聚合物基复合材料--增强材料ppt课件

《聚合物基复合材料--增强材料ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《聚合物基复合材料--增强材料ppt课件（108页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章第二章 增强材料增强材料Reinforcement material1 1病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.1 概述概述2.1.1 2.1.1 添加剂（助剂或配合剂）添加剂（助剂或配合剂） 能改善聚合物基体性能，而不明显影响聚合物分能改善聚合物基体性能，而不明显影响聚合物分子结构的辅助材料。子结构的辅助材料。按按功能功能分类分类： 1.提高稳定性稳定性：抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂和防霉剂等 2.改善力学性能：强度、模量、硬度、韧性等，纤维增强剂、微粒填充剂、增韧剂、偶联剂等； 3.加工性能：降低熔融温度，增加

2、物料流动性，如增塑剂、润滑剂、脱模剂等； 4.表面性能和外观：抗静电剂、防雾滴剂、着色剂和荧光增白剂 5.耐燃性：阻燃剂2 2病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程颗粒、薄片和纤维纤维 增强材料，是聚合物基复合材料的骨架骨架。它是决定复合材料强度和刚度的主要因素。2.1.2 增强纤维的品种与性能3 3病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程纤维材料的性能优势纤维材料的性能优势4 4病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位

3、生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程商品化的纤维品种：商品化的纤维品种：n n1.1.无机纤维无机纤维 1 1）玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维 fiberglassfiberglass Owens corningOwens corning 美国；美国； 泰山、巨石、重庆复合材泰山、巨石、重庆复合材料有限公司；料有限公司； 2 2）碳纤维碳纤维碳纤维碳纤维： 聚丙烯腈基、沥青基；聚丙烯腈基、沥青基； 日本日本: : 东丽东丽 三菱三菱 3 3）硼纤维）硼纤维boronboron 4 4）碳化硅纤维）碳化硅纤维SiCSiC 5 5）氧化铝纤维）氧化铝纤维AluminaAlumina2. 有机纤维

4、 1）刚性分子链刚性分子链 对位芳酰胺对位芳酰胺： kevlar,twaron； 聚苯并咪唑； 聚芳酯； 2）柔性分子链 聚乙烯；聚乙烯醇5 5病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.2 玻璃纤维玻璃纤维glassfiber 玻璃纤维：将熔融的玻璃液以极快的速度拉成细玻璃纤维：将熔融的玻璃液以极快的速度拉成细丝而成。丝而成。 质地柔软，具有弹性，可并股、加捻、纺织成各质地柔软，具有弹性，可并股、加捻、纺织成各种玻璃布，玻璃带等织物。种玻璃布，玻璃带等织物。玻璃纤维无捻粗纱Glass Fiber Roving短切纤维AR-

5、Glass Fiber Chopped Strand6 6病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.2 玻璃纤维玻璃纤维 2.2.1 玻璃纤维的组成和分类 2.2.2 玻璃纤维及玻纤制品的制备 2.2.3 玻璃纤维的结构 2.2.4 玻璃纤维的性质 2.2.5 玻璃纤维制品的品种和规格 7 7病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.2.1 玻璃纤维的组成及分类玻璃纤维的组成及分类n n1) 1) 玻璃纤维的玻璃纤维的组成组成组成组成 SiOSiO2

6、2及各种金属氧化物组成的硅酸盐类混合物，属于无定形离及各种金属氧化物组成的硅酸盐类混合物，属于无定形离子结构物质。子结构物质。 （1 1） SiOSiO2 2：作用：形成基本骨架，高熔点：作用：形成基本骨架，高熔点 （2 2） 金属氧化物金属氧化物金属氧化物金属氧化物 AlAl2 2O O3 3、 CaOCaO、MgOMgO、NaNa2 2O O、BeOBeO、B B2 2O O3 3等，等， 作用：作用： 改善制备玻璃纤维的工艺条件：改善制备玻璃纤维的工艺条件： Na Na2 2O O、 K K 2 2O O； 使玻纤具有一定特性。使玻纤具有一定特性。 BeOBeO：提高模量；：提高模量；

7、B B2 2O O3 3：提高耐酸性，改善电性能，降低熔点、黏度。：提高耐酸性，改善电性能，降低熔点、黏度。 但模量和强度下降。但模量和强度下降。8 8病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 （1 1）按）按化学组成化学组成化学组成化学组成（碱金属氧化物含量）（碱金属氧化物含量）p28p28 有碱玻璃纤维有碱玻璃纤维 12%;12%; 中碱玻璃纤维中碱玻璃纤维 6% 12%6% 12%； 低碱玻璃纤维低碱玻璃纤维 2% 6% 2% 6% ； 微碱玻璃纤维微碱玻璃纤维 2%2%（无碱玻璃纤维）（无碱玻璃纤维） （2 2）按）

8、按纤维使用纤维使用纤维使用纤维使用特性分特性分 普通玻璃纤维（普通玻璃纤维（A-GFA-GF：averageaverage） 电工用玻璃纤维电工用玻璃纤维（E E玻璃纤维：玻璃纤维：electricalelectrical） 高强型玻璃纤维高强型玻璃纤维（S S 玻璃纤维玻璃纤维 strengthstrength ） 高模量型玻璃纤维（高模量型玻璃纤维（M-GFM-GF：modulusmodulus） 耐化学药品玻璃纤维耐化学药品玻璃纤维（C C玻璃纤维：玻璃纤维：chemicalchemical） 耐碱玻璃纤维（耐碱玻璃纤维（ ARAR玻璃纤维：玻璃纤维：alkali-resistant a

9、lkali-resistant ） 低介玻璃纤维（低介玻璃纤维（ D D玻璃纤维：玻璃纤维：dielectric dielectric ） 高硅氧玻璃纤维高硅氧玻璃纤维 石英玻璃纤维石英玻璃纤维 2）玻璃纤维的分类9 9病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程表表2-2 常用玻璃纤维的化学成分常用玻璃纤维的化学成分中碱玻璃纤维中碱玻璃纤维 1010病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程（3 3）按）按）按）按产品特点产品特点产品特点产品特点分分分分按纤维

10、长短分：按纤维长短分： 定长纤维定长纤维定长纤维定长纤维（650mm650mm） 连续纤维连续纤维连续纤维连续纤维按纤维直径的大小：按纤维直径的大小： 粗粗粗粗纤维（单丝直径纤维（单丝直径30um30um） 初初初初级纤维（单丝直径级纤维（单丝直径20um20um） 中中中中级纤维（单丝直径级纤维（单丝直径1020um1020um） 高高高高级纤维（单丝直径级纤维（单丝直径39um39um）；）；按纤维外观分：按纤维外观分： 连续纤维连续纤维 短切纤维短切纤维 空心玻璃纤维空心玻璃纤维 磨细纤维磨细纤维 玻璃粉玻璃粉中空玻璃纤维玻璃粉纤维越细、缺陷越少、强度越高1111病原体侵入机体，消弱机体

