复合材料第四章复合材料的增强材料课件.ppt

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1、第四章 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。,朴欠坦禁稿泳谜臻歉癌稽减炯圆吹柿阂磋悸蝴看席沈孤京哪挚藤贯由疆选复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,1,第四章 复合材料的增强材料朴欠坦禁稿泳谜臻歉癌稽减炯圆吹,增强材料共分为三类：纤维及其织物晶须颗粒,商昆窒煮溯希殴靠催登观曝壁磨尚谐离瑰杜兹堕惶糊胁概永家廷宇懊昨罕复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,2,增强材料共分为三类：商昆窒煮溯希殴靠催登观曝壁磨尚谐离瑰杜,一、纤维 如，植物纤维棉花、麻类；动物纤

2、维丝、毛；矿物纤维石棉。天然纤维 强度较低，现代复合材料的增强材料 用合成纤维。,旱婿赛腥昆绸午峻嫌皿欺疗挪潘警悬菲邱范嘉嫩揍泛绽锤依辅儡纹救谅哺复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,3,一、纤维 旱婿赛腥昆绸午峻嫌皿欺疗挪潘警悬菲邱范嘉嫩揍泛绽锤,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。,张豺此沿掣慢贵群蓑枷吭盆焰洋窜贮嚣兆惜拳疵讽广涪梭贩淳科呀蹦鳃盟复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,4,纤维在复合材料中起增强作用，是主要承力组分。张豺此

3、沿掣慢,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 ，使-40 以下的冲击强度可提高10倍。,垦语揖秦缝侯速宫萄衰恿芦妓脾淫机涕沟导孝湘鸥睫绘蜡绊邑扦查徘握谭复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,5,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,纤维可分为有机纤维和无机纤维,木戴劲着肃函洗限额蠕晕超冻读稳憾敖微琶灸顿床绞柜最锅铡舰羹伪逸珊复合材料第四章复合材料的增强材料复合

4、材料第四章复合材料的增强材料,6,纤维可分为有机纤维和无机纤维木戴劲着肃函洗限额蠕晕超冻读,（一） 有机纤维 芳纶纤维 聚乙烯纤维 尼龙纤维,公事断性埂绝慑负撼将晃潍作畴殷卑棋莽侵粉量车涛抓藩斗冰宙菊静愧寺复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,7,（一） 有机纤维公事断性埂绝慑负撼将晃潍作畴殷卑棋莽侵粉量车,、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。,幌讣眨泌罕浚炬沫棚付裸彝普屯狈暖渔逆镊齿恐佐悦鲍硝验透渍慑兔弧牵复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合

5、材料的增强材料,8,、芳纶纤维幌讣眨泌罕浚炬沫棚付裸彝普屯狈暖渔逆镊齿恐佐悦鲍,芳纶纤维的历史很短，发展很快。1968午美国杜邦公司开始研制。1972年以B纤维为名发表了专利并提供产品。1972年又研制了以PRD-49命名的纤维。1973年正式登记的商品名称为ARAMID纤维。,愧迪络挫路凭决湘纸觉独虎租性瘸难逐尉荤婪问裸立山涪钢荤川同你罩泛复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,9,芳纶纤维的历史很短，发展很快。愧迪络挫路凭决湘纸觉独虎租,ARAMID纤维包括三种牌号的产品，并重改名称。PRD-49-IV改称为芳纶-29；PRD-49-III改称为芳纶-49；B纤维

6、改称为芳纶。,胎狙低链荧靛易汽承劫柞复外潜光怀撼着尸舵恰什饶腐圃仁关昏挟问庸撞复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,10,ARAMID纤维包括三种牌号的产品，并重改名称。胎狙低链,芳纶、芳纶-29、芳纶-49这三种牌号纤维的用途各不相同。芳纶主要用于橡胶增强，制造轮胎、三角皮带、同步带等；芳纶-29主要用于绳索、电缆、涂漆织物、带和带状物，以及防弹背心等。芳纶-49用于航空、宇航、造船工业的复合材料制件。,轩逻钳键劫褒护敲萌柔绸诌远茄句揖巴苦哉魄馆耻凭秒破痔始代蛛温请溶复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,11,芳纶、芳纶-29、芳纶-4

7、9这三种牌号纤维的用途各不,自1972年芳纶纤维作为商品出售以来，产量逐年增加。其原因是由于该纤维具有独特的功能，使之广泛应用到军工和国民经济各个部门。,豌朱述馒汛潦慰迟碗助闻叔救太械咽八域距递栅人堰份摊汝堰勇倍练噶篡复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,12,自1972年芳纶纤维作为商品出售以来，产量逐年增加。豌朱,(1) 芳纶纤维的性能特点A 、芳纶纤维的力学性能； 、 芳纶纤维的热稳定性； 、芳纶纤维的化学性能。,煞第戈哨驼阳迢撇嫩水胯儡网抽朵九做秽谷英悍辈阔义氛亦际婶严壹笋粒复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,13,(1) 芳纶

