3复合材料的增强材料(精)
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Ｆ、重视纤维—树脂界面的研究，偶联剂的品种不 断增加，玻璃纤维的前处理受到普遍重视。
12
图1 玻璃纤维和玻璃钢制品
13
我国玻璃纤维工业诞生于1950年，当时只能生产绝 缘材料用的初级纤维。 1958年以后，玻璃纤维工业得到迅速发展，纤维品 种呈现出多样化特点。 现在全国有大、小玻璃纤维厂家200多个，玻璃纤维
(界面层厚度与结构——图像分析，快速获得统计结果和分 布、结构与界面结合强度之间的关系、非破坏性观察)
4
第三章 复合材料的增强材料
在复合材料中，粘结在基体内以改进其机械 性能的高强度材料称为增强材料。 增强材料有时也称作增强体、增强剂等。 增强材料共分为三类：纤维及其织物、晶须、 颗粒。
5
16
中碱玻璃纤维
它是指碱金属氧化物含量在11.5％ ~ 12.5％之间
的玻璃纤维。
国外没有这种玻璃纤维，它的主要特点是耐酸 性好，但强度不如E玻璃纤维高。
它主要用于耐腐蚀领域中，价格较便宜。
17
有碱玻璃(A玻璃)纤维
有碱玻璃称A玻璃，类似于窗玻璃及玻璃瓶 的钠钙玻璃。 此种玻璃由于含碱量高，强度低，对潮气侵 蚀极为敏感，因而很少作为增强材料。
7
纤维可分为无机纤维和有机纤维。
纤维增强复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、
含量及使用状态。
如聚苯乙烯塑料，加入玻璃纤维后，拉伸强度可从600 MPa提 高到1000 MPa，弹性模量可从3000 MPa提高到8000 MPa，其 热变形温度可从85℃提高到105℃ ，-40 ℃以下的冲击强度 可提高10倍。
复合材料原理
江苏大学材料学院
1
第二章 复合材料的复合原理及界面
2.1 复合原则
2.2 弥散增强及颗粒增强原理
2.3 单向连续纤维增强原理 2.4 短纤维增强原理 2.5 混杂增强原理 2.6 复合材料界面及其改性 2.7 复合材料界面表征
2
2.7 复合材料界面表征
界面形态及界面层结构的表征
源自文库
15
无碱玻璃纤维
无碱玻璃纤维(通称E玻纤)，以钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维， 强度较高，耐热性和电性能优良，能抗大气侵蚀，化学稳定性 也好(但不耐酸)。 无碱玻璃纤维最大的特点是电性能好，因此也把它称做电气玻 璃。
国内外大多数都使用这种Ｅ破璃纤维作为复合材料的原材料。
国内规定其碱金属氧化物含量不大于0.5％，国外一般为1％左 右。
年产量为5万吨，纤维直径多数为6--8um，正向粗纤 维方向发展。
14
玻璃纤维的分类
玻璃纤维的分类方法很多。通常从玻璃原料成分、 单丝直径、纤维外观及纤维特性等方面进行分类。 以玻璃原料成分分类主要用于连续玻璃纤维的分类。 一般以不同的含碱量分为四类。
无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、有碱玻璃纤维、特 种玻璃纤维。
以纤维外观分类，有连续纤维，其中有无捻粗纱及
加捻粗纱(用于纺织)、短切纤维、空心玻璃纤维、
玻璃粉及磨细纤维等。
以纤维特性分类，高强玻璃纤维、高模量玻璃纤维、 耐碱玻璃纤维、耐酸玻璃纤维、普通玻璃纤维(指无 碱及中碱玻璃纤维)。
22
2）玻璃纤维的结构及化学组成
玻璃纤维的拉伸强度比块状玻璃高许多倍， 但经研究证明，玻璃纤维的结构与玻璃相同。
关于玻璃结构的假说到目前为止，比较能够
反映实际情况的是“微晶结构假说”和“网 络结构假说”。
23
微晶结构假说的要点：玻璃是由硅酸块或二氧化硅的“微 晶子”组成，在“微晶子”之间由硅酸块过冷溶液所填充。 网络结构假说的要点：玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧 三面体或硼氧三面体相互连成不规则三维网络；网络间的 空隙由Na、K、Ca、Mg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， 填充的Na、Ca等阳离子称为网络改性物。
8
（一） 无机纤维
1、玻璃纤维
2、碳纤维
3、硼纤维 4、氧化铝纤维 5、碳化硅纤维 6、其他纤维
9
１、玻璃纤维（Glass Fibre, GF）
玻璃纤维简介及分类 玻璃纤维的结构及化学组成
玻璃纤维的物理性能与化学性能
玻璃纤维及其制品的制造工艺
玻璃纤维制品的性能及应用
10
1）玻璃纤维简介及分类
18
特种玻璃纤维
如由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃纤维，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 等。
19
玻璃纤维的其它分类方法
以单丝直径分类，单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分为 以下几种。
名称
粗纤维
初级纤维
中级纤维
高级纤维 （纺织纤维)