11、防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.2.2 玻璃纤维及玻纤制品的制备玻璃纤维及玻纤制品的制备1 1）玻璃纤维的制备）玻璃纤维的制备 砂石灰石硼酸熔炼炉造球机玻璃球铂金坩埚漏丝板玻璃纤维12601518mm320um10003000m/min1300坩埚拉丝法坩埚拉丝法：制球制球制球制球和和拉丝拉丝拉丝拉丝 （102、204、408孔，d=1.52mm,玻璃液为1190）1212病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程20112011第一次课第一次课单丝单丝 filamen

12、tfilament：从坩埚中拉出的每根纤维叫单丝；：从坩埚中拉出的每根纤维叫单丝；原纱原纱 strandstrand：一个坩埚拉出的所有单丝经过浸润剂槽后，集束：一个坩埚拉出的所有单丝经过浸润剂槽后，集束 成一根原纱；成一根原纱；池窑法池窑法池窑法池窑法 将玻璃配合料投入熔窑熔化后直接拉制成各种支数的连续将玻璃配合料投入熔窑熔化后直接拉制成各种支数的连续玻璃纤维。玻璃纤维。 省去制球工艺省去制球工艺 生产能力高生产能力高 可自动化控制，产品质量稳定；可自动化控制，产品质量稳定； 适用于生产粗玻璃纤维；适用于生产粗玻璃纤维；1313病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且

13、在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2）玻纤制品的制造）玻纤制品的制造 玻纤经原纱退绕后可以制成各种制品，如无捻粗纱、短切纤维毡等。设备：纺纱机和织布机1414病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程无捻粗纱无捻粗纱Continuous Rovings Continuous Rovings 短切纤维毡Chopped strand mat表面毡Surface veils第一次课第一次课201020101515病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程

14、3）玻璃纤维浸润剂）玻璃纤维浸润剂n n玻璃纤维突出的弱点玻璃纤维突出的弱点玻璃纤维突出的弱点玻璃纤维突出的弱点: : 较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。在拉丝较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。在拉丝较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。在拉丝较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。在拉丝和纺织过程中，纤维就难免出现断裂现象；和纺织过程中，纤维就难免出现断裂现象；和纺织过程中，纤维就难免出现断裂现象；和纺织过程中，纤维就难免出现断裂现象； 刚拉出的纤维容易受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其刚拉出的纤维容易受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其刚拉出的纤维容易受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其刚拉出的纤维容易受

15、到空气中水蒸汽的侵蚀，使其强度下降。强度下降。强度下降。强度下降。n n 浸润剂的作用：浸润剂的作用：浸润剂的作用：浸润剂的作用： 使使使使单丝集束单丝集束单丝集束单丝集束，便于后续的并股、纺织等工序；，便于后续的并股、纺织等工序；，便于后续的并股、纺织等工序；，便于后续的并股、纺织等工序； 防止原纱缠绕成卷时，纤维相互黏结；防止原纱缠绕成卷时，纤维相互黏结；防止原纱缠绕成卷时，纤维相互黏结；防止原纱缠绕成卷时，纤维相互黏结； 保护纤维，防止纺织时纤维的表面磨损而降低强度使保护纤维，防止纺织时纤维的表面磨损而降低强度使保护纤维，防止纺织时纤维的表面磨损而降低强度使保护纤维，防止纺织时纤维的表面

16、磨损而降低强度使多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和提高拉伸强度；多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和提高拉伸强度；多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和提高拉伸强度；多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和提高拉伸强度； 保护纤维免受大气和水分的侵蚀作用。保护纤维免受大气和水分的侵蚀作用。保护纤维免受大气和水分的侵蚀作用。保护纤维免受大气和水分的侵蚀作用。 浸润剂浸润剂：是一种乳液乳液，包括： 粘结粘结组分:215% 润滑润滑组分:05% 表面活性剂表面活性剂 1616病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程浸润剂类型浸润剂类型

17、: :（1 1）纺织型浸润剂纺织型浸润剂纺织型浸润剂纺织型浸润剂 石蜡型浸润剂石蜡型浸润剂 淀粉淀粉- -油浸润剂油浸润剂（2 2）增强型浸润剂增强型浸润剂增强型浸润剂增强型浸润剂 主要成分：主要成分： （3 3）化学处理剂化学处理剂化学处理剂化学处理剂 偶联剂偶联剂成膜剂：聚酯、环氧、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯，聚丙烯酸酯等；还包括：偶联剂、润滑剂、润湿剂、抗静电剂等组分：石蜡、凡士林、矿物油、硬脂酸、表面活性剂等；：淀粉、动植物油、阳离子胺类化合物、水溶性树脂等；1717病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.2.3 玻璃

18、纤维的结构一次结构：一次结构： 以以SiOSiO2 2为基本骨架的无机离子型高聚物；为基本骨架的无机离子型高聚物； 1818病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程二次结构二次结构： 为为各向同性各向同性各向同性各向同性的的无定形无定形无定形无定形结构。结构。 拉制出的玻璃纤维处于不拉制出的玻璃纤维处于不稳定状态，再次受热会发生收稳定状态，再次受热会发生收缩，其结构也应与玻璃的结构缩，其结构也应与玻璃的结构相同，为无定形的离子结构。相同，为无定形的离子结构。结晶119011351140600 冷却速率玻璃化温度自由体积密度

19、E块状玻璃：=2.58g/cm3 玻璃纤维： =2.52g/cm31919病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.2.4 玻璃纤维的性质玻璃纤维的性质1 1）力学性质）力学性质 （1 1）玻璃纤维的拉伸应力应变关系）玻璃纤维的拉伸应力应变关系 应力应力- -应变关系为一条直线，无明显的屈服、塑性应变关系为一条直线，无明显的屈服、塑性阶段阶段; ; 呈脆性材料特征呈脆性材料特征呈脆性材料特征呈脆性材料特征 （2 2）玻璃纤维的）玻璃纤维的拉伸强度较高，但模量较低拉伸强度较高，但模量较低拉伸强度较高，但模量较低拉伸强度较高，

20、但模量较低。 拉伸强度：拉伸强度： 10um10um以下以下 1000MPa1000MPa； 5um5um以下以下2400MPa2400MPa； 2020病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程玻璃纤维强度具有以下特点：玻璃纤维强度具有以下特点： 单丝直径越小，拉伸强度越高；单丝直径越小，拉伸强度越高； 试样测试段长度越大，拉伸强度越低；试样测试段长度越大，拉伸强度越低； 2121病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程化学组成对强度的影响：强度的分散性较

21、大 受湿度影响： 吸水后，湿态强度下降2222病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程拉伸模量：拉伸模量：70GPa70GPa断裂伸长率断裂伸长率2.63%;2.63%;密度为2.502.56 g/cm3，比有机纤维大，但比一般金属纤维密度低。2323病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2）热性能 类似于无定形有机高聚物，存在Tg、Tf两个转变； Tg 较高，约600； 拉伸强度受温度的影响较大； 200250：无明显影响300 24h：20%400