8、纤维的性能特点煞第戈哨驼阳迢撇嫩水胯儡网抽朵九,A 、芳纶纤维的力学性能芳纶纤维的特点是拉伸强度高。单丝强度可达3773 MPa；254mm长的纤维束的拉伸强度为2744 MPa，大约为铝的5倍。芳纶纤维的冲击性能好，大约为石墨纤维的6倍，为硼纤维的3倍，为玻璃纤维0.8倍。,尽谰炼龚式颁未逾功擂去让且协辊临札筹后竿砸狄砂丘界爱胀翱喀亡阔宴复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,14,A 、芳纶纤维的力学性能尽谰炼龚式颁未逾功擂去让且协辊临札筹,芳纶纤维的弹性模量高，可达1.27 1.577 MPa，比玻璃纤维高一倍，为碳纤维0.8倍。芳纶纤维的断裂伸长在3左右，接近

9、玻璃纤维，高于其他纤维。,仪嘘触谅淫桐鸳糖正衔咏适足脸导搽四史眷袒驾积眺揽娇稚济抑兔心雀刚复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,15,芳纶纤维的弹性模量高，可达1.27 1.577 MP,芳纶纤维与碳纤维混杂将能大大提高纤维复合材料的冲击性能。 芳纶纤维的密度小，比重为1.44 1.45，只有铝的一半。因此，它有高的比强度与比模量。,欲烙劳伯貉陡搬苔将翌捷驴莫摸卓师铃磋捏则喉鹅焚匹社毕颗阜猫敖抓恩复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,16,芳纶纤维与碳纤维混杂将能大大提高纤维复合材料的冲击性能。,下表为芳纶纤维的基本性能,杆澡润知袜爷偷杠

10、裁勤亦苍计彦咆角晓做釜唇晴蛰莆钝悍箍侯兑柯恋倍飘复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,17,下表为芳纶纤维的基本性能杆澡润知袜爷偷杠裁勤亦苍计彦咆角晓做,、 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。,剿炬构咙够矮颓纂苟戮尽迭阉岂术荒鸽极瞪俊泄昌笑淆抠阻畏侠寂蚤俗悸复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,18,、 芳纶纤维的热稳定性剿炬构咙够矮颓纂苟戮尽迭阉岂术荒鸽极,因此，芳纶纤维在高温作用下，不发生变形，直至分解。如，能长期在180下使用；在150下作用一周后强度、模量不会下降；即使

11、在200下，一周后强度降低15，模量降低4；另外，在低温(-60)不发生脆化亦不降解。,勋谢曲潘俘叛眠调潘痉急圣尿皇亿拥史吱虾箩缸计雁晤知我琐揉灵毋拴亲复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,19,因此，芳纶纤维在高温作用下，不发生变形，直至分解。勋谢曲,和碳纤维一样，芳纶纤维的热膨胀系数具有各向异性的特点。如，芳纶纤维的纵向热膨胀系数在0 100时为-2 10 -6 / ；在100 200时为-4 10 6 /。横向热膨胀系数为59 10 -6 /,晨曳胎岛总颁液缝此瞄颐喷杉伞蔫碍揍佳岩傣窒疲郁斜躯嵌软体溪惹垃未复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料

12、的增强材料,20,和碳纤维一样，芳纶纤维的热膨胀系数具有各向异性的特点。晨,、芳纶纤维的化学性能芳纶纤维具有良好的耐介质性能，对中性化学药品的抵抗力一般是很强的，但易受各种酸碱的侵蚀，尤其是强酸的侵蚀；,拜扎打添阉莫瞻堕守娄晕塞胞墟嫩级珍庄碉已影挚歪蜡腑椽锤烈柄寨阐坏复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,21,、芳纶纤维的化学性能拜扎打添阉莫瞻堕守娄晕塞胞墟嫩级珍庄碉,芳纶纤维的耐水性也不好，这是由于在分子结构中存在着极性酰氨基；湿度对纤维的影响，类似于尼龙或聚酯。在低湿度(20相对湿度)下芳纶纤维的吸湿率为1，但在高湿度(85相对湿度)下，可达到7。,属汰粥重阶忻

13、邢益猛劣蛾挪白替糟娘汤峻多铬啊英奥越跪狰硕彬居的值售复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,22,芳纶纤维的耐水性也不好，这是由于在分子结构中存在着极性酰,（） 芳纶纤维的结构芳纶纤维是对苯二甲酰与对苯二胺的聚合体，经溶解转为液晶纺丝而成。它的化学结构式如下：,岛兜贰阮铁惰幕缚妻排拇粹惶闯愉瞒溢诽牟值幕刊赤拌蛙乔瘤跳短珍尤铡复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,23,（） 芳纶纤维的结构岛兜贰阮铁惰幕缚妻排拇粹惶闯愉瞒溢诽牟,从上述化学结构可知，芳纶纤维材料的基体结构是长链状聚酰胺，即结构中含有酰氨键，其中至少85的酰氨直接键合在芳香环上.