随着玻璃钢工业的发展，玻璃纤维工业也得到迅速 发展。 国外玻璃纤维的主要特点如下： Ａ、普遍采用池窑拉丝新技术； Ｂ、大力发展多排多孔拉丝工艺； Ｃ、用于玻璃钢的纤维逐渐向粗直径方向发展，
纤维直径为14~24um，甚至达27um；
11
Ｄ、大量生产无碱纤维；
Ｅ、大力发展无纺织玻璃纤维织物，无捻粗纱和短 切纤维毡片所占比例增加；
一、纤维及其织物
玻璃纤维 碳纤维
硼纤维
氧化铝纤维 碳化硅纤维 芳纶纤维
6
纤维简介
天然纤维强度较低，来源有限。 如，植物纤维——棉花、麻类；动物纤维——丝、毛； 矿物纤维——石棉。
现代复合材料的增强材料用合成纤维。 纤维在复合材料中起增强作用，是主要承力组分。 纤维不仅能使材料显示出较高的抗拉强度和刚度，而 且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。
超细纤维
直径 （um）
≥30
≥ 20 um
10 ~ 20 um
3 ~ 10um
≤4 um
20
单丝直径不同，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5 ~ 10 um的纤维作为纺织制品使用，10 ~ 14 um的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等
较为适宜。
21
界面结合强度的表征
界面残余应力的表征 增强体表面性能的表征
3
思考题
1、界面结合强度表征有哪些方法？你认为哪一 种或哪几种方法比较具有发展前途，为什么？
(脱粘、顶出、拔出、动态加载、声发射、扭辫分析、宏观)
2、你认为在复合材料界面结构表征与复合材料
宏观力学性能之间还有哪些工作需要完善，你有 什么好的建议？
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图1 玻璃纤维和玻璃钢制品
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我国玻璃纤维工业诞生于1950年，当时只能生产绝 缘材料用的初级纤维。 1958年以后，玻璃纤维工业得到迅速发展，纤维品 种呈现出多样化特点。 现在全国有大、小玻璃纤维厂家200多个，玻璃纤维
(界面层厚度与结构——图像分析，快速获得统计结果和分 布、结构与界面结合强度之间的关系、非破坏性观察)
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第三章 复合材料的增强材料
在复合材料中，粘结在基体内以改进其机械 性能的高强度材料称为增强材料。 增强材料有时也称作增强体、增强剂等。 增强材料共分为三类：纤维及其织物、晶须、 颗粒。
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中碱玻璃纤维
它是指碱金属氧化物含量在11.5％ ~ 12.5％之间
的玻璃纤维。
国外没有这种玻璃纤维，它的主要特点是耐酸 性好，但强度不如E玻璃纤维高。
它主要用于耐腐蚀领域中，价格较便宜。
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有碱玻璃(A玻璃)纤维
有碱玻璃称A玻璃，类似于窗玻璃及玻璃瓶 的钠钙玻璃。 此种玻璃由于含碱量高，强度低，对潮气侵 蚀极为敏感，因而很少作为增强材料。
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纤维可分为无机纤维和有机纤维。
纤维增强复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、
含量及使用状态。
如聚苯乙烯塑料，加入玻璃纤维后，拉伸强度可从600 MPa提 高到1000 MPa，弹性模量可从3000 MPa提高到8000 MPa，其 热变形温度可从85℃提高到105℃ ，-40 ℃以下的冲击强度 可提高10倍。
复合材料原理
江苏大学材料学院
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第二章 复合材料的复合原理及界面
2.1 复合原则
2.2 弥散增强及颗粒增强原理
2.3 单向连续纤维增强原理 2.4 短纤维增强原理 2.5 混杂增强原理 2.6 复合材料界面及其改性 2.7 复合材料界面表征
2
2.7 复合材料界面表征
界面形态及界面层结构的表征
源自文库
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无碱玻璃纤维
无碱玻璃纤维(通称E玻纤)，以钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维， 强度较高，耐热性和电性能优良，能抗大气侵蚀，化学稳定性 也好(但不耐酸)。 无碱玻璃纤维最大的特点是电性能好，因此也把它称做电气玻 璃。
国内外大多数都使用这种Ｅ破璃纤维作为复合材料的原材料。
国内规定其碱金属氧化物含量不大于0.5％，国外一般为1％左 右。
年产量为5万吨，纤维直径多数为6--8um，正向粗纤 维方向发展。