22、24h：50%导热系数低，良好的绝热性能；热膨胀系数较低。2424病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3）耐介质性能）耐介质性能Na2O/K2O离析，溶解酸玻纤硅酸盐硅酸胶体（促进） 保护膜（减缓溶解过程）水玻纤Na2O/K2O溶解碱性SiO2骨架破坏浓碱玻纤溶解玻纤所有成分，玻纤变细2525病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 碱含量越大，玻璃纤维受水侵蚀的速率越快。 在水中浸泡后，强度降低。在水中浸泡后，强度降低。 一般来说，除氢氟酸外，对酸、

23、稀碱、盐及有机溶剂都具有较好的耐腐蚀能力。2626病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程4）电性能）电性能n n（1 1）电绝缘性好）电绝缘性好 玻璃纤维的体积电阻率为玻璃纤维的体积电阻率为1010111110101818.cm.cm。玻璃钢大部分做。玻璃钢大部分做绝缘材料。绝缘材料。 含碱量含碱量含碱量含碱量越越高高高高，电阻率越，电阻率越低低低低； 湿湿湿湿度越度越大大大大，电阻率越，电阻率越低低低低； 温温温温度越度越高高高高，电阻率越，电阻率越低低低低。 （2 2）良好的高频介电性能）良好的高频介电性能 玻璃纤维的

24、玻璃纤维的介电常数较小介电常数较小介电常数较小介电常数较小，介质损耗很低，具有良好的高，介质损耗很低，具有良好的高频介电性能，可做雷达罩，微波天线的天线罩。频介电性能，可做雷达罩，微波天线的天线罩。 2727病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.2.5 玻璃纤维制品的品种与规格玻璃纤维制品的品种与规格1 1 玻璃纤维纱玻璃纤维纱 1 1）常用的术语、参数）常用的术语、参数 （1 1）原纱）原纱 StrandStrand 玻璃纤维制造过程中的单丝经集束后的单股纱；玻璃纤维制造过程中的单丝经集束后的单股纱； （2 2）表示

25、（原）纱粗细的指标）表示（原）纱粗细的指标 支数支数支数支数: : 1 g 1 g 纱的长度（纱的长度（mm ）。）。 支数越大，原纱越细；支数越大，原纱越细； 特特特特（textex）: : 1000 m 1000 m 长纱的质量（长纱的质量（g g） 旦或袋（旦或袋（DenierDenier）: 9000m : 9000m 长纱的质量（长纱的质量（g g），）， 特和旦数越大，纱越粗。特和旦数越大，纱越粗。 2828病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程（3 3）捻度）捻度 纱的加捻程度，单位长度内纤维与纤维之间所加的

26、纱的加捻程度，单位长度内纤维与纤维之间所加的转数，以捻转数，以捻mm为单位为单位 （4）股数 N 由几根原纱合股组成。 玻璃纱的公称支数为原纱支数/股数Z捻捻(左捻左捻)，顺时针方向加捻；，顺时针方向加捻；S捻捻(右捻右捻)，逆时针方向加捻。，逆时针方向加捻。加捻的作用：加捻的作用：提高纤维的抱合力提高纤维的抱合力改善单纤维的受力状况，改善单纤维的受力状况，利于纺织工序的进行。利于纺织工序的进行。缺点：缺点：捻度过大不易被树脂浸透。捻度过大不易被树脂浸透。 2929病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2）纱的品种和规格）

27、纱的品种和规格（1 1）品种）品种 有捻有捻有捻有捻纱和纱和无捻无捻无捻无捻纱纱 随合股数的不同分：随合股数的不同分：粗粗粗粗纱、纱、细细细细纱纱 无捻粗纱无捻粗纱无捻粗纱无捻粗纱：纤维平行排列，较松散，对树脂的：纤维平行排列，较松散，对树脂的浸润性好，但易断头、起毛、不易编制。浸润性好，但易断头、起毛、不易编制。 有捻细纱有捻细纱有捻细纱有捻细纱：刚好相反。：刚好相反。（2 2）规格）规格 单丝直径：单丝直径：4um4um、6um6um、8um8um 原纱支数（原纱支数（mm）:40:40、8080、160160 股数：有捻纱：股数：有捻纱：2828股；无捻纱：股；无捻纱：560560股；股

28、； 纱的公称支数（原丝支数纱的公称支数（原丝支数/ /股数）、断裂强度及股数）、断裂强度及捻度等。捻度等。（3 3）牌号表示法）牌号表示法 无碱纱无碱纱4 4600/2600/2： 4 4单丝直径单丝直径4um4um； 600600原纱支数；原纱支数； 2 2股数股数N N为为2 2无碱玻璃纱。无碱玻璃纱。3030病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3）折算断裂强度）折算断裂强度 纱的截面积： 折算断裂强度：Pb- 纱的拉断力0 - 原纱的支数, 0=N - 玻璃纱的公称支数，1g纱的长度，（m ）f- 密度（g/cm3

29、）注意纱和原纱的区别，纱由N股数的原纱组成。3131病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程4）纱强度低于单丝强度的原因）纱强度低于单丝强度的原因 两者的测量标距不一样，两者的测量标距不一样， 单丝：单丝：10mm10mm；纱：；纱：200mm200mm； 各单丝准直不一，不可能同时受力，同时断裂，各单丝准直不一，不可能同时受力，同时断裂，最终断裂是强度最大的单丝；最终断裂是强度最大的单丝； 加捻使得纤维承受附加的扭转力。加捻使得纤维承受附加的扭转力。3232病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在

30、一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2 玻璃布玻璃布n n1 1）布的品种与规格）布的品种与规格 （1 1）玻璃布的品种）玻璃布的品种 按编织方法不同，分为：按编织方法不同，分为： 平纹布、平纹布、平纹布、平纹布、 斜纹布、斜纹布、斜纹布、斜纹布、 缎纹布缎纹布缎纹布缎纹布 单向布单向布单向布单向布 无纬布无纬布无纬布无纬布 无捻布无捻布无捻布无捻布（无捻方格布）（无捻方格布）3333病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3434病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引

31、起不同程度的病理生理过程n n单向布单向布 经纬向拉断力相差经纬向拉断力相差悬殊的玻璃布，经纱是密悬殊的玻璃布，经纱是密纱或强纱，纬纱是稀纱或纱或强纱，纬纱是稀纱或弱纱。与无纬布不同。弱纱。与无纬布不同。n n无捻布无捻布 无捻纱编制的玻璃布，无捻纱编制的玻璃布，比较常用的是平纹编织无比较常用的是平纹编织无捻粗纱布。捻粗纱布。无捻方格布单向布3535病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3636病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程（2 2）主要规格）

