第二章复合材料增强体2017
复合材料中基体和增强体的作用
复合材料中基体和增强体的作用一、引言复合材料是由两种或两种以上的不同材料组成的，其中基体和增强体是其最基本的组成部分。
基体是指复合材料中主要承受载荷的材料，而增强体则是为了增加其力学性能而添加到基体中的材料。
本文将详细探讨复合材料中基体和增强体的作用。
二、基体的作用1. 承载载荷基体是复合材料中最主要的承载载荷的材料。
它需要具备足够的强度和刚度来承受外部荷载，并且必须具有足够的韧性来防止断裂和破坏。
因此，在选择基体时，需要考虑其力学性能、化学稳定性、加工性能等因素。
2. 保护增强体在复合材料中，增强体容易受到外界环境和荷载的影响而发生破坏。
而基体可以起到保护增强体的作用，防止其在使用过程中发生损伤。
同时，基体还可以通过与增强体之间形成良好的结合来提高整个复合材料系统的力学性能。
3. 调节复合材料的性能基体的材料种类和性质可以影响复合材料的力学、热学、电学等性能。
例如，选择不同种类的基体可以使复合材料具有不同的强度、刚度和韧性等性能。
此外，基体还可以通过调节增强体的分布和排列方式来影响复合材料的力学性能。
三、增强体的作用1. 增加复合材料的强度和刚度增强体是为了增加复合材料的力学性能而添加到基体中的材料。
它通常具有高强度和高刚度，可以在很大程度上增加复合材料的整体强度和刚度。
在选择增强体时，需要考虑其与基体之间形成良好结合以及其自身特点。
2. 提高耐磨损性某些增强体具有较高的硬度和耐磨损性，在使用过程中可以有效地提高复合材料系统对摩擦磨损等外部环境因素的抵抗能力。
3. 改善阻尼特性一些特殊类型的增强体（如碳纤维）具有良好的阻尼特性，在使用过程中可以减少材料的振动和噪音，提高其使用寿命。
四、基体和增强体的协同作用基体和增强体之间需要形成良好的结合，才能发挥最佳的性能。
良好的结合可以使复合材料系统具有更高的强度、刚度和韧性等性能。
同时，基体和增强体之间还可以通过相互作用来改善复合材料系统的耐热性、耐腐蚀性等特殊性能。
《复合材料》课件——第二章_复合材料界面和优化设计
伤和形成脆性界面相等十分有害。碳纤维/铝钛铜合 金复
合材料中，生成TiC，使界面附近的铝、铜富集。 500℃
时，在C纤维/铝材料界面生成Al4C3脆性层。
2.4 复合材料的界面
2.4.5 界面反应或界面扩散理论
在复合材料组分之间发生原
子或分子间的扩散或反应，从
因此，在研究和设计界面时，不应只追求界面结合而应考 虑到最优化和最佳综合性能。
2.3复合材料组分的相容性
物理相容性： 1. 是指基体应具有足够的韧性和强度，能够将外部载荷均匀
地传递到增强剂上，而不会有明显的不连续现象。 2. 由于裂纹或位错移动，在基体上产生的局部应力不应在增
强剂上形成高的局部应力。 3. 另一个重要的物理关系是热膨胀系数。基体与增强相热膨
物理和化学吸附作用。液态树脂对纤维表面的良好浸润是 十分重要的。浸润不良会在界面上产生空隙，导致界面缺 陷和应力集中，使界面强度下降。良好的或完全浸润将使 界面强度大大提高，甚至优于基体本身的内聚强度。
2.4 复合材料的界面
2.4.1界面润湿理论 ： 从热力学观点来考虑两个结合面与其表面能的关系，一般用 表面张力来表征。
胀系数的差异对复合材料的界面结合产生重要的影响，从 而影响材料的各类性能。
2. 3复合材料组分的相容性
物理相容性： 例如：
对于韧性基体材料，最好具有较高的热膨胀系数。这是因 为热膨胀系数较高的相从较高的加工温度冷却是将受到张 应力；
对于脆性材料的增强相，一般都是抗压强度大于抗拉强度， 处于压缩状态比较有利。
2.3复合材料组分的相容性
化学相容性： ➢ 对复合材料来说， 以下因素与复合材料化学相容性有关的
复合材料增强体的作用
复合材料增强体的作用
复合材料增强体是指在基体材料中添加的强化材料，可以包括纤维、颗粒、层状结构等。
这些增强体可以提高复合材料的机械性能、耐热性、耐腐蚀性、耐磨性等方面的性能。
首先，添加纤维增强体可以大大提高复合材料的强度和刚度。
纤维可以分为长纤维和短纤维两种，长纤维增强体在复合材料中分布均匀，可以形成连续的纤维增强结构，提高材料的拉伸、弯曲和剪切强度。
而短纤维增强体则可以填充基体材料中的空隙，增加材料的密度和强度。
其次，添加颗粒增强体可以提高复合材料的硬度和耐磨性。
颗粒增强体可以填充基体材料中的孔隙和缺陷，增加材料的密度和硬度，提高材料的耐磨性和抗冲击性。
最后，添加层状结构增强体可以提高复合材料的耐腐蚀性和耐热性。
层状结构增强体可以形成层层叠加的结构，形成隔离层，防止氧气和水蒸气的侵蚀，增加材料的耐腐蚀性。
同时，层状结构增强体可以提高复合材料的耐高温性能，防止高温下材料的熔化和失效。
综上所述，复合材料增强体的作用是多方面的，可以提高材料的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性和耐热性等方面的性能。