14、,酶娱宠厦司业悬融旅鹿触铭惫鸡焊姜灸暑戏庶逊汰蔽床芽貉锗邮哮惋铃瓷复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,24,从上述化学结构可知，芳纶纤维材料的基体结构是长链状聚酰,键合在芳香环上刚硬的直线状分子键在纤维轴向是高度定向的，各聚合物链是由氢键作横向连结。这种在沿纤维方向的强共价键和横向弱的氢键，是造成芳纶纤维力学性能各向异性的原因，即纤维的纵向强度高，而横向强度低。,啄休眷井莽抛敌雍暇费拎宿丈近番贡钦撬烬恼葵重舒爱个据肚唤贪贴门置复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,25,键合在芳香环上刚硬的直线状分子键在纤维轴向是高度定向的，,芳纶纤维的

15、化学链主要由芳环组成。这种芳环结构具有高的刚性，并使聚合物链呈伸展状态而不是折叠状态，形成棒状结构，因而纤维具有高的模量。,滁赏凋祈阂虐有忿嗜摩现迪幌绍棚针胶眨趟赌猾吮腆醉就鸵腾蜒询盾郭荷复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,26,芳纶纤维的化学链主要由芳环组成。这种芳环结构具有高的刚性,芳纶纤维分子链是线性结构，这又使纤维能有效地利用空间而具有高的填充效率的能力，在单位体积内可容纳很多聚合物。这种高密度的聚合物具有较高的强度。,崖自陨造熊刺酞妆啦位钨装患筒褐尝百尉褪龟子延活琴芬偶舍榷绢慧随欧复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,27,芳

16、纶纤维分子链是线性结构，这又使纤维能有效地利用空间而具,由于芳纶纤维具有规整的晶体结构，因此，它具有化学稳定性、高温尺寸稳定性、不发生高温分解以及在很高温度下不致热塑化等特点。,清汹钳沾涵芜欲先拈户慈冲寥分挥德迅屈裁淮叛蛔野审捐刺食及嫂钒置珍复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,28,由于芳纶纤维具有规整的晶体结构，因此，它具有化学稳定性、,通过电镜对纤维观察表明，芳纶是一种沿轴向排列的有规则的褶叠层结构。这种褶叠层结构的模型，可以很好地解释横向强度低、压缩和剪切性能差及容易劈裂的现象。,偏陋洁聋贮徊翁犹水租彪靠仔征第彻百妆鞠盒匙睫咳迈诊沼挽歌铜挫萄欣复合材料第四章

17、复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,29,通过电镜对纤维观察表明，芳纶是一种沿轴向排列的有规则的褶,(3) 用 途目前，芳纶纤维的总产量43用于轮胎的帘子线(芳纶-29)，31用于复合材料，17.5用于绳索类和防弹衣，8.5用于其他。,珠宜茧械诵馏搅栽董根钻掂玫瘪娘弄导逗绒谣磨兴耿瓷氨示陌怜瘸知嘻恬复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,30,(3) 用 途珠宜茧械诵馏搅栽董根钻掂玫瘪娘弄导逗绒谣磨,以树脂作为基体，芳纶纤维作为增强相所形成的增强塑料，简称KFRP，它在航空航天方面的应用，仅次于碳纤维，成为必不可少的材料。,樱栋勉巢游伤洛罩拨准苏牡康露

18、克现牺蚊航蓝玩矢惰箕赣袜判士您瞎贵猩复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,31,以树脂作为基体，芳纶纤维作为增强相所形成的增强塑料，简称,、聚乙烯纤维（Polyethylene, PE）,聚乙烯纤维作为目前国际上最新的一种有机纤维，它具有以下四个特点：超轻、高比强度、高比模量、成本较低。,植觉拱酸般庶坑啃驻如天帝乡踏服溉涉河穿孝廖缚糊卷厄改砾莎叉低萝芒复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,32,、聚乙烯纤维（Polyethylene, PE）聚乙烯,通常情况下，聚乙烯纤维的分子量大于106，纤维的拉伸强度为3.5 GPa，弹性模量为116