32、主要规格 表表2-72-7 编织方法：编织方法： 布的厚度：反映纤维弯曲程度；布的厚度：反映纤维弯曲程度； 布的幅度：布的幅度： 排纱密度：为排纱密度：为1cm1cm布宽上排了多少根经纬纱，布宽上排了多少根经纬纱， 面密度面密度G Gf f：布单位面积的纤维质量，：布单位面积的纤维质量，g/mg/m2 2 布在经、纬向的拉断力有很大差别的，这种布即单向布。布在经、纬向的拉断力有很大差别的，这种布即单向布。常有常有4:14:1，7:17:1，11:111:1，14:114:1的单向布供应。的单向布供应。（3 3）牌号表示法）牌号表示法 平纹平纹-100-100：厚度：厚度0.1mm0.1mm的平

33、纹布；的平纹布； EW100A-90:E:EW100A-90:E:无碱；无碱；WW：布；：布；100100：0.1mm0.1mm厚厚;A:;A:类别；类别； 90 90：幅宽：幅宽90cm90cm。3737病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2 2）布的折算断裂强度）布的折算断裂强度3 3）布强度低于纱强度的原因）布强度低于纱强度的原因 玻纤经过纺织以及在布中呈现弯曲和扭曲状态。玻纤经过纺织以及在布中呈现弯曲和扭曲状态。2.5cm测试时布条的宽度b排纱密度，根纱/cm;3838病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内

34、环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程4 4）布的使用特点）布的使用特点 （1 1）编织情况）编织情况 编织方法对布的使用特点的影响：编织方法对布的使用特点的影响： （2）布厚度 布越薄，纤维弯曲越小，纤维拉伸强度越高；易浸透胶，但糊制层数多。（3）排纱密度 排纱密度越大，越不易浸透胶。3939病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3. 其他玻纤制品其他玻纤制品1 1）立体编织物）立体编织物2 2）玻璃纤维毡片）玻璃纤维毡片 短切原丝毡短切原丝毡 连续纤维毡连续纤维毡 缝合毡缝合毡 表面毡（单丝

35、毡）表面毡（单丝毡）3 3）缝编织物）缝编织物4 4）无纬布）无纬布 短切原丝毡缝合毡4040病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.3 碳纤维碳纤维2.3.1 碳纤维的分类2.3.2 碳纤维的制造2.3.3 碳纤维的结构2.3.4 碳纤维的性能2.3.5 碳纤维品种与规格2.3.6 碳纤维的发展4141病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.3 碳纤维碳纤维1880 1880 爱迪生爱迪生 曾经用竹炭纤维作灯丝；曾经用竹炭纤维作灯丝；1959 1

36、959 美国联合碳化物公司（美国联合碳化物公司（Union Carbide Corp.Union Carbide Corp.） 人造丝人造丝 ThornelThornel1962 1962 日本日本 进藤昭男进藤昭男 聚丙烯腈聚丙烯腈1963 1963 日本日本 大谷杉郎大谷杉郎 沥青沥青2020世纪世纪7070年代，中国生产碳纤维年代，中国生产碳纤维（品种少，性能一般，产量低）（品种少，性能一般，产量低） 是由有机纤维如黏胶纤维、聚丙烯腈纤维或沥青纤维在保护气氛下热处理碳化成为含碳量9099%的纤维。 4242病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖

37、，引起不同程度的病理生理过程2.3.1 碳纤维的分类1.按先驱体纤维原料类型分类 聚丙烯腈基碳纤维聚丙烯腈基碳纤维 沥青基碳纤维沥青基碳纤维 黏胶基碳纤维黏胶基碳纤维 气相生长碳纤维气相生长碳纤维有机纤维炭化法气相法4343病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.按碳纤维的制造方法不同分类 碳纤维（8001600） 石墨纤维（ 20003000 ） 氧化纤维（预氧化丝200300 ） 活性炭纤维 气相生长碳纤维（6001200）4444病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引

38、起不同程度的病理生理过程3.按纤维力学性能分类按纤维力学性能分类 通用级碳纤维（通用级碳纤维（GPGP） 高性能碳纤维（高性能碳纤维（HPHP）: : 中强型 MT高强型 HT超高强型 UHT中模型 IM高模型 HM超高模型 UHM通用型碳纤维强度为1000MPa、模量为100GPa4545病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程4646病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程4. 4.按碳纤维应用领域分类：按碳纤维应用领域分类： 商品级碳纤维：大丝束，单

39、丝数在商品级碳纤维：大丝束，单丝数在24K24K以上以上 宇航级碳纤维：小丝束，宇航级碳纤维：小丝束，12K12K5. 5. 按碳纤维功能分类：按碳纤维功能分类： 受力结构用碳纤维；受力结构用碳纤维； 耐焰碳纤维；耐焰碳纤维； 活性碳纤维；活性碳纤维； 导电用碳纤维；导电用碳纤维； 润滑用碳纤维；润滑用碳纤维； 耐磨用碳纤维；耐磨用碳纤维； 耐腐蚀用碳纤维耐腐蚀用碳纤维20102010第二次课第二次课4747病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.3.2 结构与力学性能的关系(该部分内容需要加强！)1) 1) 拉伸强度与

40、实际值拉伸强度与实际值 理论值 模量 （GPa） 1020 强度 （GPa） 180实际值 模量（GPa） 沥青系 400 PAN系 300 强度（GPa） 石墨晶须 20 碳纤维 36 1.拉伸强度4848病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2). 拉伸强度与缺陷 脆性材料 易在裂纹尖端产生应力集中 以裂纹迅速传播和扩展来形成新的表面，使集中的应力得以消除，导致在较低应力下就发生断裂。 裂纹裂纹裂纹裂纹是制约强度的主要因素之一。 碳纤维存在多种缺陷，这些缺陷大致可分为表面表面表面表面和内部缺陷和内部缺陷和内部缺陷和内部

41、缺陷两大类型。4949病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程表面裂纹表面沉积物表面毛纤表面机械损伤5050病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程内裂纹内孔洞5151病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3).3).强度与微晶的大小强度与微晶的大小 拉伸强度与微晶尺寸的平方根成反比。拉伸强度与微晶尺寸的平方根成反比。 细晶化细晶化细晶化细晶化是提高材料强度的主要措施之一。是提高材料强

42、度的主要措施之一。原因：原因： p 减缓了在晶界处产生的残余应力，这也就减缓了产减缓了在晶界处产生的残余应力，这也就减缓了产生裂纹的力；生裂纹的力；p 裂纹在穿越晶界继续扩张时要改变方向，消耗较多裂纹在穿越晶界继续扩张时要改变方向，消耗较多能量；能量；p 晶界面积较大，塑性变形能大，裂纹在失稳扩张过晶界面积较大，塑性变形能大，裂纹在失稳扩张过程中也需要消耗较大能量；程中也需要消耗较大能量；5252病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.杨氏模量 模量是材料的固有本性。石墨材料的理论模量值为 1020 GPa. 碳纤维的杨

