以通过不同的处理温度来控制所生产的纤维的导电性；导电性； ⑤⑤纤维细，柔曲性好，易编成各种织物，可制备形纤维细，柔曲性好，易编成各种织物，可制备形状复杂的复合材料制品；状复杂的复合材料制品； ⑥⑥耐腐蚀性优异耐腐蚀性优异v4．．SiC 纤维的应用纤维的应用 具有耐高温、耐腐蚀、耐辐射的性能，所以碳化硅纤维是具有耐高温、耐腐蚀、耐辐射的性能，所以碳化硅纤维是一种理想的一种理想的耐热材料耐热材料 v2.6.2 硼纤维硼纤维 将硼元素通过高温化学气相法沉积在钨丝的表面的高性能将硼元素通过高温化学气相法沉积在钨丝的表面的高性能增强纤维，具有很高的比强度和比模量。

硼纤维具有良好的增强纤维，具有很高的比强度和比模量硼纤维具有良好的力学性能，强度高、模量高、密度小力学性能，强度高、模量高、密度小v1．硼纤维的制备．硼纤维的制备 CVD法生产，其制备方法是在连续移动的钨丝或碳丝基体法生产，其制备方法是在连续移动的钨丝或碳丝基体上，三氯化硼与氢气的混合物加热至上，三氯化硼与氢气的混合物加热至 1300℃ ，发生下列反，发生下列反应，反应生成的硼沉积在钨丝上，制得直径为应，反应生成的硼沉积在钨丝上，制得直径为 100～～200 μm 的连续单丝硼纤维的连续单丝硼纤维 v2. 硼纤维的硼纤维的结构和形态结构和形态 气相沉积时的温度，混合气体组分，气体的动力等因素气相沉积时的温度，混合气体组分，气体的动力等因素硼有多种结晶体，当化学气相沉积温度在硼有多种结晶体，当化学气相沉积温度在1300℃以上时形成以上时形成β-菱形结晶而在菱形结晶而在1300℃以下，最普通的结构是以下，最普通的结构是α-菱形结晶菱形结晶 v3. 硼纤维的硼纤维的性能性能 由于硼纤维中的复合组分，复杂的残余应力以及一些空由于硼纤维中的复合组分，复杂的残余应力以及一些空隙或结构不连续的缺陷等，因此，实际硼纤维的强度与理论隙或结构不连续的缺陷等，因此，实际硼纤维的强度与理论值有一定的距离，通常硼纤维的平均拉伸强度是值有一定的距离，通常硼纤维的平均拉伸强度是 3～～4GPa，，弹性模量在弹性模量在380～～400GPa，硼纤维的密度为，硼纤维的密度为2.34 kg/m3（比（比铝小铝小15% )，熔点，熔点 2040℃，在，在315℃以上热膨胀系数为以上热膨胀系数为4.86×10-8 K-1。

v2.6.3 Al2O3纤维纤维 Al2O3纤维是多晶陶瓷纤维，以氧化铝为主要成分，纤维是多晶陶瓷纤维，以氧化铝为主要成分，含有少量的氧化硅、氧化硼或氧化锆、氧化镁一含有少量的氧化硅、氧化硼或氧化锆、氧化镁一般将含氧化铝大于般将含氧化铝大于70%的纤维称为氧化铝纤维，而的纤维称为氧化铝纤维，而将氧化铝含量小于将氧化铝含量小于70%，其余为二氧化硅和少量杂，其余为二氧化硅和少量杂质的纤维称为硅酸铝纤维质的纤维称为硅酸铝纤维 优点优点:高强度、高模量、超常的耐热性和耐高温氧化高强度、高模量、超常的耐热性和耐高温氧化性，可应用在性，可应用在1400℃的高温场合与碳纤维和金属的高温场合与碳纤维和金属纤维相比，可以在更高温度下保持很好的抗拉强度；纤维相比，可以在更高温度下保持很好的抗拉强度；其表面活性好，易于与金属、陶瓷基体复合；同时其表面活性好，易于与金属、陶瓷基体复合；同时还具有热导率小，热膨胀系数低，抗热震性好，具还具有热导率小，热膨胀系数低，抗热震性好，具有独特的电学性能和抗腐蚀等一系列特点有独特的电学性能和抗腐蚀等一系列特点 v1. Al2O3纤维的性能纤维的性能 具有优异的机械性能和耐热性能，其特点为：具有优异的机械性能和耐热性能，其特点为： ①① 耐热性好耐热性好；； ②② 不被熔融金属侵蚀不被熔融金属侵蚀，可与金属很好复合；，可与金属很好复合； ③③ 表面活性好表面活性好，不需要表面处理；，不需要表面处理； ④④ 具有具有极高的耐化学腐蚀和抗氧化性极高的耐化学腐蚀和抗氧化性；； ⑤⑤ 用氧化铝增强的复合材料具有优良的抗压性能，压缩强用氧化铝增强的复合材料具有优良的抗压性能，压缩强度是度是GFRP的三倍，的三倍，耐疲劳强度也很高耐疲劳强度也很高；； ⑥⑥ 电气绝缘、电波透过性好电气绝缘、电波透过性好，与玻璃钢相比，它的介电常，与玻璃钢相比，它的介电常数和损耗角正切小，且随频率的变小，电波透过性更好。