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复合材料增强体ppt课件
另外，在低温(-60℃)不发生脆化系， 建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
Ｂ、 芳纶纤维的热稳定性
芳纶纤维有良好的热稳定性，耐火而不 熔，当温度达487 ℃时尚不熔化，但开始碳化。
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为了规范 事业单 位聘用 关系， 建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
因此，芳纶纤维在高温作用下，不发生变形， 直至分解。
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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张强度 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。
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１、芳纶纤维
芳纶纤维是指日前巳工业化生产并广泛应 用的聚芳酰胺纤维。
国外商品牌号叫凯芙拉(Kevlar)纤维，我 国暂命名为芳纶纤维，有时也称有机纤维。
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2.2 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。
复合材料增强体的种类与性能
保护纤维免受各种损伤。
此外，对复合材料如横向性能、纵向拉伸、压缩性能、疲劳性能、断裂韧性等也有一定的 影响。
界面的基本概念和粘结理论
界面是复合材料的三要素之一。 对于纤维增强复合材料来说，没有一个良好结合的界面，纤维增强作用和基体应力转移过 程就无从谈起。 界面结构和性质上的复杂性以及界面本身表征的难度，有必要对界面的基本概念和界面内 的作用作些概述。
玻璃钢应用于体育用品
有机纤维 超高分子量聚乙烯纤维
芳纶纤维纤维)是芳香族聚酰胺类纤维的总称。最常用的为Kevlar-49。 ➢ 主要性能： • 高强度：3773MPa • 高模量：127～158GPa • 抗冲击性好：约为石墨纤维的6倍、硼纤维的3倍； • 低密度：1.44～1.45，只有铝的一半； • 热膨胀系数：纤维向-2×10-6/K，横向59×10-6/K。
(c)
许多高聚物表面，或经改性后的表面，或带有涂层剂的表面，都会存在许多游离或伸出的官能 团。这些官能团的正、负极性端会吸附在相应的阴离子或阳离子表面上，构成相互作用区，如 图(d)所示。
(d)
静电吸引作用较化学键要弱得多，但在良好接触的极性表面间，或能够形成较多的次价键作 用时，对界面强度的提高，就是不可忽视的一种作用形式。
Matrix materials
Polymer (Resin) matrix Metal matrix Ceramic matrix
纤维增强树脂基材料中基体的主要作用有：
将纤维粘合成整体并使纤维位置固定，在纤维之间传递载荷，并使载荷均衡；
决定复合材料的一些性能。如复合材料的高温使用性能(耐热性)、剪切性能、耐介质性能 (如耐水性、耐化学性)等；
《无机复合材料及工艺》第二章——增强材料
3、碳纤维（Carbon fiber） (1)、引言
碳纤维属于高新技术产品，它不仅具有炭素材料的特性，如质量轻， 强度高，耐热，耐腐蚀，还具有金属材料的某些特性，具有良好的 导电和导热性，在各类复合材料（PMC、MMC、CMC和C/C）中得到广 泛应用。 碳纤维增强复合材料广泛应用于航空航天、军事、交通运输、机械 制造、电子工业、体育用品、建筑材料（修补）、生物材料、医疗 器具等各行各业。 碳纤维的大量和广泛应用与其价格的不断降低有关。随着碳纤维的 生产规模的扩大、其价格由原来的数千元/kg，降至数百元/kg。 碳纤维与玻璃纤维一样，可以进行编织成各种碳纤维布，或制成碳 纤维毡使用。
（4）玻璃纤维的特性和应用
特性：
典型性能： 密度：2.4～2.8 g/cm3 抗拉强度：3～4.6 GPa（为高强度钢的2～3倍） 弹性模量：70～110 GPa（与铝和钛合金模量相当） 比强度为：12.5～18.4×106 cm（为高强度钢的6～10倍） 比模量为：2.8～4.0×107 cm（略高于高强度钢） 不燃、不腐、耐热、高拉伸强度、小断裂延伸率、化学稳定性好、 电绝缘性能好；但不耐磨、脆而易折。 可加工成纱、布、带、毡等形状； 可作为有机高聚物基或无机非金属材料（如水泥）复合材料的增 强材料。
