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1、第三章 复合材料的增强材料,在复合材料中，凡是能提高基体材料力学性能的物质，均称为增强材料。,玻璃纤维 低档 2040元/Kg碳纤维 高档 6001000元/ Kg芳纶纤维 中档 200400元/ KgSiC纤维B纤维Al2O3纤维金属丝,金属和陶瓷基,3.1.1 概述,3.1 玻璃纤维（ Glass Fibre）,3.1.2 玻璃纤维的分类,玻璃原料成分 单丝直径 纤维外观 纤维特性,有碱玻璃纤维 A Na-Ca-Si系普通玻璃（Na2O15%） 中碱玻璃纤维 Na2O (10.512.5%) 用量少 无碱玻璃纤维 E Ca-Al-B-Si系 用量大 高强玻璃纤维 S Mg-Al-Si系 或
2、B2O3系 高弹玻璃纤维 M S系中加入BeO,以玻璃原料成分分类：,粗纤维 30m 无捻粗纱、无纺布 初级纤维 20m 短切纤维、纤维毡 中级纤维 1020m 高级纤维 310m 纺织 超细纤维 4m,以单丝直径分类：,无捻粗砂 有捻粗砂 短切纤维 空心玻璃纤维 玻璃粉 磨细纤维等,以纤维外观分类：,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,以纤维特性分类：,3.1.2 玻璃纤维的性能,1. 力学性能,a. 抗拉强度：比块玻璃高一个数量级；直径d，强度；长度，强度。,b. 弹性模量：与铝相当，为钢的1/3倍。因密度低2.5，比模量高。,c. 断裂
3、延伸率：低 3%,E,A,210,47,96,a. 导热性：导热系数比块玻璃低12个数量 级。,2. 热学性能,b. 耐热性：普通Na-Ca-Si玻纤 KF CF。 （3）弹性模量高，CF KF GF。 （4）断裂延伸率在3%左右。 （5）密度小1.44 1.45，比强度和比模量高。,长期使用 200，热膨胀系数纵向为负。,2. 热学性能,3. 化学性能,耐中性化学品腐蚀，吸水率高。,3.3.2 应用,航天航空：温度不高的高强度结构受力件 军事：防弹器件 民用：如造船业、汽车、体育用品绳索,SF的制造主要有化学气相沉积法和烧结法。 高强度、高模量,耐高温、耐腐蚀、耐辐射。 可用于要求耐热的高强
4、度结构件，主要与金属基和陶瓷基复合。,3.4 其他纤维,3.4.1 碳化硅纤维（Silicon Carbide Fibre，SF）,3.4.2 硼纤维（ Boron Fibre，BF）,气相法将B沉积在W丝或C纤维表面而得。 高强度、高模量、密度小，相容性好。 主要用于金属和树脂增强。,硼纤维增强铝基复合材料用于航天飞机主舱体支柱,3.4.3 氧化铝纤维（Aluminia Fibre，AF）,熔融垂直拉单晶的方法制备，价贵。 具有优良的耐热性和抗氧化性。 不足之处是密度大3.20g/cm3。 主要用于金属基增强。,3.4.4 晶须,陶瓷晶须金属晶须 是目前强度最高的品种，接近理论强度，比相应的
5、长纤维高一个数量级。 复合增强效果不及长纤维，只能作为补强剂使用。 价贵，用量有限。,各种纤维的比较纤维的柔韧性及断裂比性能热稳定性, 纤维的柔韧性及断裂各种纤维在拉伸断裂前不发生任何屈服，如下图所示的纤维的应力-应变曲线。,各种纤维的应力-应变曲线,从拉断后纤维的扫描电镜观察发现，仅Kevlar-49纤维呈韧性断裂，断裂前纤维有明显的颈缩，并在发生很大的局部伸长后才最终断裂碳纤维和玻璃纤维几乎就是理想的脆性断裂，断裂时不发生截面积的缩小。, 比性能比强度和比模量是纤维性能的一个重要指标。下图给出了各种纤维比强度和比模量全图。,各种纤维的比强度和比模量比较, 热稳定性纤维的热稳定性与熔点有关。一般来讲，材料的熔点越高，热稳定性就越好。在没有空气和氧气的条件下，碳纤维具有非常好的耐高温性能。,尽管块状玻璃的软化温度为850 ，但当温度高于250 时，E玻璃纤维的强度和模量就开始迅速下降。玻璃纤维的热稳定性高于Kevlar49纤维。在受到太阳光照射时，Kevlar纤维产生严重的光致劣化，使纤维变色，机械性能下降。,