数和损耗角正切小，且随频率的变小，电波透过性更好v2. 氧化铝纤维的制备氧化铝纤维的制备(1) 熔融纺丝法熔融纺丝法 首先将氧化铝在电弧炉或电阻炉中熔融，用压缩首先将氧化铝在电弧炉或电阻炉中熔融，用压缩空气或高压水蒸气等喷吹熔融液流，使之呈长短、空气或高压水蒸气等喷吹熔融液流，使之呈长短、粗细不均的短纤维，这种制造方法称之为喷吹工艺粗细不均的短纤维，这种制造方法称之为喷吹工艺2) 淤浆纺丝法淤浆纺丝法 该法是把以下的氧化铝微粒在增塑剂羟基氧化铝该法是把以下的氧化铝微粒在增塑剂羟基氧化铝和少量的氯化镁组成的淤浆液进行纺丝，然后在和少量的氯化镁组成的淤浆液进行纺丝，然后在1300℃的空气中烧结，就成为氧化铝多晶体纤维，的空气中烧结，就成为氧化铝多晶体纤维，再在再在1500℃ 气体火焰中处理数秒，使结晶粒之间烧气体火焰中处理数秒，使结晶粒之间烧结，得到连续的氧化铝纤维结，得到连续的氧化铝纤维v2.6.4 晶须晶须 晶须是指由高纯度单晶生长而成的直径几微米、晶须是指由高纯度单晶生长而成的直径几微米、长度几十微米的单晶纤维材料由于其原子结构排长度几十微米的单晶纤维材料。

由于其原子结构排列高度有序，结构完整难以容纳大晶体中常存的缺列高度有序，结构完整难以容纳大晶体中常存的缺陷，故其机械强度近似等于原子间价键力的理论强陷，故其机械强度近似等于原子间价键力的理论强度，是一类力学性能十分优异的新型复合材料补强度，是一类力学性能十分优异的新型复合材料补强增韧材料晶须是目前已知纤维中强度最高的，其增韧材料晶须是目前已知纤维中强度最高的，其机械强度等于相邻原子间的作用力机械强度等于相邻原子间的作用力 晶须是以单晶结构生长的直径极小的短纤维由晶须是以单晶结构生长的直径极小的短纤维由于直径小（小于于直径小（小于3μm )，晶体中缺陷少，其原子排列，晶体中缺陷少，其原子排列高度有序，故其强度接近于原子间键力的理论值高度有序，故其强度接近于原子间键力的理论值晶须可用作高性能复合材料的增强材料，以增强金晶须可用作高性能复合材料的增强材料，以增强金属、陶瓷和聚合物属、陶瓷和聚合物 v几种常见晶须的性能见表几种常见晶须的性能见表2-18 v复习题复习题1 概念题：复合材料、化学气相沉积2 玻璃纤维按成分分为哪几种3 聚合物基复合材料的性能特点4 碳纤维的生产工艺5 玄武岩纤维各组分的作用6 选择聚合物基体的原则。