对结构复合材料而言，首先考虑的是增强材料的强度、模量和密度。 其与基体物理及化学相容性主要反映界面作用和影响。
二、纤 维（fiber）
直径细到几微米或几十微米，而长度比直径大许多倍的 材料。 其长径比（aspect ratio)一般大于1000。 作为增强材料使用时，纤维一般都具有高模量、高强度。 大多数是有机高分子纤维，也有无机纤维和金属纤维。 重点介绍：
(2)、碳纤维分类
《金属基复合材料》第二章,界面及相容性
2.2 Definition of interface （界面的定义）
It is a micro-region between matrix and reinforcements where the chemical composition is changed markedly and load can be transferred. It is a new phase which has a certain thickness and structure of which has obvious difference as compared to reinforcement or matrix. So called interfacial phases.
Type of interfacial binding force：(界面结合力有三类) 1) Mechanical combining force —— Friction，
(机械结合——摩擦力)
2) Physical combining force —— Vanderwaals force and hydrogen bond，(物理结合——范德华力和氢键)
metal matrix composite materials cannot be considered in isolation, they are mutually related. Chemical interactions and reactions between the matrix and the reinforcement component determine the interface adhesion, modify the characteristics of the composite components and affect the mechanical characteristics significantly. In high temperature use of MMCs the microstructure has to remain stable for long service periods. Thermal stability and failure is determined by changes in the microstructure and at the interfaces, e.g. reaction and precipitation processes. Thermal stress of MMCs can take place both isothermally and cyclically. The effects show differences. During a cyclic load of monolithic materials, especially at high temperature gradients and cycle speeds, a high probability of failure by thermal fatigue is to be expected, e.g. short-fiber reinforced aluminum alloys possess good thermal shock stability. The formation of the interface between the matrix and the reinforcing phase has a substantial influence on the production and characteristics of the metallic composite materials. The adhesion between both phases is usually determined by the interaction between them. During the production of the molten matrix e.g. by infiltration, wettability becomes significant.
