复合材料的增强材料 PPT
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• 类型：SiC、Al2O3、Si3N4等陶瓷晶须。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
2) 按纤维组成分类
• 无机非金属纤维：碳纤维、玻璃纤维、硼 纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硅 纤维；
• 有机纤维：芳纶纤维（Kevlar纤维）、超高 分子聚乙烯纤维等；
• 金属丝：钨丝、铍丝、钢丝等。
• 无机非金属颗粒：如碳化硅、氧化铝、碳 化钛、碳化硼、石墨、金刚石、碳酸钙；
• 聚合物颗粒：聚乙烯、氟树脂、聚丙烯、 聚酰胺颗粒；
• 金属颗粒：铁、铜、铝颗粒。
晶须类增强体
• 晶须：是人工制造出的细小单晶，一般呈 棒状，其直径为0.2～1μm，长度为几十微 米。
• 性质：由于细小组织结构、缺陷少，具有 很高的强度和模量。
Baidu Nhomakorabea
⑴E-玻璃
亦称无碱玻璃，系一种硼硅酸盐玻璃。 优点：有良好的电气绝缘性及机械性能， 用途：广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维、也大 量用于生产玻璃钢用的玻璃纤维。 缺点：易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环 境。
⑵C-玻璃 亦称中碱玻璃， 优点：耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃, 缺点：电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10％~20 ％。 国外的中碱玻璃纤维含一定数量的B2O3 。 我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。 国外用途：中碱玻璃只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品， 如用于生产玻璃纤维表面毡等，也用于增强沥青屋面材料， 我国用途：中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半(60 ％)，广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产， 因其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力 。
复合材料的增强材料
复合材料的增强材料应具备的基本特性
1. 能明显提高基体某种所需的性能，如比强度、 比模量、耐热性、耐磨性或低膨胀性等
2. 良好的化学稳定性； 3. 良好的浸润性；
增强体的分类
• 按纤维形状分类 • 按纤维组成分类
1）按纤维形状分类
• 纤维类增强体 • 颗粒类增强体 • 晶须类增强体 • 片状物增强体：主要为陶瓷薄片，用于陶
⑶高强玻璃纤维
美国欧文斯—科宁公司生产的牌号为S和S-2玻璃纤 维、法国圣戈班公司生产的R-玻璃纤维、日本日东纺生 产的T玻璃纤维及我国生产的HS玻璃纤维均属于高强玻 璃纤维。
特点:高强度、高模量。 用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹 盔甲及运动器械。 由于价格昂贵，目前在民用方面还不能得到推广， 全世界产量也就几千吨左右。
这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。 一般以不同的含碱量来区分：
无碱玻璃纤维(通称E玻璃)： 国内目前规定碱金属氧化物含量不大于0.5％，国外 一般为1％左右；
中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量为11.5％－12.5％； 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。
玻璃纤维是复合材料中使用量最大的一种增强材料。 国外玻璃纤维特点：
1. 技术上先进，普遍采用池窑拉丝技术，发展多排 多孔拉丝工艺
2. 直径越来越粗，纤维直径为14~24μm，甚至达到 27μm
3. 大量生产无碱玻纤，无纺织玻璃纤维织物
4. 无捻粗纱的短切纤维毡片所占比例增加，偶 联剂的品种不断增加 5. 重视纤维－树脂界面的研究，玻璃纤维的前 处理受到普遍重视
• 全世界的玻纤发展历程
1. 20世纪30年代末，最早的E玻璃纤维问世，并且出现了环氧树脂和 不饱和聚酯，为玻璃纤维电气层材料和玻璃纤维增强材料的发展奠 定了基础。
2. 1958—1959年，玻璃纤维池窑拉丝工艺获得成功，实现了玻璃纤 维技术的重要跨越，开始了玻纤的规模化、现代化生产。当时全世 界95%以上的纤维都采用池窑拉丝进行生产。