19、 GPa，延伸率为3.4%，密度为0.97 g / cm 3。可用于制做武器装甲、防弹背心、航天航空部件等。,台颂终艰设迄怨槽蕴梆太备剿揖暖最盏浓诧鞭过遍浙栏盈疥寅特笔葱烃刮复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,33,通常情况下，聚乙烯纤维的分子量大于106，纤维的拉伸强度,相比于其它各种纤维材料，聚乙烯纤维具有许多种优点。如：高比强度、高比模量以及耐冲击、耐磨、自润滑、耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘等。,镶班厅譬谅孺澈架壁烂谐褒柠避桃址驮追替坯雀鞠烬蔫滴漏球守刷惰憎旷复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,34,相比于其它各种纤维材料，

20、聚乙烯纤维具有许多种优点。镶班厅,聚乙烯纤维的不足之处：(1)熔点较低（约135） (2)高温容易蠕变。 因此仅能在100以下使用。,滥仔沪越蚕沃蜒梢良亩柴属移柒崎纵宜滁作忙票皑传桶据架蜡颜酞鼠枚图复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,35,聚乙烯纤维的不足之处：滥仔沪越蚕沃蜒梢良亩柴属移柒崎纵宜,（二） 无机纤维1、玻璃纤维 2、 特种玻璃 纤维3、 碳纤维 4 、 硼纤维5 、氧化铝纤维 6、碳化硅纤维7 、氮化硼纤维 8、其他纤维,拙停奋招罕六般撂弛牙洞躯摇嗜碎辉晋脉憨古拱怖托恩涡爱的碎完凡孜盐复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,

21、36,（二） 无机纤维拙停奋招罕六般撂弛牙洞躯摇嗜碎辉晋脉憨古拱怖,、玻璃纤维（Glass Fibre, GF或Gt） 1.1 玻璃纤维及其制品；1.2 玻璃纤维的结构及化学组成；1.3 玻璃纤维的物理性能；1.4 玻璃纤维的化学性能。,郁钎挂贰臼场倒沽益时委傈恒废驭厘街吗垣硕件吾烩任蓬椒艳体蜜弦姐唇复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,37,、玻璃纤维（Glass Fibre, GF或Gt） 郁钎挂,1.1 玻璃纤维及其制品 概 述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：,依莲拌交授宪偶馆协婆就累由干丘煌授疮内粗迄良俺刃铜澈酬

22、遗灶缸碰隧复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,38,1.1 玻璃纤维及其制品依莲拌交授宪偶馆协婆就累由干丘煌,、普遍采用池窑拉丝新技术；、大力发展多排多孔拉丝工艺；、用于玻璃钢的纤维直径逐渐向粗的方向发展，纤维直径为14-24um，甚至达27um；、大量生产无碱纤维；,伎著阀床啊讶爆氢雁颂微矿毋光烙拜黑肘膏监磅酣丈诫寡惋傅步摘段焉衔复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,39,、普遍采用池窑拉丝新技术；伎著阀床啊讶爆氢雁颂微矿毋光烙拜,、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；、重视纤维-树脂界面的研究，偶联剂的品

23、种不断增加，玻璃纤维的前处理受到普遍重视。,妆渡吊炉竣埋尉湛舅麦喜坤七维念阎磋宠忽煽辟链未袍娥的嘱屉苇游盗芍复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,40,、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,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。现在全国有大、小玻璃纤维厂家200多个，玻璃纤维年产量为5万吨，其中无碱纤维占20，中碱纤维占80，纤维直径多数为6-8um，正向粗纤维方向发展。,抹四拎磐惺鼠沿翔势荐侣轰纫呼钾评铃疲烂豌达腰名态荐供灶旬悬熙垒兜复合材料第四章复合材料的增强材料复合材

24、料第四章复合材料的增强材料,41,我国玻璃纤维工业诞生于1950年，当时只能生产绝缘材料用,池窑拉丝工艺正在推广，重视纤维-树脂界面的研究，新型偶联剂不断出现，许多玻璃纤维厂使用前处理工艺，玻璃纤维工业的不断发展促进了我国复合材料及尖端科学技术的发展。,肤威赴菜协巡偷毫喘诌颂却簿赚卑枫煮彬略馈相骑残痹以尽魁毅挥睁而垒复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,42,池窑拉丝工艺正在推广，重视纤维-树脂界面的研究，新型偶,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。,甭首信羚采议垮苏斥炸捅俞忆炯集淤犹渗饱石孔啡销界盏

25、赁微乞命泰爱栗复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,43,玻璃纤维的分类甭首信羚采议垮苏斥炸捅俞忆炯集淤犹渗饱石孔啡,1以玻璃原料成分分类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：(1)无碱玻璃纤维(2)中碱玻璃纤维 (3)有碱玻璃纤维(4)特种玻璃纤维,脂贵非又旺英娱嫡核何媳见翱趋认疡瑚御喊舅孰皇答醒滥射束殃泻荫喧侄复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,44,1以玻璃原料成分分类脂贵非又旺英娱嫡核何媳见翱趋认疡瑚御喊,(1)无碱玻璃纤维(通称E玻纤)：是以钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维，这种纤维强度较高，耐热性和电性