复合材料增强体定义和分类
1.1 增强体的概念增强体的概念：复合材料中能明显提高基体材料某一性能的组元物质增强体的特征：（1）具有能明显提高基体某种所需的特殊性能；（2）增强体应具有稳定的化学性质；（3）与基体有良好的润湿性1.2 增强体的分类（1）颗粒类增强体（零维）性能特点：高强度、高模量、耐热、耐磨、耐腐蚀实例：碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳化硼、石墨、碳化钛、滑石、碳酸钙等无机非金属颗粒复合材料性能特点：具有各向同性（2）纤维类增强体（一维）连续长纤维：长度：连续长度一般超过数百米；性能特点：沿轴向有很高的强度和弹性模量分类：分为单丝和束丝两种。
应用：成本高、性能高，只用于高性能复合材料复合材料性能特点：具有各向异性连续长纤维实例单丝：硼纤维、CVD法制备的碳化硅纤维（直径约为95-140微米）束丝：碳纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维烧结法制备的碳化硅纤维等（含500-12000根单丝，单丝直径5.6-14微米）短纤维：长度：连续长度一般几十毫米性能特点：沿轴向有方向性，但性能一般比长纤维低应用：成本比较低，应用广实例：硅酸铝纤维、氧化铝纤维碳纤维、氮化硼纤维等复合材料特点：无明显方向性(制造时排列无序短纤维：长度：连续长度一般几十毫米性能特点：沿轴向有方向性，但性能一般比长纤维低应用：成本比较低，应用广实例：硅酸铝纤维、氧化铝纤维碳纤维、氮化硼纤维等复合材料特点：无明显方向性(制造时排列无序)（3）晶须类增强体（一维）外形尺寸：直径0.2-1微米，长约为几十微米性能特点：有很高的强度和模量（结构细小、缺陷少）应用：陶瓷增韧（成本比颗粒高得多）实例：碳化硅、氧化铝、氮化硅等复合材料性能特点：各向同性。
（4）金属丝增强体（一维）不锈钢丝、钨丝等（W/Al、W/Ni、不锈钢丝/Al）（5）片状物增强体（二维）陶瓷薄片：SiC/C、SiC/ZrO2、Si3N4/BN等。
（6）纤维编织类增强体（三维）纤维编织成的三维结构1.3 纤维类增强体具有高强度的原因（1）固体材料的理论强度：σth = (Eγ/a0)1/2纤维类增强体：Be、B、C、Al、Si以及它们与N、O的化合物（常温下原子半径小、化学性质稳定）纤维类增强体理论强度高纤维材料所包含的缺陷的形状、位置、取向和数目都有别与同质地的块状材料内部径向最大裂纹尺寸：非常小（纤维类增强材料）一般（同质地块状材料）内部轴向最大裂纹尺寸：一般（纤维类增强材料）一般（同质地块状材料）纤维中轴向的最大裂纹尺寸虽然可与块体材料中的相比，但对轴向性能的影响则很小（纤维主要承受轴向拉伸载荷）。
复合材料的增强体
02
增强体的材料类型
玻璃纤维
玻璃纤维是一种无机非金属材料，由 熔融的玻璃拉丝制成，具有高强度、 高弹性模量、低密度、耐腐蚀、绝缘 等优点。
玻璃纤维增强复合材料广泛应用于航 空航天、汽车、建筑、体育器材等领 域。
玻璃纤维在复合材料中常用作增强体， 可提高复合材料的强度、刚度和耐久 性。
碳纤维
在汽车工业领域的应用
总结词
高强度、耐腐蚀
详细描述
汽车工业中，增强体如玻璃纤维、碳纤维等被用于制造汽车车身、底盘和零部件 ，以提高其强度、刚度和耐腐蚀性能，延长使用寿命。
在建筑领域的应用
总结词
结构加固、节能环保
详细描述
在建筑领域，增强体如碳纤维、玻璃纤维等被用于结构加固和节能环保的复合材料中，如建筑板材、墙体和屋顶 等，提高结构的强度和耐久性，同时实现节能环保的效果。
在体育器材领域的应用
总结词
轻量、高强度
详细描述