• 玻璃是一种以脆闻名的物质。有趣的 是，玻璃一旦经加热，被拉制成比头 发还要细得多的玻璃纤维之后，它就 变得像合成纤维那样柔软，而坚韧的 程度甚至超过了同样粗细的不锈钢丝！
玻璃纤维有啥用处呢？
• 玻璃绳 • 玻璃布 • 绝缘材料 • 玻璃纤维复合材料 • 玻璃棉 • 纤维内窥镜 • 光导纤维
• 用于内窥镜的照明、冷光传导 单丝直径35微米,通光口径1---30 mm,保护层为不锈钢金 属软管+硅胶管
国内玻璃纤维特点：
较国外起步较晚，中碱玻璃纤维仍然占大多 数，正向粗纤维方向发展，池窑拉丝工艺正在推 广，新型偶联剂不断出现，改善了纤维－树脂界 面，重视纤维-树脂界面的研究。
3.1.2 玻璃纤维的分类
玻璃纤维的分类方法很多，一般可 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。
(1) 以玻璃原料成分分类
3. 20世纪70年代，世界性能源危机促进了玻纤的发展，世界产量近 1000万吨。
4. 20世纪末，玻璃纤维增强热固性材料、玻璃纤维增强热塑性材料、 玻璃纤维增强沥青防水材料和用于电绝缘级建筑等企业的玻璃纤维 制品已成为相对稳定的四大玻璃纤维支柱市场。
5. 目前，玻璃纤维已有几千个品种，几万余不同产品在各个领域卓有 成效的发挥着作用。
• 透光率高，柔软性好
• 纤维光缆的结 构和单个的纤 维。注意光缆 的横切面至少 30％被低折射 指数的金属包 层和非传导性 填充材料所占 据。
3.1 玻璃纤维及其制品 3.1.1玻璃纤维发展历史
• 20世纪30年代，美国欧文斯·科宁玻璃公司生产的 玻璃纤维问世。
• 1946年，在我国上海采用陶土质坩埚也生产出了成 束的玻璃纤维。
瓷薄片叠压成型CMC。
纤维类增强体
➢连续纤维增强体： • 分单丝、束丝（数百至几万根单丝组成） • 长度>100m，一般直径在1～20μm，直径
越小强度越高。 ➢短纤维增强体： • 长度几十毫米，分单丝、和束丝短纤维增
强体。 • 短纤维增强复合材料的强度、刚度低于连
续纤维复合材料。
颗粒类增强体
➢作用：以很细的粉状（<50μm)加到基体中 起到提高强度、模量、增韧、耐磨、耐热 等作用。按材料组成分为
⑷AR玻璃纤维
亦称耐碱玻璃纤维，主要是为了增强水泥 而研制的。普通的波特兰水泥呈碱性，一般玻 璃纤维在这种水泥中很快就被腐蚀而丧失强度。 而耐碱纤维因含有16％的ZrO2，故耐碱性大为 增加。目前这种耐碱纤维已在增强水泥制品中 应用。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
2) 按纤维组成分类
• 无机非金属纤维：碳纤维、玻璃纤维、硼 纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硅 纤维；
• 有机纤维：芳纶纤维（Kevlar纤维）、超高 分子聚乙烯纤维等；
• 金属丝：钨丝、铍丝、钢丝等。
• 无机非金属颗粒：如碳化硅、氧化铝、碳 化钛、碳化硼、石墨、金刚石、碳酸钙；
• 聚合物颗粒：聚乙烯、氟树脂、聚丙烯、 聚酰胺颗粒；
• 金属颗粒：铁、铜、铝颗粒。
晶须类增强体
• 晶须：是人工制造出的细小单晶，一般呈 棒状，其直径为0.2～1μm，长度为几十微 米。
• 性质：由于细小组织结构、缺陷少，具有 很高的强度和模量。
Baidu Nhomakorabea
⑴E-玻璃
亦称无碱玻璃，系一种硼硅酸盐玻璃。 优点：有良好的电气绝缘性及机械性能， 用途：广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维、也大 量用于生产玻璃钢用的玻璃纤维。 缺点：易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环 境。
⑵C-玻璃 亦称中碱玻璃， 优点：耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃, 缺点：电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10％~20 ％。 国外的中碱玻璃纤维含一定数量的B2O3 。 我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。 国外用途：中碱玻璃只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品， 如用于生产玻璃纤维表面毡等，也用于增强沥青屋面材料， 我国用途：中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半(60 ％)，广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产， 因其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力 。
