第四章增强体课件.ppt

二、Kevlar纤维结构 Kevlar纤维是对苯二甲酰与对苯二胺的聚合体 ，芳环对位上的通过共价键结合，酰氨基上的氢可以根另一个链段上的酰氨基团上的羟基结合成氢键。这种聚合物具有很好的规整性，因此具有很好的结晶度 PPTA纤维的叠层结构模型 纤维中的分子在纵向上具有近乎平行于纤维轴的取向，在横向上平行于氢键片层辐射状取向。液晶纺丝时有少量正常分子杂乱取向，称为轴向条纹或氢键片层的打褶 。 三、Kevlar纤维性能 单丝强度可达3773MPa；254mm长的纤维束的拉伸强度为2744MPa，大约为铝的5倍 冲击性能，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。 弹性模量可达127～157.7GPa，比玻璃纤维高一倍，为碳纤维0.8倍 断裂伸长在3％左右，接近玻璃纤维，高于其他纤维 密度小，比重为1.44～1.45，只有铝的一半。 Kevlar纤维力学性能 几种壳体用增强纤维的性能及其壳体性能 Kevlar纤维的热稳定性 温度达487℃时尚不熔化，但开始碳化；短时间暴露在300℃以上，对强度几乎没有影响；即使在200℃下，一周后强度降低15％，模量降低4％；在150℃下作用一周后强度、模量不会下降。 另外，在低温(-60℃)不发生脆化亦不降解。 热膨胀系数各向异性。纵向热膨胀系数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/℃ Kevlar纤维化学性能 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； 耐水性也不好 在低湿低度（20％相对湿度）下芳纶的吸湿率为1％，在高湿度（85％相对湿度）下，可达7％。 芳纶的缺点 热膨胀系数具有各相异性 耐光性比较差，暴露于可见光和紫外线时会产生光致降解，使力学性能下降和颜色变化 溶解性差 抗压力强度低 吸湿性强，吸湿后纤维性能变化大 Kevlar纤维的应用 芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7～8%，航空航天材料、体育用材料大约占40%；轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右，还有高强绳索等方面大约占 13%。 利用它的轻巧品质制成手套，可使手的动作灵活自如，同时防止割伤。用以增强管道，为深海石油和天然气探勘服务；用以制造防火被褥，可满足严格要求；用以增强建筑结构，可防止房屋受到飓风和龙卷风的危害。 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，应用领域有： 1、航空航天领域 2、军事领域 3、民用、工业方面 1、航空航天领域 航空方面，各种整流罩、机翼前缘、襟翼、方向舵、安全面翼尖、尾椎窗框、地板、天花板、舱壁、舱门、行李架、座椅等。比玻璃纤维复合材料质量减少30％。还可以与飞机用的层叠混杂增强铝材，与碳纤维混用，制造波音767、777的轻量零部件 航天方面，用于火箭发动机壳体和压力容器、宇宙飞船的驾驶舱、氧气、氮气和氦气的容器以及通风管道。 2、在军事上，可以用作防护材料，如坦克、装甲车、飞机、艇的防弹板以及头盔和防弹衣。 碳纤维的表面改性 清洁表面杂质，在纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽，从类石墨层面改性成碳状结构以增加表面能；引进具有极性或反应性官能团以及形成能与树脂起作用的中间层。 碳纤维表面处理途径 ①表面清洁法 ②气相氧化法 ③液相氧化法 ④表面涂层法 世界碳纤维按应用领域需求的统计和预测 碳纤维复合材料应用 航天航空领域 宇宙飞船、人造卫星，导 弹等 汽车领域 汽车内饰，发动机罩等，省油，安全 体育娱乐 其他 防静电 电磁波防护 4.4 其他无机纤维增强材料 硼纤维 碳化硅纤维 氧化铝纤维 4.4.1　硼纤维　　 　　硼纤维（Boron Fibre,BF或Bf）是一种将硼元素通过高温化学气相法沉积在钨丝表面制成的高性能增强纤维。它具有很高的比强度和比模量，也是制造金属复合材料最早采用的高性能纤维。 　　现在硼纤维通用的制备方法是在加热的钨丝表面通过化学反应沉积硼层。 　　硼纤维的直径有100μm、140μm、200μm几种。 　　目前已研究用碳纤维代替钨丝，降低成本和密度。碳芯硼纤维比钨丝硼纤维强度下降 5%，但成本降低 25%。 　 二、硼纤维的制备 三、硼纤维的性能 具有良好的力学性能、强度高、模量高、密度小。硼纤维具有耐高温和耐中子辐射性能。　 　　在室温下，硼纤维的化学稳定性好，但表面具有活性，不需要处理就能与树脂进行复合，而且所制得的复合材料具有较高的层间剪切强度　 　 硼纤维在常温下为惰性物质，但在高温下易与金属反应。 　因此，需在表面沉积SiC层，称之为Bosic纤维。 　　硼纤维主要用于聚合物基和金属基复合材料。 四、硼纤维的应用 航天航空工业用作结构材料 在体育及娱乐用品领域的应用 在