在体育器材领域，增强体如碳纤维、玻璃纤维等被广泛应用于制造球拍、自行车车架、滑雪板等体育 器材中，以提高其轻量化和高强度的性能。
在其他领域的应用
总结词
广泛的应用领域
详细描述
除了以上领域外，复合材料的增 强体还广泛应用于医疗器械、电 子产品、船舶制造等领域，以满 足各种不同的性能要求。
增强体可以增加复合材料的硬 度和抗划痕能力，提高其耐磨
性。
增强体的分类
按形态分类
按材质分类
按长度分类
按表面处理分类
增强体可以分为纤维状、 颗粒状和晶须状增强体。
增强体可以分为玻璃纤 维、碳纤维、陶瓷颗粒、
金属晶须等。
增强体可以分为短纤维、 长纤维和连续纤维。
复合材料的增强体
增强体能够提高复合材料的抗氧化性 能，使其在高温环境下不易发生氧化 反应，保持较好的力学性能。
04
增强体在复合材料中的应用
航空航天领域
航空航天领域对材料性能要求极高，复合材料的增强体在减轻结构重量、提高结构 强度和刚度方面具有显著优势。
碳纤维、玻璃纤维等增强体广泛应用于飞机、卫星和火箭等航空航天器的结构件和 功能件中，如机翼、机身、尾翼、卫星天线等。
VS
工艺控制
制备高性能复合材料需要精确控制工艺参 数，如温度、压力、时间等，以确保增强 体在基体中的均匀分布和最佳性能表现。
06
结论
复合材料增强体的未来发展方向
高性能化
随着科技的不断进步，复合材料增强体将向着更 高性能的方向发展，以满足更广泛的应用需求。
环保化
随着环保意识的提高，复合材料增强体将更加注 重环保，减少对环境的负面影响。
复合材料增强体的研发和应用将提升相关产业的附加值，促进经 济发展。
感谢您的观看
THANKS
舒适度。
05
增强体的发展趋势与挑战
新材料与新技术的发展
高性能纤维
随着新材料技术的不断发展，高性能纤维如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等在复合材料增强体中得到广泛应用， 提高了复合材料的力学性能和功能性。
纳米增强体
纳米材料在复合材料增强体中具有巨大的潜力，如纳米碳管、纳米颗粒、纳米纤维等，能够显著提高复合材料的 强度、韧性、耐热性等性能。
增强体能够提高航空航天器的耐高温性能、抗疲劳性能和抗腐蚀性能，延长使用寿 命。
汽车工业领域
汽车工业领域对材料轻量化和节能减排 有很高的要求，复合材料的增强体成为 一种理想的替代传统金属材料的解决方
案。
复合材料增强体课件
02 复合材料增强体制备方法
原材料选择与处理
01
02
03
原材料类型
选择合适的增强体原材料， 如玻璃纤维、碳纤维、芳 纶纤维等。
原材料处理
对原材料进行预处理，如 切割、打磨、清洗等，以 适应后续制备工艺。
原材料质量控制
确保原材料的质量和稳定 性，以满足复合材料的性 能要求。
制备工艺流程及设备
工艺流程
汽车工业领域应用案例分析
节能减排需求
汽车工业领域对节能减排有很高的要求，复合材料增强体能够提供 轻量化的材料，降低汽车重量，从而减少燃油消耗和排放。
安全性需求
汽车在行驶过程中会受到各种外力的作用，复合材料增强体具有较 好的抗冲击性能和耐磨损性能，能够提高汽车的安全性。
舒适性需求
汽车内部需要提供舒适的乘坐环境，复合材料增强体具有较好的隔音、 隔热性能，能够提高汽车的舒适性。
弹性模量
通过弹性模量测试，可以了解复合材料在受力作用下的弹 性变形性能。弹性模量反映了复合材料抵抗变形的能力。
弯曲强度
弯曲强度表征了复合材料在承受弯曲载荷时的承载能力。 这种测试通常在三点或四点弯曲试验中进行，以确定材料 的最大弯曲应力。
拉伸强度与压缩强度
通过在特定方向上对复合材料施加拉力或压力，可以测定 其承受最大应力的能力。拉伸强度和压缩强度是评估复合 材料承受载荷能力的重要指标。