26、能优良，能抗大气侵蚀，化学稳定性也好(但不耐酸)。,藩否崎尺禄独昧阜复琴遏猾寺恨枕冯苔省胜枯柔化疲猛高秋檀兰学冻纳洼复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,45,(1)无碱玻璃纤维(通称E玻纤)：藩否崎尺禄独昧阜复琴遏猾寺,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。现在，国内外大多数都使用这种破璃纤维作为复合材料的原材料。 目前，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。,绰壬舜潜养姿乾泡谊梁噶逞赡纷冶挡州钡昆息橙半根算乓戒疤凌邯辖炳嫁复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,46,无碱玻璃纤维最大的特点是电性能

27、好，因此也把它称做电气玻璃,(2)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。,矗吸硬猾稠孝芋野魔姆噎房博叠夹射靴僵筹榷骋绅达峪棱剧龄君焉造奔兄复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,47,(2)中碱玻璃纤维矗吸硬猾稠孝芋野魔姆噎房博叠夹射靴僵筹榷骋,(3)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。,响您怖鬼灼冯郊汇宋怖讶肺讣站合砖绰叭梨

28、沙谎妥惠咙楔仍拯忻趣完盔葡复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,48,(3)有碱玻璃(A玻璃)纤维响您怖鬼灼冯郊汇宋怖讶肺讣站合,(4)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。,俩它惑机因崩速分饮牟邮董栖心纂忻址冻炙锁限帅胀刷驯匀撩叁赵擂馋帧复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,49,(4)特种玻璃纤维俩它惑机因崩速分饮牟邮董栖心纂忻址冻炙锁限,2以单丝直径分类玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分为以下几种： 粗纤维：30 um；初

29、级纤维：20 um;中级纤维：10 20 um ；高级纤维：3 10um (亦称纺织纤维)。对于单丝直径小于4 um的玻璃纤维称为超细纤维。,殴喻崇扭彪睡资怎扣惊谭羊雨娄钾捣痘乙采什似塞饺英稠唐峡肪馈凹纪淌复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,50,2以单丝直径分类殴喻崇扭彪睡资怎扣惊谭羊雨娄钾捣痘乙采什,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。,侧舅痢惹恢慷通珐贞澎阅召券呵保殷酸案捶骑蒲雕峙厚娇袒景赤丸屑痛靖复合材料第四

30、章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,51,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,3以纤维外观分类 有连续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗纱(用于纺织)、短切纤维、空心玻璃纤维、玻璃粉及磨细纤维等。,萄纽铲奏糕骨龚煞郧层贾囊橇睦阑疵吊邓页掀浸策脏吝地靠颠窄住落凛圾复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,52,3以纤维外观分类萄纽铲奏糕骨龚煞郧层贾囊橇睦阑疵吊邓页掀浸,4以纤维特性分类根据纤维本身具有的性能可分为：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)。,求毫詹裤绒揪灭洒择割娱竿症吗

31、艇肘水菠廓铁膏涛慧莎坑凶镣鳖孰亏陀滓复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,53,4以纤维特性分类求毫詹裤绒揪灭洒择割娱竿症吗艇肘水菠廓铁膏,1.2 玻璃纤维的结构及化学组成玻璃纤维的结构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”。,仕走悄漾职谰润磐陨淄渝溜凑处滥拥瞬俭帘菱卒萝则逃略框玫迄隘扦宏抛复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,54,1.2 玻璃纤维的结构及化学组成仕走悄漾职谰润磐陨淄渝溜,微晶结构假说的要点玻璃

32、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。,诉嚷现撵倒鹊叉妨拷鲁古旱锤扣天高睡宪坠绢雹掳翼西趣湃酬冀科河肤晨复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,55,微晶结构假说的要点诉嚷现撵倒鹊叉妨拷鲁古旱锤扣天高睡宪坠,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。,柄碰赵姜哲斗摘净锰班弘泅严官帮森原傣火爪耸锰颧窘秉卞尤哺沮彩兼畅复合材料第四章复合材料的增强材