43、氏模量与石墨微晶的择优取向密切相关。即石墨微晶在空间的轴向分布情况。3.高强高模高模量：微晶取向最佳化；高强度：各类缺陷最小化；4.断裂伸长率 在杨氏模量一定的条件下，碳纤维的断裂伸长将随着拉伸强度的提高而得到改善。（20112011年第二次年第二次课）课）5353病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.3.2 碳纤维的制法碳纤维的制法 以以含含C C量量高高的的有有机机纤纤维维作作为为先先驱驱纤纤维维（precursorprecursor）, ,在在N N2 2、ArAr气气气气氛氛氛氛保保保保护护护护和和施施加加张张

44、张张力力力力牵牵牵牵伸伸伸伸下下，通通过过加加加加热热热热（碳碳碳碳化化化化）去去除除大大部部分分非非碳碳元元素素，得得到到碳碳的的石石墨墨晶晶体体结结构构为为主主体体的的纤维材料。纤维材料。 对于先驱体的对于先驱体的要求要求要求要求： 碳化过程不熔融，能保持纤维形态；碳化过程不熔融，能保持纤维形态； 碳化收率较高；碳化收率较高； 碳纤维强度、模量等性能符合要求；碳纤维强度、模量等性能符合要求； 能获得稳定连续长丝。能获得稳定连续长丝。5454病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程满足要求的原丝满足要求的原丝1）黏胶纤维（

45、再生纤维素）(C6H10O5)n 最早实现工业化，但技术难度大，设备复杂，成本高，碳化收率低2040%；2）沥青纤维（C、H） 沥青碳化收率高7090%，提高纤维模量方面有优势3）PAN纤维(C3H3N)n 碳化收率较高，4060%。 高强度纤维主要来自于PAN系。而沥青基纤维主要用来生产高模量纤维！5555病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程沥青质的主要成分沥青质的主要成分 稠环芳烃通过分子间作用形成单元薄片,单元薄片相互堆积而形成具有部分有序的类晶结构。 5656病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对

46、稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1）聚丙烯腈基碳纤维（）聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）的制造）的制造丙烯腈共聚单体共聚单体引发剂聚合PAN纺丝湿纺干湿纺PANF预氧化工艺炭化石墨化表面处理CF系列产品空气介质200300几十几百min惰性气氛6001600几分几十min惰性气氛20003000几秒数十秒5757病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程（1） PAN纤维的制备纤维的制备一步法：二甲基甲酰胺，二甲亚砜，硫氰化钠的水溶液两步法：水;二甲亚砜。 溶液纺丝溶液纺丝高性能原丝应具有的性能：高纯度

47、、高强度、高取向度高性能原丝应具有的性能：高纯度、高强度、高取向度高纯度高纯度: : 聚合前的原料进行过滤； 聚合后的树脂充分洗涤； 无尘纺丝；高强度、高取向度高强度、高取向度高强度、高取向度高强度、高取向度提高聚合物分子量；采用合理的纺丝方法，如干喷湿纺。5858病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 预氧化的作用 热塑性PAN线型大分子结构耐热梯型结构（2）PAN原丝的预氧化处理5959病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 预氧化工艺条件 预氧化

48、工艺分4段控温进行： 200230250280 10% 定长或3% 皮芯结构 施加张力的目的：使纤维中形成的梯形结构取向抑制收缩收缩收缩收缩外皮结构硬实芯子结构柔软达到86%6060病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程（2）碳化处理）碳化处理低温炭化：3001000；高温炭化：11001600乱层石墨结构：形成互相平行的二维六边形石墨网状层;层与层之间有比较规则的间距;层间叠层仍是杂乱无序。6161病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程（3）石墨化处

49、理）石墨化处理 2000 3000 的高温处理，使乱层石墨结构向三维石墨结构转化。 目的：提高模量提高模量石墨化过程： 石墨晶体尺寸，结晶度，取向角，层间距d002，从而较大提高纤维的模量。石墨化：石墨化：硬碳：难石墨化软碳：易石墨化中间相沥青聚丙烯腈黏胶丝6262病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程（4）上浆与表面处理）上浆与表面处理 碳纤维的表面活性低，必须进行表面处理（氧碳纤维的表面活性低，必须进行表面处理（氧化和上浆）以提高纤维表面的活性，从而提高复合材化和上浆）以提高纤维表面的活性，从而提高复合材料的性能。料的

50、性能。 上浆的作用上浆的作用上浆的作用上浆的作用： 保护碳纤维，防止损伤与起毛，保护碳纤维，防止损伤与起毛， 作为碳纤维和树脂的偶联剂。作为碳纤维和树脂的偶联剂。6363病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2）沥青基碳纤维的制造）沥青基碳纤维的制造沥青基碳纤维的原料： 天然沥青 煤焦油沥青 石油沥青 热解沥青 合成沥青指标:元素组成，以H/C 表示；软化点；分子量范围大小沥青沥青：多种芳环缩聚物的混合物；软化点100200，相对分子质量分布很宽，平均相对分子质量在200以上，含碳量大于70% 。6464病原体侵入机体，消

51、弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 通过溶剂使沥青分离成不同组分：沥青苯或甲苯抽提不溶物喹啉不溶物树脂树脂（高分子树脂）（高分子树脂）喹啉溶解树脂树脂（中分子树脂）（中分子树脂）可溶物树脂树脂（低分子树脂）（低分子树脂）树脂:20006565病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程（1 1）各向同性碳纤维的制作）各向同性碳纤维的制作沥青碳纤维的类型：沥青碳纤维的类型： 通用级碳纤维，各向同性沥青碳纤维；通用级碳纤维，各向同性沥青碳纤维； 中间相沥青碳纤维中间相沥青碳纤

52、维沥青的调制 化学组成分子量大小和分布流动性将原料沥青的杂质微粒(4m)去除后经加热处理，制成软化点180以上的沥青6666病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程（2）中间相沥青碳纤维的制备 中间相沥青的调制中间相沥青的调制沥青喹啉80120除去喹啉不溶物中间相沥青300350 脱氢缩合纺丝不熔化处理碳化石墨化6767病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酸性气体酸性气体250-400250-400空气中进行处理2753506868病原体侵入机体，消弱

53、机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.3.3 碳纤维的结构1 1）理想的石墨晶体结构）理想的石墨晶体结构 石墨晶体结构与乱层结构图石墨晶体结构与乱层结构图a石墨晶体的重叠状态；b乱层结构的重叠状态6969病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2）CF的结构的结构石墨层片石墨层片石墨微晶石墨微晶（乱层结构）（乱层结构）石墨原纤石墨原纤（条带结构）（条带结构）碳纤维碳纤维一级结构单元La20nm二级结构单元数张数张或数或数十张十张三级结构是宽度约为20 nm，长度为几百纳