随着物联网、大数据等技术的发展，复合材料增强体将向智能化方向发展，实现材料的在 线监测、预测和调控。
技术挑战与对策分析
加强基础研究
对策分析
针对这些技术挑战，可以采取以 下对策
加大对复合材料增强体基础研究 的投入，深入了解其性能和机理， 为技术突破提供理论支持。
复合材料增强体
第二章复合材料增强体(Reinforcement)重点：1、增强体种类2、各种纤维的制造工艺、性能特点掌握：各种纤维的制造工艺、性能特点熟悉：增强体种类第二章复合材料增强体(Reinforcement)纤维及其织物、晶须、颗粒一、复合材料增强剂的特点（图7–1）1、具有很低的比重；2、组成这些化合物的元素都处在元素周期表中的第二、第三周期；3、它们大多数都是以结合力很强的共价键结合；4、具有很高的比强度、比刚度和高温稳定性。
二、纤维1、无机纤维1-1、玻璃纤维（Glass Fiber）1 玻璃纤维的制造生产玻璃纤维的过程是将硅砂、石英石、硼酸和其它成分（粘土，氟石等）干混后，经高温炉熔融，熔化后的玻璃液直接通过漏板形成了玻璃纤维。
2 玻璃纤维的品种A玻璃：高碱玻璃（钠玻璃），最常用，化学性能稳定；C玻璃：硼硅酸钠玻璃，抗化学作用；D玻璃：低介电性玻璃，用于雷达工业；E玻璃：无碱玻璃，电绝缘性能好；S玻璃：高强度玻璃纤维；R玻璃：粗纤维；M玻璃：高模量玻璃。
1-1、玻璃纤维（Glass Fiber）玻璃纤维是由各种金属氧化物的硅酸盐经熔融后以快的速度抽丝而成。
质地柔软，可纺织成各种玻璃布、带等。
伸长率和热膨胀系数小，耐腐蚀，耐高温性能较好，价格便宜，品种多。
缺点是不耐磨、易折断，易受机械损伤。
1-２、碳纤维l碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的l纤维状聚合物碳。
含碳量95%左右的称为碳纤维；l含碳量99%左右的称为石墨纤维。
碳纤维比重小，l比强度、比模量大见下表，耐热性和耐腐蚀性l好，成本低，批生产量大，是一类极为重要的高l性能增强剂。
粘胶(rayon)系粘胶是一种热固性聚合物，将粘胶原丝转变成碳纤维的生产工艺过程与PAN系碳纤维的过程类似，同样分为预氧化、碳化和石黑化三个阶段，其制备的碳纤维力学性能较差而耐烧性和隔热性能好。
目前用量较少，美国等国有少量生产。
3 性能特点1 典型性能δ=0.5~2.5%2、线膨胀系数小，且各向异性。
复合材料概论第2章--复合材料的基体材料ppt课件
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31
1 微晶玻璃
微晶玻璃是通过加入晶核剂等方法，经过热处理过程在玻璃中 形成晶核，再使晶核长大而形成的玻璃与晶体共存的均匀多晶 材料，又称为玻璃陶瓷。
微晶玻璃的结构与性能与陶瓷、玻璃均不同，其性质是由晶相 的矿物组成与玻璃相的化学组成以及它们的数量决定的，集中 了玻璃与陶瓷的特点。
碳化硼属于六方晶系。重量轻，硬度高（50GPa， 仅次于金刚石），耐磨性好，热稳定性好，耐酸。耐 碱性。可用作喷砂嘴，切削工具，高温热交换器、轻 型装甲陶瓷等。
B4C粉末一般用适量的碳还原氧化硼制得： B2O3+C→B4C
B4C陶瓷难以烧结，原因是烧成温度范围窄，温度 过低，烧结不致密，温度太高易导致B4C分解。
化性能，并且要施工简单，有良好的工艺性能。
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2 辅助剂：
（1）交联剂（引发剂、促进剂）
交联剂：能在线型分子间起架桥作用从而使多个线型分子相互键合 交联成网络结构的物质。 促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形 成的物质。也称为固化剂。(为什么要用交联剂？常用的交联剂，p25)
