材料科学与工程导论课件作者王高潮第七章节.ppt

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 碳纤维的分类   当前,国内外巳商品化的碳纤维种类很多,一般可以根据原丝的类型、碳纤维的性能和碳纤维的用途等三种方法进行分类。 1.根据碳纤维的性能分类   (1) 高性能碳纤维   在高性能碳纤维中,有高强度碳纤维、高模量碳纤维、中模量碳纤维等。   (2)低性能碳纤维   这类碳纤维中,有耐火纤维、碳质纤维、石墨纤维等。 2.根据原丝类型分类   (1)聚丙烯腈基纤维;   (2)粘胶基碳纤维;   (3)沥青基碳纤维;   (4)木质素纤维基碳纤维;   (5)其他有机纤维基(各种天然纤维、再生纤维、缩合多环芳香族合成纤维)碳纤维。 3.根据碳纤维功能分类      (1)受力结构用碳纤维      (2)耐焰碳纤维      (3)活性碳纤维(吸附活性)      (4)导电用碳纤维      (5)润滑用碳纤维      (6)耐磨用碳纤维 (二)、有机纤维(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。 一、纤维增强复合材料 1.常用增强纤维 主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、Kevlar有机物纤维等。 玻璃纤维绳 玻璃纤维布 玻璃纤维绳 玻璃纤维纸 纳米碳管纤维 碳纤维绳 第四节 常用复合材料 (1)玻璃纤维 按玻璃纤维中Na2O和K2O的含量不同,可将其分为无碱纤维(碱的质量分数2%)、中碱纤维(碱的质量分数为2%~12%)、高碱纤维(碱的质量分数12%)。随着碱量的增加,玻璃纤维的强度、绝缘性、耐蚀性降低。 特点:强度高,抗拉强度可达1000~3000MPa;弹性模量比金属低得多,为(3~5)×104MPa;密度小,为2.5~2.7g/cm3;化学稳定性好;不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸声、绝缘等。 缺点:脆性较大、耐热性低,250℃以上开始软化。 优点:价格便宜、制作方便 (2)碳纤维 碳纤维是人造纤维(粘胶纤维、聚丙烯腈纤维等),是在200~300℃空气中加热并施加一定张力进行预氧化处理,然后在氮气的保护下于1000~1500℃的高温中进行碳化处理而制得。其碳含量Wc85%~95%。由于其具有高强度,因而称高强度碳纤维,也称Ⅱ型碳纤维。 在2500~3000℃高温的氩气中进行石墨化处理,就可获得含碳量为Wc98%以上的碳纤维,又称石墨纤维或高模量碳纤维,也称Ⅰ型碳纤维。 特点:与玻璃纤维相比,碳纤维具有密度小(1.33~2.0g/㎝3),弹性模量高(2.8~4×105MPa);高温及低温性能好,导电性好、化学稳定性高、摩擦因数小、自润湿性好。 缺点:脆性大、易氧化 (3)硼纤维 它是用化学沉积法将非晶态的硼涂覆到钨丝上而制得的。具有高熔点(2300℃)、高强度(2450~2750MPa)、高弹性模量(3.8~4.9×105MPa)。具有良好的抗氧化性、耐蚀性。 缺点:密度大、直径较粗及生产工艺复杂、成本高、价格昂贵。 (4)碳化硅纤维 它是用碳纤维作底丝,通过气相沉积法而制得。具有高熔点、高强度、高弹性模量。其突出特点是具有优良的高温强度,在1100℃时其强度仍高达2100MPa。 (5)Kevlar有机纤维(芳纶、聚芳酰胺纤维) 特点:比强度、比模量高;其强度可达2800~3700MPa;密度小,只有1.45 g/㎝3;耐热性比玻璃纤维好。它还具有优良的抗疲劳性、耐蚀性、绝缘性和加工性。 2.纤维―树脂复合材料 (1)玻璃纤维―树脂复合材料 亦称玻璃纤维增强塑料,也称玻璃钢。 1)热塑性玻璃钢 它是由20%~40%的玻璃纤维和60%~80%的热塑性树脂(如尼龙、ABS等)组成,具有高强度和高冲击韧性,良好的低温性能及低热膨胀系数。 2) 热固性玻璃钢 它是由60%~70%玻璃纤维(或玻璃布)和30%~40%热固性树脂(环氧、聚酯树脂等)组成。 主要优点:密度小、强度高,耐蚀性、绝缘性、绝热性好;吸水性、防磁、微波穿透性好,易于加工成型。 缺点:弹性模量低,热稳定性不高,只能在300℃以下工作。 (3)硼纤维―树脂复合材料 主要由硼纤维与环氧、聚酰亚胺等树脂组成。具有高的比强度、比模量,良好的耐热性。其缺点是各向异性明显。 (2)碳纤维―树脂复合材料 最常用的是碳纤维与聚酯、酚醛、环氧、聚四氟乙烯等树脂组成的复合材料,具有高强度、高弹性模量、高比强度和比模量,还具有优良的抗疲劳性能、耐冲击性能、自润滑性、减摩

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