54、米的细长条带结构。 微晶之间被无定形结构隔开。 乱层结构；层片之间的距离较理想晶体大条带不是笔直沿纤维方向；条带之间有针形孔隙，孔隙与纤维轴有一定夹角。 7070病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程n 二维有序的乱层结构； n 层片之间的距离较理想晶体大；n 石墨微晶尺寸、层片间距d002及石墨化程度等与制造过程的热处理温度HTT和时间有关。 石墨化程度计算公式：HTTLa，Lc，d002， 。 石墨微晶与理想石墨晶体的结构差别差别：7171病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁

55、殖，引起不同程度的病理生理过程3）CF结构与性能的关系结构与性能的关系（1 1）热处理温度（）热处理温度（HTTHTT）对）对CFCF强度和模量的影响强度和模量的影响 模量升高是因为：HTTLaLc E；HTT d002 E；HTT(张力) E 。HTT升高，模量提高，强度会出现峰值。7272病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程有个极值： 一方面，一方面，HTT升高，原纤之间或微晶之间的交联键数目增加，升高，原纤之间或微晶之间的交联键数目增加，并且并且 、d002、导致碳键密度、导致碳键密度。 另一方面，另一方面，HTT

56、升高，使升高，使有如下的原因：有如下的原因： T微晶尺寸空隙数目但空隙尺寸应力集中； 微晶尺寸小时，晶界面积大，裂纹扩展消耗能量大； 高温牵伸，有可能拉断原纤之间的交联键，削弱晶界之间的结合力； 皮芯结构的皮和芯的热膨胀系数不同，温度升高，残余应力增大； 高温下碳纤维表面碳的蒸发，引起表面缺陷。7373病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程（2 2）润湿与粘接）润湿与粘接 表面处理表面处理（3 3）PANPAN原丝本身质量、缺陷影响碳纤维的性能原丝本身质量、缺陷影响碳纤维的性能 原丝分子量适中、多分散性小、取向度大；原丝分

57、子量适中、多分散性小、取向度大； 原丝中空隙、杂质少；原丝中空隙、杂质少； 原丝的直径均一原丝的直径均一7474病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.3.4 碳纤维的性能1 1）力学性能）力学性能）力学性能）力学性能 强度高、模量大。强度高、模量大。 脆性大，冲击性能差脆性大，冲击性能差 7575病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2 2）物理性能）物理性能）物理性能）物理性能 （1 1）热性能：耐高低温性能好；）热性能：耐高低温性能好； 导热性

58、好，导热系数高；导热性好，导热系数高；6.5W/(m.K)6.5W/(m.K) 线膨胀系数沿纤维轴向具有负的温度效应，即线膨胀系数沿纤维轴向具有负的温度效应，即温度升高，碳纤维收缩；温度升高，碳纤维收缩； （2 2）与树脂粘接性差）与树脂粘接性差 3 3）化学性能）化学性能）化学性能）化学性能 （1 1）氧化性）氧化性 200290200290空气中发生氧化反应，其耐热性空气中发生氧化反应，其耐热性在空气中比玻纤差在空气中比玻纤差 （2 2）耐腐蚀性）耐腐蚀性 能被强氧化剂氧化，如浓硝酸、次氯酸及重铬能被强氧化剂氧化，如浓硝酸、次氯酸及重铬酸钾等。一般酸碱对它影响小，比玻璃纤维具有更好酸钾等。

59、一般酸碱对它影响小，比玻璃纤维具有更好的耐腐蚀性。耐水性比玻纤好。的耐腐蚀性。耐水性比玻纤好。4 4）其他性能）其他性能）其他性能）其他性能: : 导电性好，比电阻：导电性好，比电阻：755u.cm755u.cm7676病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程碳纤维与玻璃纤维性能比较碳纤维与玻璃纤维性能比较 性能 玻璃纤维 碳纤维密度（g/cm3） 2.52.6 1.75(高强) 1.92.0（高模）模量（GPa） 70 220250 390460强度（GPa） 4.0（高强2#） 2.5 （3.53） 1.42.1断裂伸长

60、率（%） 2.6 1.0 0.5电阻率（.cm） 10111018 755*10-6导热系数（W/m.K） 0.034 6.5 77772.3.5碳纤维的品质和规格使用最多，最普遍的是日本东丽公司T300一类的碳纤维，如Torayca T300B 3000-40B,丝束单丝数量3000根。7878病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.3.6 碳纤维的发展碳纤维的发展(20112011第三次课第三次课) )1 1）产品性能不断提高）产品性能不断提高2 2）中模高强型碳纤维的开发）中模高强型碳纤维的开发p58p58表表2-

61、182-183 3）高强高模）高强高模MJMJ系列碳纤维系列碳纤维4 4）高模量沥青基碳纤维）高模量沥青基碳纤维高强度，提高50100%；断裂应变提高，25%；模量提高，30%7979病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.4 芳纶芳纶 芳香族聚酰胺（芳香族聚酰胺（PAPA）纤维：高强、高模、且韧性好。）纤维：高强、高模、且韧性好。 19351935年年 美国杜邦公司美国杜邦公司 CarothersCarothers发明脂肪族聚酰胺；发明脂肪族聚酰胺； 2020世纪世纪6060年代，美国杜邦公司年代，美国杜邦公司 聚间苯

62、二甲酰间苯二聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，正式商品名为胺纤维，正式商品名为NomexNomex； 19661966年，杜邦公司年，杜邦公司 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维；聚对苯二甲酰对苯二胺纤维； 1971 1971年，产业化，商品名为年，产业化，商品名为KevlarKevlar。 19741974年，美国正式把芳香族聚酰胺命名为：年，美国正式把芳香族聚酰胺命名为：AramidAramid。 一种人工合成的长链聚酰胺纤维，其中至少一种人工合成的长链聚酰胺纤维，其中至少85%85%的酰胺键直接与的酰胺键直接与两个两个两个两个苯环基团连接。苯环基团连接。8080病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内

63、环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.4.1高模量有机纤维高模量有机纤维 高性能纤维在结构上有三个共同特点：高性能纤维在结构上有三个共同特点：n n非常高的分子取向（结晶度）非常高的分子取向（结晶度）n n有序的侧向排列有序的侧向排列n n非常低的轴向缺陷含量非常低的轴向缺陷含量已商业化的高性能有机纤维有：已商业化的高性能有机纤维有： 1 1）刚性分子链有机纤维）刚性分子链有机纤维 （1 1）芳香族聚酰胺纤维（芳纶）芳香族聚酰胺纤维（芳纶） （2 2）聚芳酯纤维）聚芳酯纤维 8181病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁

64、殖，引起不同程度的病理生理过程（3 3）聚苯并噁唑（）聚苯并噁唑（）聚苯并噁唑（）聚苯并噁唑（PBOPBO）纤维）纤维）纤维）纤维 （1 1）聚乙烯（）聚乙烯（UHMWPEUHMWPE）纤维）纤维（2 2）聚乙烯醇纤维）聚乙烯醇纤维2 2）柔性分子链有机纤维）柔性分子链有机纤维）柔性分子链有机纤维）柔性分子链有机纤维聚亚苯基苯并二噁唑聚亚苯基苯并二噻唑8282病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.4.2 芳纶的种类芳纶的种类 有间位和对位两种，对位的被用作先进复合材料。有间位和对位两种，对位的被用作先进复合材料。如凯夫

65、拉纤维。如凯夫拉纤维。1 1）间位芳香族聚酰胺）间位芳香族聚酰胺优点：高温性能好；绝热性能好；尺寸稳定性好，具有难燃自熄性，氧化稳定性好等，缺点：强度、模量低强度、模量低 p不作增强材料；p用作夹层结构使用最多的夹芯材料 ；美国杜邦的Nomex，芳纶13138383病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2）对位芳香族聚酰胺）对位芳香族聚酰胺（1 1）聚对苯甲酰胺）聚对苯甲酰胺（2 2）聚对苯二甲酰对苯二胺）聚对苯二甲酰对苯二胺PPTAPPTA芳纶14美国杜邦公司：kevlar纤维；荷兰阿克苏的Twaron；芳纶141484

66、84病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.4.3 Kevlar 纤维的制备纤维的制备分缩聚缩聚和纺丝纺丝两步： 制备出高分子量的对苯二甲酰氯对苯二胺聚合物； 通过干喷湿纺的液晶纺丝工艺制备纤维。550热处理8585病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1.界面缩聚界面缩聚 界面的产生、更新二胺的扩散速率 一、聚合物的制备一、聚合物的制备与普通界面缩聚原理一致。与普通界面缩聚原理一致。 对苯二胺溶于水中对苯二胺溶于水中 对苯二甲酰氯溶于与水不对苯

67、二甲酰氯溶于与水不相混溶的有机溶剂中相混溶的有机溶剂中8686病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.低温溶液缩聚 单体在非质子性极性溶剂如二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮NMP等酰胺型溶剂中的进行的缩聚反应。 反应条件比较温和，可在室温下进行，因此可以避免副反应发生，得到高分子量的聚合物。关键因素：纯度（%） 特性粘数 99.91 5.50 99.70 4.30 99.42 3.92单体的纯度纯度8787病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程二、PP

68、TA的纺丝成型纺丝技术：典型由刚性链聚合物形成液晶性纺 丝溶液，即干喷湿纺干喷湿纺1 1）纺丝原液的制备）纺丝原液的制备 PPTAPPTA的纺丝：浓硫酸为溶剂，的纺丝：浓硫酸为溶剂， 形成具有形成具有溶致型液晶体系溶致型液晶体系溶致型液晶体系溶致型液晶体系的大分子溶液的大分子溶液质子化作用，促进溶解过程8888病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 液晶液晶液晶液晶： 是介于液体和晶体间的中间相，宏观上具有是介于液体和晶体间的中间相，宏观上具有液体液体液体液体的流动性和连续性的流动性和连续性的流动性和连续性的流动性和连续性

69、，微观上具有，微观上具有晶体的有序性晶体的有序性晶体的有序性晶体的有序性，在光、，在光、电、力性质上各向异性。电、力性质上各向异性。 向列型液晶向列型液晶（分子轴向排列）、近晶型液晶（分子层状排列）和胆甾型液晶（分子层状排列，螺旋结构）。 8989病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程PPTA黏度与浓度的关系黏度与浓度的关系临界浓度临界浓度黏度与温度的关系黏度与温度的关系高浓度、低粘度高浓度、低粘度9090病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3 3）

70、干湿法纺丝）干湿法纺丝）干湿法纺丝）干湿法纺丝- -干喷湿纺干喷湿纺干喷湿纺干喷湿纺采用干喷湿纺干喷湿纺干喷湿纺干喷湿纺的原因： 90时，1820%的纺丝液处于可纺性良好的低粘度区； 低温凝固浴的温度为05； 中间空气层间隙可使高温喷丝头和低温凝固浴保持温差在空气层中进行适宜的喷头拉伸，增加取向度纺丝速度也比湿式纺丝快得多干喷湿纺的优点优点：9191病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程凝固液流设计：凝固液流设计：利用凝固液流的流动将喷丝孔流出的聚合物溶液边凝固边取向保护尚无强度的初生丝不被拉断若加大凝固液的流速，可直接制

71、得短纤维喷丝头拉伸比喷丝头拉伸比卷绕速率/喷丝速率9292病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程4）热处理）热处理 Kevlar-29Kevlar-29150550150550Kevlar-49Kevlar-49张力张力热处理的热处理的目的目的目的目的： 使分子链进一步取向，提高结晶率（使分子链进一步取向，提高结晶率（96%96%），）， 纤维的纤维的 EE但但 fufu 。9393病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.4.4 Kevlar纤维的结

72、构纤维的结构n n1）化学结构 PPTA分子间缠结少，刚性很强。 含有大量苯环，内旋转困难，处于拉伸状态的刚性伸直链晶体； 苯环与酰胺键交替排列，全处于对位，规律性好，对称性好，结晶性好； 分子间有氢键，形成梯形化合物。与其他纤维结构的比较：与其他纤维结构的比较： 聚酯纤维：聚对苯二聚酯纤维：聚对苯二甲酸乙二醇酯；甲酸乙二醇酯； 尼龙尼龙纤维；碳纤维纤维；碳纤维9494病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程结构对性能的影响结构对性能的影响 模量高。模量高。Kevlar49Kevlar49：125GPa125GPa， 刚性大

73、刚性大 强度高。强度高。Kevlar49Kevlar49：3.62GPa3.62GPa 各向异性。各向异性。 韧性比韧性比CFCF好。主链仍有柔性链节。好。主链仍有柔性链节。 耐热性好。尺寸稳定性好。耐热性好。尺寸稳定性好。 刚性结构，玻璃化转变温度高于刚性结构，玻璃化转变温度高于300300。 耐腐蚀性耐腐蚀性 耐大多数有机溶剂，但耐强酸强碱能力较差。耐大多数有机溶剂，但耐强酸强碱能力较差。9595病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2）微观结构）微观结构 微纤的宽度为0.4um，长度不等，最长可达几十微米。 微纤又是

74、由更小的结构单元-椭圆形片状结构依次相互交叠组成。 椭圆形片状结构相互交叠的部分，分子链是相互贯穿的。9696病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.4.5 Kevlar 49纤维的性能纤维的性能n n1）力学性能 名称 密度/gcm-3 强度/GPa 模量/GPa 伸长率/%E-玻璃纤维 2.54 3.43 72.5 3.0碳纤维T300 1.76 3.53 230 1.5Kevlar-49 1.45 3.62 125 2.5(5) （6 6）各向异性）各向异性 （7 7）抗压性能、抗扭性能差抗压性能、抗扭性能差抗压性