引发剂：指一类容易受热分解成自由基的化合物，可用于引发烯类、 双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应，也可用于不饱和聚酯的交联固 化和高分子交联反应。 （临界温度和半衰期，常用的引发剂，p26）
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碳化硼和碳化钛陶瓷 —碳化钛陶瓷
碳化钛结晶为面心立方晶格（NaCl型)。晶格常数为 0.4319nm，密度为4.93～4.9 g·cm-3 ，熔点为3160～ 3250℃，1.15K时TiC呈现超导特性，TiC莫氏硬度9～ 10，弹性模量322MPa，可用作耐磨材料。 TiC粉末制 取方法：
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从物理形态分：有纤维状增强体、片状增强体、颗粒状 增强体等。
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。
增强体的分类
按形态分类
纤维类增强体 颗粒类增强体 晶须类增强体 金属丝 片状物增强体
§2-2 无机非金属纤维
无碱玻璃纤维成型温度高、硬化速度快、 结构键能大； 氧化钠和氧化钾的含量越高，玻璃纤维的强 度会相应的降低。
③ 存放时间对强度的影响 玻璃纤维存放一段时间后其强度会降低 —纤维的老化。 原因：空气中的水分和氧气对纤维侵蚀
④ 施加负荷时间对强度的影响 玻璃纤维强度随着施加负荷时间的增长而降低。 环境湿度较高时，尤其明显. 原因：吸附在微裂纹中的水分，在外力作用下， 使微裂纹扩展速度加速。
一般：5-10um的纤维作为纺织制品用； 10-14um的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等 较为适宜。
3）按纤维外观分类 连续纤维； 无捻粗纱及有捻粗纱，短切纤维，空心玻璃纤维、玻璃粉
及磨细纤维等。
玻璃纤维纱 玻璃纤维布 玻璃纤维带 玻璃纤维管 玻璃纤维毡
4）按纤维性能分类 这是一类为适应特殊使用要求，新发展起来的，纤维本
（二）玻璃纤维的制造方法 玻璃球法 直接熔融法(池窑拉丝法)。 （1）包括制球和拉丝两步： →制玻璃球
→铂金坩埚熔融
→小漏孔拉丝 →涂浸润剂
(2) 池窑漏板法拉丝工艺
池窑拉丝是连续玻璃纤维生产的一种新的工 艺方法,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。
（三）玻璃纤维分类：
组成：
SiO2 + 氧化物
Al2O3、CaO、MgO、Na2O、BeO 、B2O3 等
骨架氧化物： 二氧化硅、三氧化二硼
改性氧化物： 氧化钙、三氧化二铝等；
能在一定条件下构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质 和工艺性。
助熔氧化物： 氧化钠，氧化钾等，
降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃溶液中的 气泡容易排除，通过破坏玻璃骨架，使结构疏 松，从而达到助溶的目的。
(1)以玻璃原料成分分类 (2)以单丝直径分类 (3)以纤维外观分类 (4)以纤维特性分类
1）以玻璃原料成分分类 一般以不同的碱金属氧化物含量来区分。 可以分为：无碱，中碱，有碱，特种玻璃纤维 无碱玻璃纤维（E玻璃纤维）
碱金属氧化物含量 0.5% 化学稳定性、电绝缘性能、强度好 主要用作电绝缘材料、玻璃钢的增强材料等
