玻璃纤维增强复合材料

短切玻璃纤维增强聚合物基复合材料
材料13-1班 赵乙凡
材料简介
玻璃纤维增强热塑性复合材料是将玻璃纤维均匀地分布 在热塑性树脂基体中的一种复合材料。具有密度小、强度 高，热塑性好，耐化学腐蚀，电性能优异，加工性能好等 优点，其应用领域十分广泛，主要用于航天航空、汽车制 造工业、船舶工业、化工防腐、电子工业及建筑工程等。
玻璃纤维增强复合材料界面的特点
玻璃纤维增强复合材料的界面是由玻璃纤维和基体通过偶联形成的， 这两相的偶联引起多种界面效应，从而使界面拥有不同于其两相的结构和 性能。除此之外，复合材料的界面层还有如下特点：
①具有一定厚度 ②界面性能随厚度方向呈渐进变化 ③界面层性能随环境的变化而变化
玻璃纤维增强聚合物基复合材料的制备
纤维
切断
配料
处理
混炼 模压 制样
捏合
受力特点
复合材料受力时,载荷一般 都是直接加在基体上,然后通过 一定方式传递至纤维,使纤维受 载。纤维通过界面沿纤维轴向 的剪应力传递载荷,会受到比基 体中更大的拉应力, 从而增强 基体。
短切玻璃纤维用量对复合材料冲击强度的影响（以PET基体为例）
当短切玻璃纤维质量分 数小于30%时,随着纤维用 量的增加, 复合材料的冲击 强度得到明显的提高;而继 续增加含量, 冲击强度开始 下降。最佳的玻璃纤维质 量分数为30%
1一玻璃纤维 2一切断刀具 3一沟轮齿 4一握持点
玻璃纤维浸润剂及偶联剂
在生产玻璃纤维的拉丝过程中，需要在玻璃纤维表面涂覆一种以 有机物乳液或溶液为主体的多相组分的专用表面处理剂，这种涂覆物 既能有效地润滑玻璃纤维表面，又能将数百根乃至数千根玻纤单丝集 成一束，在原丝缠绕成原丝筒后原丝不相互粘结，使玻璃纤维在后加 工过程中柔软、减少机械磨损，这些专用的表面处理剂叫做玻璃纤维 浸润剂。 偶联剂一般由两部分组成，一部分是亲无机基团，可与无机增强 材料发生反应；另一部分是亲有机基团，可与合成树脂基体发生反 应。因此，偶联剂可起到桥梁作用，实现无机物玻璃纤维增强体和 有机物树脂基体之间良好的界面结合。
玻璃纤维的表面处理
1.热处理：将玻璃纤维在一定温度下处 理一定时间，从而脱去其表面的原有 浸润剂乳。
2.热处理：热处理是在高温下去除玻璃 纤维表面涂覆的原有浸润剂，同时将 玻璃纤维的表面吸附水除去。 3.酸碱刻烛处理：酸碱刻蚀处理是通过 酸或碱在玻璃纤维表面通过化学腐烛 在纤维表面形成凹陷或微孔。当玻璃 纤维与树脂基体复合时，一些大分子 结构的高聚物链段会进入到空穴中， 起到类似于锚固作用，增加了玻纤与 聚合物之间的界面结合力。玻璃纤维与其它有源自纤维的差异玻璃纤维短切机理
1.纤维短切的一般原理是先将纤维两端夹持,再利用刀具 的快速运动将纤维切断。
2.玻璃纤维是脆性材料,切削加工完全不同于金属材料和其它纤维,它的导热性比金属材 料小得多,伸长率小、柔性差,含有硬质点氧化物,切削加工时的散热条件差,切削时产生 的大量热不易被切屑带走,大部分聚集在刀具的刀尖、刀刃附近,使刀具急剧磨损。
玻璃纤维
(1)拉伸强度高，伸长小(3%)。
玻璃纤维是一 种性能优异的无 机非金属材料， 单丝的直径为几 个微米到二十几 米个微米，每束 纤维原丝都由数 百根甚至上千根 单丝组成，通常 用作复合材料中 的增强材料。
(2)弹性系数高，刚性佳。
(3)弹性限度内伸长量大且拉伸强度高，故吸收冲击能量大。
(4)为无机纤维，具不燃性，耐化学性佳。
短切玻璃纤维长度对复合材料强度的影响
玻璃纤维长度/nm 材料性能 弯曲强度 /MPa 冲击强度 /kJ*m-2 3 117.88 38.9 7 102.39 40.89 9 118.208 63.15
随着玻璃纤维长度的增加,复合材料的缺口冲击 强度成上升趋势。这是因为在低纤维含量时,纤维 在基体中分布的比较均匀,而且随着纤维长度增加, 冲击断裂时由于较长的纤维与基体材料的接触面更 多,拔出较长的纤维需要更多的能量所以材料的冲 击强度有了很大的提高。
(5)与树脂接着性良好。
(6)尺度安定性，耐热性均佳。
(7)加工性佳，可作成股、束、毡、织布等不同形态之产品。
玻璃纤维的生产
原料
拉丝
烘干
配合料 制备
熔制
在线 短切
玻璃纤维材料的特性
玻璃纤维具有高强低伸、易弯曲脆断等特性件,在加工过程中其 纱线容易受到拉伸、弯曲、摩擦等外力作用而导致损伤,出现毛丝、 断头等问题,严重影响加工和使用件。玻璃纤维外表呈光滑的圆柱状, 其截面呈完整的圆形。这是由于纤维成型过程中,熔融玻璃被牵引和 冷却成固态的纤维前,在表面张力的作用下收缩成表面积最小的圆形 所致,不同于有机纤维表面具有较深的皱纹且呈现非圆截面。