75、能、抗扭性能差抗压性能、抗扭性能差。 （8 8）强度分散性大。）强度分散性大。 （9 9）纺织性能好。）纺织性能好。 （1010）抗蠕变性好，抗疲劳性好）抗蠕变性好，抗疲劳性好9797病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 2 2）热性能）热性能 良好的热稳定性和耐低温性能；良好的热稳定性和耐低温性能； 耐火，不燃烧；耐火，不燃烧； 高温下不熔融；高温下不熔融； 热胀系数各向异性热胀系数各向异性 3 3）化学性能）化学性能 耐有机溶剂，除强酸、强碱；耐有机溶剂，除强酸、强碱； 由于苯环存在，由于苯环存在，耐紫外光性能差耐紫

76、外光性能差耐紫外光性能差耐紫外光性能差，避光保存。，避光保存。 吸水性：吸水性：6%6%的水，使强度下降；的水，使强度下降； 4 4）其它性能）其它性能 与树脂的界面黏结性差，甚至比与树脂的界面黏结性差，甚至比与树脂的界面黏结性差，甚至比与树脂的界面黏结性差，甚至比CFCF还差还差还差还差。 介电性能好。介电性能好。 应用：书应用：书p71p719898病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.5 其他增强纤维其他增强纤维2.5.1 2.5.1 硼纤维（硼纤维（BFBF） 成本高，直径大，质硬、不能编制导致成型性差，成本高

77、，直径大，质硬、不能编制导致成型性差，已被碳纤维取代。已被碳纤维取代。2.5.2 2.5.2 碳化硅纤维碳化硅纤维1 1）化学气相沉积法）化学气相沉积法 用烷基硅烷，在钨丝或碳丝上气相沉积碳化硅用烷基硅烷，在钨丝或碳丝上气相沉积碳化硅9999病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2 2）先驱体法碳化硅纤维）先驱体法碳化硅纤维 日本碳公司：日本碳公司：NicalonNicalon 将将烷烷基基硅硅烷烷聚聚合合纺纺丝丝制制成成有有机机纤纤维维，经经高高温温处处理理后后得得到到 型型微微晶晶SiCSiC连连续续纤纤维维，其其基基

78、本本组组成成是是超超微微碳碳化化硅粒子。硅粒子。高压釜反应裂解重排聚碳硅烷先驱丝350熔融纺丝空气中不熔化处理不溶不熔化纤维碳化硅纤维1300炭化100100病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.5.4超高分子量聚乙烯纤维 超轻、高比强度、高比模量、成本低的高性能有机超轻、高比强度、高比模量、成本低的高性能有机纤维。纤维。 1975 1975年，年，荷兰荷兰荷兰荷兰DSMDSM公司首先发明采用冻胶纺丝公司首先发明采用冻胶纺丝- -超超倍拉伸技术制备出倍拉伸技术制备出UHMWPEUHMWPE纤维，打破只能由刚性高分纤维，

79、打破只能由刚性高分子制取高强、高模纤维的局面。商品名子制取高强、高模纤维的局面。商品名DyneemaDyneema。 日本日本东洋纺东洋纺东洋纺东洋纺公司与公司与DSMDSM公司合作，提高了其性能。公司合作，提高了其性能。 19851985美国美国联合信号联合信号联合信号联合信号公司购买了公司购买了DSMDSM的专利权，生产的专利权，生产出商品名为出商品名为SpectraSpectra的纤维。纤维强度和模量超过杜邦的纤维。纤维强度和模量超过杜邦的的KevlarKevlar纤维。纤维。 19991999年日本三井石化公司以石蜡为溶剂的年日本三井石化公司以石蜡为溶剂的“ “半熔纺半熔纺” ”技术技

80、术, Tekmilon, Tekmilon纤维。纤维。 20002000年中国宁波大成化纤公司年中国宁波大成化纤公司101101病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1. 超高分子量聚乙烯纤维的制造技术超高分子量聚乙烯纤维的制造技术 聚合物具有高强度的条件：n n 非常高的分子取向（结晶度）；n n 有序的侧向排列；n n 非常低的轴向缺陷含量；n n 高的或超高的相对分子质量。 分子量在百万以上 各种成纤方法：熔融黏度极高，成纤困难。 102102病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位

81、生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 半稀溶液凝胶纺丝超倍热拉伸法半稀溶液凝胶纺丝超倍热拉伸法 目前最适合工业化的方法。目前最适合工业化的方法。 凝胶纺丝的机理：凝胶纺丝的机理： 分子量大分子量大 常规纺丝方法聚合物的分子量相对较小，通用质常规纺丝方法聚合物的分子量相对较小，通用质量的聚合物链的分子末端多，而末端是形成纤维缺陷量的聚合物链的分子末端多，而末端是形成纤维缺陷的主要原因。的主要原因。 分子量增大，末端缺陷减少，纤维强度增加。分子量增大，末端缺陷减少，纤维强度增加。分子量增大，末端缺陷减少，纤维强度增加。分子量增大，末端缺陷减少，纤维强度增加。 最大拉伸倍数最大拉伸倍数 聚合物分子链

82、特别是柔性链大分子往往成卷曲状聚合物分子链特别是柔性链大分子往往成卷曲状态，常规的纺丝方法拉伸倍数小，无法使柔性链沿轴态，常规的纺丝方法拉伸倍数小，无法使柔性链沿轴向充分伸展。向充分伸展。103103病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程凝胶丝条形成：凝胶丝条形成： 聚乙烯凝胶丝具有聚乙烯凝胶丝具有两相结构两相结构两相结构两相结构： 网络骨架：由聚乙烯占网络骨架：由聚乙烯占3040%3040%的浓溶液组成，微孔的浓溶液组成，微孔中充满了聚乙烯浓度为中充满了聚乙烯浓度为0.40.5%0.40.5%的稀溶液。的稀溶液。 为不稳

83、定体系。为不稳定体系。凝胶丝条的超倍拉伸：凝胶丝条的超倍拉伸： 至少至少2020倍以上，倍以上，100100倍。倍。104104病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2）UHMWPE的性能的性能 力学性能 轴向拉伸强度：3.4GPa，断裂伸长率为35%，密度0.97,只有芳纶的2/3,高模碳纤维的1/3。 105105病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程耐冲击性能各种纤维的冲击强度106106病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 耐化学腐蚀性 分子链中无弱键，同时具有高度的分子取向和结晶，使其具有良好的耐化学腐蚀性。 耐热性 普通PE：134； 低温-3080100下使用 107107病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3）UHMWPE 的应用的应用高强绳索防弹衣 吸收冲击能量的能力，且由于密度小，比能量吸收也非常高，同时具有很好的纤维加工性。耐割破和耐刺穿防护服 比如击剑服复合材料增强体108108