中碱玻璃纤维（C玻璃纤维） 碱金属氧化物含量11.5-12.5% 含碱量高，不能用作电绝缘材料，但其化学稳定性和强度
尚好。
一般用作乳胶布、方格布基材、酸性过滤布、窗纱基材等 ，也可作对电性能和强度要求不很严格的玻璃钢增强材料。
成本较低，用途较广。
有碱玻璃纤维（A玻璃纤维） 碱金属氧化物含量 15％ 如采用碎的平板玻璃、碎瓶子玻璃等作原料拉制而成的玻
璃纤维均属此类。
可用作蓄电瓶的隔离片、管道包扎布和毡片等防水、防潮 材料。
特种玻璃纤维
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；
硅铝钙镁系耐化学腐蚀玻璃纤维
含铅纤维；
高硅氧纤维二氧化硅含量高于96%
石英纤维高纯二氧化硅和天然石英晶体制成的纤维。
2）以单丝直径分类 粗 纤 维：单丝直径一般为30um 初级纤维：单丝直径大于20um； 中级纤维：单丝直径10-20um 高级纤维：（纺织纤维）其单丝直径3-10um。 超细纤维：单丝直径小于4um。
（五)玻璃纤维的物理性能 1.外观和密度
玻璃纤维呈表面光滑的圆柱体，表面光滑， 纤维之间的抱合力非常小，不利于和树脂粘结。 而玻璃纤维彼此相靠近时，空隙填充得较为密 实，有利于提高玻璃钢制品的玻璃含量。
பைடு நூலகம்
2.表面积大 使得纤维表面处理的效果对性能的影响很大。
3.力学性能 a.拉伸强度 最大特点是拉伸强度高 玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高几十
身具有某些特殊优异性能的新型玻璃纤维，大致可分为：
高强玻璃纤维； 高模量玻璃纤维； 耐高温玻璃纤维； 耐碱玻璃纤维； 耐酸玻璃纤维； 普通玻璃纤维（指无碱及中碱玻璃纤维） 光学纤维； 低介电常数玻璃纤维； 导电纤维等
（四）玻璃纤维的结构和组 成
玻璃是由硅氧原子为主组成的不规则网络，网络间存在空穴， 空穴中填充着Na＋，K＋、Ca2＋、Mg2＋等金属离子。
第二章 复合材料增强体
主要内容：
•增强体的概念和分类 •无机非金属纤维 •金属丝 •有机纤维 •晶须 •颗粒
§2-1 增强体的概念和分类
增强体：能提高基体材料力学性能的物质。 增强体是复合材料的主要组成部分，它
起着提高树脂基体的强度、模量、耐热和 耐磨等性能的作用；同时，增强体能减少 复合材料成型过程中的收缩率，提高制品 硬度等作用。
用⑤漏玻板纤拉的制成的型玻工璃艺纤和维条强件度。高于用玻璃棒法拉制 的纤维。 如用漏板法拉制10μm玻璃纤维的强度为 1700MPa，而用棒法拉制相同直径的玻璃纤维强 度仅为1100MPa。 原因: •玻璃棒只加热到软化，粘度仍然很大，拉丝时 纤维受到很大的应力； •此外玻璃棒法是在较低温度下拉丝成型，其冷
一、玻璃纤维 （Glass Fibers）
（一）概述：玻璃纤维是复合材料中使用量最 大的一种增强材料。 • 一种性能优异的无机非金属材料; • 具有不燃、耐高温(熔点680，沸点1000
度）、电绝缘、拉伸强度高、化学稳定 性好等优良性能; • 无普通玻璃的脆性，质地柔软而有弹性， 可并股、加捻、纺织成各种玻璃布、玻 璃带等织物。 • 密度2.4-2.7g/cm3.
c. 玻璃纤维的弹性
•玻璃纤维的延伸率：纤维在外力作用下直至拉 断时的伸长百分率约为3%。
倍 例：块状有碱玻璃纤维的拉伸强度：
40MPa~100MPa 玻璃纤维强度：1500-4000MPa
b.影响玻璃纤维强度的因素： ① 纤维直径和长度对拉伸强度的影响 •直径越细，拉伸强度越高
•随着纤维长度的增加，拉伸强度显著下降
② 化学组成对拉伸强度的影响 •含碱量越高，强度越低。 •无碱玻璃纤维比有碱玻璃纤维的拉伸强度高 20%。