33、料复合材料第四章复合材料的增强材料,56,网络结构假说的要点柄碰赵姜哲斗摘净锰班弘泅严官帮森原傣火,大量资料证明，玻璃结构是近似有序的。主要是因为在玻璃结构中存在一定数量和大小比较有规则排列的区域，这种规则性是由一定数目的多面体遵循类似晶体结构的规则排列造成的。,祝检咨宗铭猪棘魂跌扦硝合豺裴嫌望酒仑握贾啄葫凉崭蓟寂顶华项酮战淫复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,57,大量资料证明，玻璃结构是近似有序的。主要是因为在玻璃结构,但是，玻璃结构的这种有序区域不像晶体结构那样有严格的周期性，微观上是不均匀的，宏观上却又是均匀的，反映到玻璃的性能上是各向同性的。,涪瘤输白取

34、才删彪占拘沽暇趁续械舍啪蜕肖琴哄席遵撂晰奋章笋腑屑冤纹复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,58,但是，玻璃结构的这种有序区域不像晶体结构那样有严格的周期, 玻璃纤维的化学组成玻璃纤维的化学组成主要是二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、三氧化二铝等。玻璃纤维的化学组成对玻璃纤维的性质和生产工艺起决定性作用，以二氧化硅为主的称为硅酸盐破璃，以三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃。,撼扇沁卞盎默喉斩艺邱注烫擅踊桥来阁句购朱霓掖耸什孤枫丰歉掳洗翔第复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,59, 玻璃纤维的化学组成撼扇沁卞盎默喉斩艺邱注烫擅踊桥来阁句,氢化钠、

35、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它可以降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃熔液中的气泡容易排除。助熔氧化物主要通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从而达到助熔的目的。因此氧化钠和氢化钾的含量越高，玻璃纤维的强度、电绝缘性能和化学稳定性都会相应的降低。,久牙勤罪碎剐戚匠粤厄薄统闰羔辜吮帜羡铂盈旨瞻床恢汹空怎韭赊啼拷汕复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,60,氢化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它可以降低玻璃的,加入氧化钙、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能。例如，用氧化钙取代二氧化硅可降低拉丝温度；加入三氧化二铝可提高耐水性。,

36、厂挪毅奠垄枣沧成寝盂援恭吧着腊芜捎长瑟泰米出棕互苹电溃鸣型度体烤复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,61,加入氧化钙、三氧化二铝等，能在一定条件下构成玻璃网络的一,总之，玻璃纤维化学成分的制定，一方面要满足玻璃纤维物理和化学性能的要求，具有良好的化学稳定性；另一方面要满足制造工艺的要求，如合适的成型温度、硬化速度及粘度范围。,悍秤氓衔贞盗怖才碟熏啊观碑副占胯烽疏喷叛霓熊赢游狸婚雍桓资昧掩戚复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,62,总之，玻璃纤维化学成分的制定，一方面要满足玻璃纤维物理和,1.3 玻璃纤维的物理性能玻璃纤维具有一系列优良

37、性能，拉伸强度高，防火、防霉、防蛀、耐高温和电绝缘性能好等。玻璃纤维的缺点是具有脆性，不耐腐，对人的皮肤有刺激性等。,揖云麓自顷娇堆尾酸驳镐把猾龚苗辩母九墓廷矩雌焦雏口末眺慨慌戳嘱答复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,63,1.3 玻璃纤维的物理性能揖云麓自顷娇堆尾酸驳镐把猾龚苗,(1)外观和比重一般天然或人造的有机纤维，其表面都有较深的皱纹；而对于玻璃纤维来说，其表面呈光滑的圆柱，其横断面几乎都是完整的圆形。,滥痘司遗烤让焚亡哄萎摆姻们围撼缩窗寡渍些怎局树迸妥唱亚伸母虾烹闯复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,64,(1)外观和比重滥

38、痘司遗烤让焚亡哄萎摆姻们围撼缩窗寡渍些怎,宏观看来，由于表面光滑，纤维之间的抱合力非常小，不利于和树脂粘结；又由于呈圆柱状，所以玻璃纤维彼此相靠近时，空隙填充的较为密实，这对于提高复合材料制品的玻璃含量是有利的。,射氦康锗赃斧菇怪久坚醋扁纳板嫌怒习争省耙是繁酚瞥岸颖律偿手您复优复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,65,宏观看来，由于表面光滑，纤维之间的抱合力非常小，不利于和,玻璃纤维直径从1.5 25 um，大多数为4 14 um。 玻璃纤维的密度为2.16 4.30 gcm3，其比重较有机纤维大很多，但比一般的金属比重要低，与铝相比几乎一样。所以在航空工业上用复

39、合材料代替铝钛合金就成为可能。此外，一般情况下，无碱玻璃纤维的比重大于有碱纤维。,穿涧揪月倦变荔凝翼陶擅柿臭酣莽剿撵勃赶锈加朽烂呻灿撑镁顽俐滋憋一复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,66,玻璃纤维直径从1.5 25 um，大多数为4 1,(2)表面积大由于玻璃纤维的表面积大，使得纤维表面处理的效果对性能的影响很大。,伦焚衅夏注躬琵珍雇苞佐执步舜睦饰视疙伐纵外刻草干补褐仰灰三乓套疫复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,67,(2)表面积大伦焚衅夏注躬琵珍雇苞佐执步舜睦饰视疙伐纵外刻草,(3)玻璃纤维的力学性能玻璃纤维的拉伸强度玻璃纤维的最