复合材料的增强材料
复合材料的增强材料应具备的基本特性
1. 能明显提高基体某种所需的性能，如比强度、 比模量、耐热性、耐磨性或低膨胀性等
2. 良好的化学稳定性； 3. 良好的浸润性；
增强体的分类
• 按纤维形状分类 • 按纤维组成分类
1）按纤维形状分类
• 纤维类增强体 • 颗粒类增强体 • 晶须类增强体 • 片状物增强体：主要为陶瓷薄片，用于陶
⑶高强玻璃纤维
美国欧文斯—科宁公司生产的牌号为S和S-2玻璃纤 维、法国圣戈班公司生产的R-玻璃纤维、日本日东纺生 产的T玻璃纤维及我国生产的HS玻璃纤维均属于高强玻 璃纤维。
特点:高强度、高模量。 用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹 盔甲及运动器械。 由于价格昂贵，目前在民用方面还不能得到推广， 全世界产量也就几千吨左右。
这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。 一般以不同的含碱量来区分：
无碱玻璃纤维(通称E玻璃)： 国内目前规定碱金属氧化物含量不大于0.5％，国外 一般为1％左右；
中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量为11.5％－12.5％； 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。
玻璃纤维是复合材料中使用量最大的一种增强材料。 国外玻璃纤维特点：
1. 技术上先进，普遍采用池窑拉丝技术，发展多排 多孔拉丝工艺
2. 直径越来越粗，纤维直径为14~24μm，甚至达到 27μm
3. 大量生产无碱玻纤，无纺织玻璃纤维织物
4. 无捻粗纱的短切纤维毡片所占比例增加，偶 联剂的品种不断增加 5. 重视纤维－树脂界面的研究，玻璃纤维的前 处理受到普遍重视
• 全世界的玻纤发展历程
1. 20世纪30年代末，最早的E玻璃纤维问世，并且出现了环氧树脂和 不饱和聚酯，为玻璃纤维电气层材料和玻璃纤维增强材料的发展奠 定了基础。
2. 1958—1959年，玻璃纤维池窑拉丝工艺获得成功，实现了玻璃纤 维技术的重要跨越，开始了玻纤的规模化、现代化生产。当时全世 界95%以上的纤维都采用池窑拉丝进行生产。
• 玻璃是一种以脆闻名的物质。有趣的 是，玻璃一旦经加热，被拉制成比头 发还要细得多的玻璃纤维之后，它就 变得像合成纤维那样柔软，而坚韧的 程度甚至超过了同样粗细的不锈钢丝！
玻璃纤维有啥用处呢？
• 玻璃绳 • 玻璃布 • 绝缘材料 • 玻璃纤维复合材料 • 玻璃棉 • 纤维内窥镜 • 光导纤维
• 用于内窥镜的照明、冷光传导 单丝直径35微米,通光口径1---30 mm,保护层为不锈钢金 属软管+硅胶管
国内玻璃纤维特点：
较国外起步较晚，中碱玻璃纤维仍然占大多 数，正向粗纤维方向发展，池窑拉丝工艺正在推 广，新型偶联剂不断出现，改善了纤维－树脂界 面，重视纤维-树脂界面的研究。
3.1.2 玻璃纤维的分类
玻璃纤维的分类方法很多，一般可 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。
(1) 以玻璃原料成分分类
3. 20世纪70年代，世界性能源危机促进了玻纤的发展，世界产量近 1000万吨。
4. 20世纪末，玻璃纤维增强热固性材料、玻璃纤维增强热塑性材料、 玻璃纤维增强沥青防水材料和用于电绝缘级建筑等企业的玻璃纤维 制品已成为相对稳定的四大玻璃纤维支柱市场。
5. 目前，玻璃纤维已有几千个品种，几万余不同产品在各个领域卓有 成效的发挥着作用。
• 透光率高，柔软性好
• 纤维光缆的结 构和单个的纤 维。注意光缆 的横切面至少 30％被低折射 指数的金属包 层和非传导性 填充材料所占 据。
3.1 玻璃纤维及其制品 3.1.1玻璃纤维发展历史
• 20世纪30年代，美国欧文斯·科宁玻璃公司生产的 玻璃纤维问世。
• 1946年，在我国上海采用陶土质坩埚也生产出了成 束的玻璃纤维。
瓷薄片叠压成型CMC。
纤维类增强体
➢连续纤维增强体： • 分单丝、束丝（数百至几万根单丝组成） • 长度>100m，一般直径在1～20μm，直径
越小强度越高。 ➢短纤维增强体： • 长度几十毫米，分单丝、和束丝短纤维增
强体。 • 短纤维增强复合材料的强度、刚度低于连
续纤维复合材料。
颗粒类增强体
➢作用：以很细的粉状（<50μm)加到基体中 起到提高强度、模量、增韧、耐磨、耐热 等作用。按材料组成分为
⑷AR玻璃纤维
亦称耐碱玻璃纤维，主要是为了增强水泥 而研制的。普通的波特兰水泥呈碱性，一般玻 璃纤维在这种水泥中很快就被腐蚀而丧失强度。 而耐碱纤维因含有16％的ZrO2，故耐碱性大为 增加。目前这种耐碱纤维已在增强水泥制品中 应用。