第六章 无机纤维教学目标：1、使学生了解典型的几种无机纤维的形成、分类、制备方法及用途2、使学生掌握各种典型的无机纤维的特性教学重点与难点：1、教学重点：常规无机纤维的结构与特性2、教学难点：无机纤维的结构与特性之间的具体关系教学与学习建议：1、教学建议授课形式：讲解与讨论，实验准备典型的几种无机纤维的实物样品和显微镜标样，让学生从宏观和微观两 方面观察认识无机纤维；充分做好实验准备2、学习建议通过观察无机纤维的实物样品和显微镜标样，从宏观和微观两方面观察认识 无机纤维；通过记忆和理解，掌握无机纤维的主要特性石棉纺性能角闪石石棉又可分为蓝石棉、透闪石石棉、阳起石石棉等，产量比蛇纹石石1.蛇纹石石棉(serpentine,chrysotile)第六章 无 机 纤 维第一节 石棉纤维石棉纤维是指具有高抗张强度、高挠性、耐化学和热侵蚀、电绝缘和具有可 纺性的矿物纤维纤维束又由很长很细的能相互分离的纤维组成石棉种类很多，依其矿物成分和化学组成不同，可分为蛇纹石石棉和角闪石 两类蛇纹石石棉又称温石棉，它是石棉中产量最多的一种，具有较好的可也称纤维蛇纹石石棉，或温石棉(amphibole)，主要成分有二氧化硅、氧化 镁和结晶水。
蛇纹石石棉呈白色或灰色，半透明;没有磁性、不导电、耐火、耐 碱，纤维坚韧柔软，具有丝的光泽和好的可纺性目前世界所产石棉主要是蛇纹 石石棉，约占世界石棉产量的 95%2.角闪石类石棉(amphibole)包括青石棉(crocidolite)(亦称兰石棉或紫石棉)、铁石棉(amosite)、直闪 石石棉(anthophyllite)、透闪石石棉(tremolite)和阳起石(actinolite)角闪 石类石棉各品种由于含有钠、钙、镁和铁成分数量不同而相区分须注意，蛇纹 石和角闪石矿物本身可有纤维结构或非纤维结构两种，有纤维结构的蛇纹石和角 闪石才称为石棉 不同种类的石棉，物理机械性质和化学性质也都不同石棉纤维长度一般为 3〜50毫米，也有较长的中国发现最长的石棉纤维达2.18米，是目前世界上 最长的石棉纤维的轴向拉伸强度较高，有时可达 374 公斤/厘米 2，但不耐折皱，经数次折皱后拉伸强度显著下降石棉纤维的结构水含量为10〜15％，以含14％的较多加热至600〜700°C(温升10°C/分)时，石棉纤维的结构水折出，纤维结构破坏，揉搓后易变为粉末，颜色改变石棉纤维的导热系数为0.104〜0.260千卡/米•度•时，导电性能也很低，是热和电的良好绝缘材料。
石棉纤维具有良好的耐热性能，一般在300°C以下加热 2小时重量损失较少，若在1700C以上的温度下加热2小时，温石棉纤维的重 量损失较多，其他种类石棉纤维重量损失较少蛇纹石石棉是镁的含水硅酸盐类矿物，属单斜晶系层状构造原始结构呈深 绿、浅绿、浅黄、土黄、灰白、白等色，半透明状,外观呈纤维状,具有蚕丝般光 泽蛇纹石石棉纤维的劈分性、柔韧性、强度、耐热性和绝缘性都比较好，比重 为2.49〜2.53,比热为0.266,表面比电阻为8.2X107〜1.2X1010欧，体积比电阻为1.9X 108〜4.79X 109欧厘米蛇纹石石棉的耐碱性能较好，几乎不受碱类的腐蚀，但耐酸性较差，很弱的 有机酸就能将石棉中的氧化镁折出，使石棉纤维的强度下降角闪石石棉属于单斜晶系构造颜色一般较深，比重较大，具有较高的耐酸 性、耐碱性和化学稳定性，耐腐性也较好尤其是蓝石棉的过滤性能较好，具有 防化学毒物和净化被放射性物质污染的空气等重要特性蛇纹石石棉和闪石石棉的区分是：把石棉放在研钵中研磨，蛇纹石石棉成混 乱的毡团，纤维不易分开，闪石石棉研磨后易分成许多细小的纤维不含铁的石 棉呈白色，含铁的石棉呈不同色调的蓝色纤维状集合体丝绢光泽，劈分后的纤 维光泽暗淡。