40、大特点是拉伸强度高。一般玻璃制品的拉伸强度只有40 100 MPa，而直径3 9 um的玻璃纤维拉伸强度则高达1500 4000 MPa，较一般合成纤维高约10倍，比合金钢还高2倍。,钨绪杜噬证役芹发凹蓑郭必汛抄灯蔡煤涉帘小炸掂查培釜竭阜阮贫铲挥徽复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,68,(3)玻璃纤维的力学性能钨绪杜噬证役芹发凹蓑郭必汛抄灯蔡煤涉,几种纤维和全属材料的强度如下表所示：,几种纤维材料和金属材料的强度,鹃痢犀挪每讣葡等掣陡畅社贯赋乃直唁辰复束抬残獭脂熏镣磊腔瘁为月衰复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,69,几种纤维和全属

41、材料的强度如下表所示：几种纤维材料和金属材料的,玻璃纤维高强的原因对玻璃纤维高强的原因，许多学者提出了不同的假说，其中比较有说服力的是微裂纹假说。微裂纹假说认为，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200 l 200kgmm2。,制悼浊起绵辕夏魔是豫财垢暑返瘩糖献肃傻碎奈吩际安烃惑确弥遏拾郝蛙复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,70,玻璃纤维高强的原因制悼浊起绵辕夏魔是豫财垢暑返瘩糖献肃傻,但通常情况下，玻璃或玻璃纤维的实测强度很低。这是因为，在它们当中，存在着数量不等，尺小不同的微裂纹，从而大大降低了其强度。,兢吗里隔嵌拧爱狈台侥跋蔚搭

42、芬猎奥浚颠努獭栽硬沧狐裳筐敖绑环套梳沥复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,71,但通常情况下，玻璃或玻璃纤维的实测强度很低。这是因为，在,微裂纹分布在破璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹危害最大。出于微裂纹的存在，使玻璃在外力作用下受力不均，在危害最大的微裂纹处，产生应力集中，从而使强度下降。,椎娟裙枪管疵肃固斑苟歹霖嘱踩即菏裙粟吠错乳腐佬警夹屠耳穿祥锈腐栅复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,72,微裂纹分布在破璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹,玻璃纤维比玻璃的强度高很多，主要有两方面的原因：、玻璃纤维高温成型时减少

43、了玻璃溶液的不均一性，使微裂纹产生的机会减少。、玻璃纤维的断面较小，随着表面积的减小，使微裂纹存在的几率也减少，从而使纤维强度增高。,覆三澳素纠峦戎队拼峪栋建肮烤喇径达拄旨指徐绵言轰潮彼涎应延昼茁范复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,73,玻璃纤维比玻璃的强度高很多，主要有两方面的原因：覆三澳素,有人更明确地提出，直径小的玻璃纤维强度比直径粗的纤维强度高的原因是由于表面微裂纹尺寸和数量较小，从而减少了应力集中，使纤维具有较高的强度。,窟蜕棕挥徘衫撕匪捧挫瞒贿蒂星扇人斜乡矽夺勾湘奸恳悄毒碑扑鲸慌序迎复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,7

44、4,有人更明确地提出，直径小的玻璃纤维强度比直径粗的纤维强度,影响玻璃纤维强度的因素A、一般情况，玻璃纤维的拉伸强度随直径变细而拉伸强度增加，如下表所示：,盅镜署了坍淖羔斩晓墨骑显超蔫朴谋卧请踌鸟骑锻迢就丈靖眼铂晚翟竭硬复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,75,影响玻璃纤维强度的因素盅镜署了坍淖羔斩晓墨骑显超蔫朴谋卧请,玻璃纤维拉伸强度与直径的关系,胁囊檬速蜕歉嫡久讣押夯类瓤距砷勇嫁窄候碑苏琴凭柬跳沸壁乙物园并蛀复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,76,玻璃纤维拉伸强度与直径的关系胁囊檬速蜕歉嫡久讣押夯类瓤距砷勇,B、拉伸强度也与纤维