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玻璃纤维的分类
玻璃纤维的分类方法很多。通常从玻璃原料成分、 单丝直径、纤维外观及纤维特性等方面进行分类。 以玻璃原料成分分类主要用于连续玻璃纤维的分类。 一般以不同的含碱量分为四类。
无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、有碱玻璃纤维、特 种玻璃纤维。
以纤维外观分类，有连续纤维，其中有无捻粗纱及
加捻粗纱(用于纺织)、短切纤维、空心玻璃纤维、
玻璃粉及磨细纤维等。
以纤维特性分类，高强玻璃纤维、高模量玻璃纤维、 耐碱玻璃纤维、耐酸玻璃纤维、普通玻璃纤维(指无 碱及中碱玻璃纤维)。
22
2）玻璃纤维的结构及化学组成
玻璃纤维的拉伸强度比块状玻璃高许多倍， 但经研究证明，玻璃纤维的结构与玻璃相同。
关于玻璃结构的假说到目前为止，比较能够
反映实际情况的是“微晶结构假说”和“网 络结构假说”。
23
微晶结构假说的要点：玻璃是由硅酸块或二氧化硅的“微 晶子”组成，在“微晶子”之间由硅酸块过冷溶液所填充。 网络结构假说的要点：玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧 三面体或硼氧三面体相互连成不规则三维网络；网络间的 空隙由Na、K、Ca、Mg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， 填充的Na、Ca等阳离子称为网络改性物。
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（一） 无机纤维
1、玻璃纤维
2、碳纤维
3、硼纤维 4、氧化铝纤维 5、碳化硅纤维 6、其他纤维
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１、玻璃纤维（Glass Fibre, GF）
玻璃纤维简介及分类 玻璃纤维的结构及化学组成
玻璃纤维的物理性能与化学性能
玻璃纤维及其制品的制造工艺
玻璃纤维制品的性能及应用
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1）玻璃纤维简介及分类
18
特种玻璃纤维
如由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃纤维，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 等。
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玻璃纤维的其它分类方法
以单丝直径分类，单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分为 以下几种。
名称
粗纤维
初级纤维
中级纤维
高级纤维 （纺织纤维)
随着玻璃钢工业的发展，玻璃纤维工业也得到迅速 发展。 国外玻璃纤维的主要特点如下： Ａ、普遍采用池窑拉丝新技术； Ｂ、大力发展多排多孔拉丝工艺； Ｃ、用于玻璃钢的纤维逐渐向粗直径方向发展，
纤维直径为14~24um，甚至达27um；
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Ｄ、大量生产无碱纤维；
Ｅ、大力发展无纺织玻璃纤维织物，无捻粗纱和短 切纤维毡片所占比例增加；
一、纤维及其织物
玻璃纤维 碳纤维
硼纤维
氧化铝纤维 碳化硅纤维 芳纶纤维
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纤维简介
天然纤维强度较低，来源有限。 如，植物纤维——棉花、麻类；动物纤维——丝、毛； 矿物纤维——石棉。
现代复合材料的增强材料用合成纤维。 纤维在复合材料中起增强作用，是主要承力组分。 纤维不仅能使材料显示出较高的抗拉强度和刚度，而 且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。
超细纤维
直径 （um）
≥30
≥ 20 um
10 ~ 20 um
3 ~ 10um
≤4 um
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单丝直径不同，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5 ~ 10 um的纤维作为纺织制品使用，10 ~ 14 um的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等
较为适宜。
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界面结合强度的表征
界面残余应力的表征 增强体表面性能的表征
3
思考题
1、界面结合强度表征有哪些方法？你认为哪一 种或哪几种方法比较具有发展前途，为什么？
(脱粘、顶出、拔出、动态加载、声发射、扭辫分析、宏观)
2、你认为在复合材料界面结构表征与复合材料
宏观力学性能之间还有哪些工作需要完善，你有 什么好的建议？