石棉是彼此平行排列的微细管状纤维集合体，可分裂成非常细的石棉纤维， 直径可小到0.1微米以下完全分裂开松后，用肉眼很难观察，因而是良好的细 菌过滤材料纤维长度超过 8 毫米的石棉与 20〜25％的棉纱混合可制成防火纺织材料， 较短的纤维可用于制作石棉胶合布、石棉板和绝缘材料等蓝石棉具有独特的防 化学毒物和净化放射性微粒污染空气的性能，被用于制作各种高效能过滤器，用 它制造的石棉纸过滤效率达99.9％垂直裂隙的石棉纤维称为横纤维，一般长度在 30 厘米以下，蛇纹石石棉多以这种形式产出，平行裂隙方向延长的石棉纤维称纵纤维，其长度可达1米以上， 蓝石棉多为纵纤维其他石棉这两种纤维均有第二节 玻璃纤维玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料英文原名为：glass fiber 成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等它是以玻璃球 或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺最后形成各类产品， 玻璃纤维单丝的直径从 几 个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单丝组成，通常作为复材料中 的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等，广泛应用于国民经济各 个领域。
玻璃纤维特性：玻璃一般人之观念为质硬易碎物体，并不适于作为结构用材但如其抽成丝 后，则其强度大为增加且具有柔软性，故配合树脂赋予形状以后终于可以成为优 良之结构用材玻璃纤维随其直径变小其强度增高作为补强材玻璃纤维具有以 下之特点，这些特点使玻璃纤维之使用远较其他种类纤维来得广泛，发展速度亦 遥遥领先其特性列举如下：(1) 拉伸强度高，伸长小(3%)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5) 吸水性小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8) 透明可透过光线.(9) 与树脂接着性良好之表面处理剂之开发完成10) 价格便宜玻璃纤维的分类：玻璃纤维按形态和长度，可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉；按玻璃成分， 可分为无碱、耐化学、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和抗碱玻璃纤维等第三节 碳纤维碳纤维强度大、密度小、耐腐蚀、耐高温、能导电，具有许多宝贵的电学、 热学和力学性能的新型材料碳纤维被广泛的应用于航天和电子高科技等领域碳纤维制取：目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机 纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一 起，放在稀有气体的气氛中，在一定压强下强热炭化而成 。
当前世界上产生的 销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的步骤：1)预氧化在空气中加热，维持在 200-300 度数十至数百分钟预氧 化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构，以使其在高温碳化 时不熔不燃而保持纤维状态2 )碳化：在惰性气氛中加热至 1200-1600 度，维持数分至数十分钟， 就可生成产品碳纤维；所用的惰性气体可以是高纯的氮气、氩气或氦气，但一般 多用高纯氮气3 )石墨化：再在惰性气氛(一般为高纯氩气)加热至2000-3000 度， 维持数秒至数十秒钟；这样生成的碳纤维也称石墨纤维碳纤维的分类：按状态分为长丝、短纤维和短切纤维； 按力学性能分为通用型和高性能型 通用型碳纤维强度为1000兆帕(MPa)、模量为lOOGPa左右高性能型碳纤 维又分为高强型(强度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于 450GPa 的称为超高模型碳纤维的应用：碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料碳纤维除用作绝热保温 材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等 材料中，构成复合材料。
碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽 除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等碳纤维 由聚丙烯腈纤维、沥青纤维或粘胶维等经 氧化、炭化等过程制得的含碳量为 90%以上的纤维第四节 玄武岩纤维玄武岩纤维的制备：将玄武岩在1450°C〜1500°C熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成 的连续纤维玄武岩纤维的特点1、 高断裂比强度2、 在腐蚀性介质中高耐蚀性和高化学稳定性（在酸、碱、盐溶液中） 玄武岩纤维在碱性溶液中有独特的化学稳定性，该特性为在桥梁、隧道、堤坝、楼板等类混凝土结构的增强，以及沥青混凝土路面，机场飞机起落跑道的增 强和其它易受潮湿、盐类与碱性混凝土介质腐蚀而导致金属钢筋腐蚀的建筑构件 中的应用开辟了广泛的前景玄武岩纤维可以与无机粘合剂相容，用于制造新型耐燃复合材料除此外， 玄武岩纤维是制造净化工业废气和城市废物处理装置的过滤器不可替代的材料3、 玄武岩纤维高热稳定性玄武岩纤维制造的各种材料可以在600C条件下使用利用无机粘合剂制造 的玄武岩纤维隔热材料可以在700C条件下使用除此之外，利用某些高热稳定 性玄武岩矿石制造的纤维可以在800C条件下使用，而且该纤维已成功地制造成 过滤器，并应用于选矿石、冶金工业、化工厂、建材厂和电站排放气中粉麈的脱 除。
用玄武岩纤维制成的过滤器可以净化300-650C工作条件下的空气4、 玄武岩纤维对交错变换负荷具有高稳定性和耐久性 用连续玄武岩纤维制造的型材（玄武岩钢）如条、棒等，多年（9 年以上）使用后，经多次交错变换负载作用下未发现任何疲劳破坏的痕迹——如裂缝和其 它征兆5、 高绝缘特性和高电子磁波辐射透过性连续玄武岩纤维具有较高的电绝缘性和较高的电磁波透过性，因而可以用于 制造高压（250 千伏）和低压（500 伏）设备的电绝缘材料，如在按装高压输电 线、天线整流罩，雷达及其它无线电设备等6、 高隔热隔音特性7、 玄武岩纤维低吸湿率与玻璃纤维比较，玄武岩纤维吸湿率低于6-8 倍，因此在航空工业、导弹生 产和船舶工业中利用玄武岩纤维制造的隔热吸音材料属传统产品因为上述行业 而言重量轻、吸湿率低是至关重要的指标8、 与金属、塑料、塑胶有较好的兼容性玄武岩纤维的应用： 玄武岩纤维在具有优异性能，且性价比好，是一种纯天然的无机非金属材料， 也是一种可以满足国民经济基础产业发展需求的新的基础材料和高技术纤维 CBF 及其复合材料可以较好地满足国防建设、交通运输、建筑、石油化工、环保、 电子、航空、航天等领域结构材料的需求，对国防建设、重大工程和产业结构升 级具有重要的推动作用。
它既是21 世纪符合生态环境要求的绿色材料，又是一 个在世界高技术纤维行业中可持续发展的有竞争力的新材料产业第五节 其他纤维（硼纤维、碳化硅纤维、金属纤维）一、硼纤维一般采用卤化硼还原生成的元素硼，在连续蒸发装置中析附于载体纤维（金 属纤维或化学纤维）上生成的包覆纤维载体纤维在析附室的三氯化硼和氢气的 混合气流中，于1000〜1200°C的温度下徐徐通过，元素硼的蒸气即沉积在载体 纤维上通过调节载体纤维经过沉积室的速度，可获得不同直径的硼纤维硼纤 维质地柔软，直径一般在100微米左右，比重2.62克/厘米3,熔点2050C弹性 模数比玻璃钢高5倍，断裂强度可达280〜350公斤/毫米2几乎不受酸、碱和 大多数有机溶剂的浸蚀，绝缘性良好，有吸收中子的能力但硼纤维在高温下能与 大多数金属起反应而变脆，使用温度超过1200C时强力显著下降硼纤维除制 成纺织材料用作宇航服和防火服外，常与金属材料或塑料制成。