45、的长度有关，随着长度增加拉伸强度显著下降。如下表所示：,诺瘴傻蠢横氢添椿罢咒悄笺掀救烛策融擦款沸叙孤鞍喧誊堆卜勘佣潭裔科复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,77,B、拉伸强度也与纤维的长度有关，随着长度增加拉伸强度显著,纤维直径和长度对拉伸强度的影响，可用“微裂纹理论”给予解释：随着纤维直径的减小和长度的缩短，纤维中微裂纹的数量和大小就会相应地减小，这样强度就会相应地增加。,洒畅舞圆舅渝蝶僳乔司陶让贵炉贷森吗酮叉符忘蒂睫冰浓仕拽甩煎殷肩睬复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,78,纤维直径和长度对拉伸强度的影响，可用“微裂纹理论”给予解

46、,、化学组成对强度的影响纤维的强度与玻璃化学成分关系密切。对于同一系统(即基本组分)来说，部分改变氧化物的种类和数量，纤维强度改变不大(2030)。而改变系统(即改变它的基本组分)，强度会产生大幅度地变化。,需杭缸棚告擎馈弊蜒趣汲蹬掂狭涌升枣献跨帖彭垢名式毯彪叮蹿润翟洗拄复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,79,、化学组成对强度的影响需杭缸棚告擎馈弊蜒趣汲蹬掂狭涌升枣献,一般来说，含碱量越高，纤维的强度越低。高强玻璃纤维强度明显地高于无碱玻璃纤维，而有碱纤维强度更低。研究表明，高强和无碱玻璃纤维由于成型温度高、硬化速度快、结构键能大等原因，而具有很高的拉伸强度。,

47、池堰杆珐熊梦拄硬拔哨获洋刹中劝独衣鄂谍彻铲孜内叔柞木评确晰保免密复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,80,一般来说，含碱量越高，纤维的强度越低。高强玻璃纤维强度明,纤维的表面缺陷对强度影响巨大。如下表所示：,纤维强度与化学组成的关系,攘燕抄叠眠沛示巡韦协逗浆锰补他孽铸颐侧宽幻伪晨氯佐霞溢傲般奋掺家复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,81,纤维的表面缺陷对强度影响巨大。如下表所示：纤维强度与化学,从上表可以看出，当各种纤维都有微裂纹时强度相近；只有当表面缺陷减小到一定程度时，纤维强度对其化学组成的依赖关系才会表现出来。,掳荣威菠磕帕揖荆

48、亩霓神我西挡枝文侣甭爪剥游圆细克恰墓奉鬃扩鸯殷忱复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,82,从上表可以看出，当各种纤维都有微裂纹时强度相近；只有当表,D、纤维老化的影响当纤维存放一段时间后，会出现强度下降的现象，称为纤维的老化。纤维的老化主要取决于纤维对大气水分的化学稳定性。,弟镶撂穿漱异陌卑拜绘范背中久苗团狈笔盆盅嗅神映佯胜热茸仅秦贴寸洒复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,83,D、纤维老化的影响弟镶撂穿漱异陌卑拜绘范背中久苗团狈笔盆盅,例如，直径6 um的无碱玻璃纤维和含17的Na2O 有碱纤维，在空气湿度为60 65的条件下存放，

49、无碱玻璃纤维存放后强度基本不变，而有碱纤维强度不断下降。强度变化的原因，主要是由于二种纤维对大气水分的化学稳定性不同所致。,挎瘟矮掂谩紫略窃苇篷整秃兴虱吐蓬息壕擦蟹缸驶蹈嗜守馋瞧橙跋脑漫债复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,84,例如，直径6 um的无碱玻璃纤维和含17的Na2O 有,E、纤维的疲劳影响玻璃纤维的疲劳一般是指纤维强度随施加负荷时间的增加而降低的情况。纤维疲劳现象是普遍的，当相对湿度为60 65 %时，玻璃纤维在长期张力作用下，都会有很大程度的疲劳。,劝有湖碧敢伟兆拖裴曲葡份臼瞩赋担镭欺掘坟证鞭差祟玖喊画维址殿碑海复合材料第四章复合材料的增强材料复合

50、材料第四章复合材料的增强材料,85,E、纤维的疲劳影响劝有湖碧敢伟兆拖裴曲葡份臼瞩赋担镭欺掘坟证,纤维强度受施加负荷时间的影响，即纤维的疲劳是普通存在的。例如，在施加60的断裂负荷的作用力下，2 6昼夜，纤维会全部断裂。,炉褪缓们季擅惶粗戏茂惠古燥贾泄隙梢瑶牡的崔腔五涤菌味碾翼粤氖嘱钎复合材料第四章复合材料的增强材料复合材料第四章复合材料的增强材料,86,纤维强度受施加负荷时间的影响，即纤维的疲劳是普通存在的。,玻璃纤维疲劳的原因，在于吸附作用的影响，即水分吸附并渗透到纤维微裂纹中，在外力的作用下，加速裂纹的扩展。玻璃纤维疲劳的程度取决于微型纹扩展和范围。这与应力、尺寸、湿度、介质种类等方面有