复合材料第三章1复合材料的增强体.ppt

* （2）纤维纱的制造：通过原丝的退绕、加捻、并股、络纱而制成的玻璃纤维成品纱为有捻纱，直接并股、络纱制成的为无捻纱。 （3）玻璃布的制造：将有捻纱或无捻纱经过纺织工艺可制成各种玻璃布。 （4）玻璃纤维制品的制造：除了以上的各种制品，玻璃纤维还可制成其它制品，如滤布、防虫网等。 * （3）玻璃布的制造：将有捻纱或无捻纱经过纺织工艺可制成各种玻璃布。 （4）玻璃纤维制品的制造：除了以上的各种制品，玻璃纤维还可制成其它制品，如滤布、防虫网等。 * * * （4）玻璃纤维制品的制造：除了以上的各种制品，玻璃纤维还可制成其它制品，如滤布、防虫网等。 * 2.3 玻璃纤维的结构和化学组成 （1）玻璃纤维的结构： 玻璃纤维结构理论有晶子说、无规网络学说、过冷液体说、五角十二面体说、仲晶说、聚合说等。较为流行的是晶子说和无规网络说。 玻璃纤维具有比块体玻璃高许多倍的强度 玻璃纤维具有良好的柔曲性 玻璃纤维结构与块体玻璃是相同的 ！ * 玻璃结构的两种假说： 微晶假说： 列别捷夫认为，玻璃是有无数二氧化硅的“微晶子”所组成。所谓晶子，不同于一般的微晶，是带有点阵变形的有序区域，它们分散在无定型介质中。晶子学说揭示了玻璃结构的微观不均匀性，并以“晶子”描述了短程有序性。 * 网络假说： 以石英玻璃为例，每个硅原子与周围四个氧原子形成硅氧四面体[SiO4]，这些四面体相互之间通过共有顶角连接，从而构成三维网络。由于网络中的四面体排列不规则，故与晶态石英的结构有所不同。钠、钾、钙、镁等阳离子无序、均匀地分布在不规则的三维网络的空隙中。这一理论不能解释微观不均匀性和短程有序性。 二氧化硅四面体的三维网络结构是决定玻璃性能的基础，阳离子称为网络改性物。 * 玻璃纤维的结构特点： 具有短程有序、长程无序的特点。 玻璃纤维的性能特点: 具有各向同性，杨氏模量、热膨胀系数等性能，在纤维的轴向和径向都是相同的。 * （2）玻璃纤维的化学组成： SiO2： 硅酸盐玻璃主要成份（玻璃的骨架） B2O3： 硼酸盐玻璃的主要成分； Na2O、K2O： 制造玻璃的助熔剂 降低玻璃熔化温度和玻璃液粘度 但也降低强度、电绝缘性 CaO： 加速玻璃熔化，提高玻璃稳定性 Al2O3： 提高机械强度、降低热膨胀系数等。 * 2.4 玻璃纤维的性能 2.4.1 物理性能 （1）外观和相对密度 玻璃纤维表面呈光滑的圆柱，其横断面几乎是完整的圆型，这种外观不利于纤维和基体材料的黏结，但却有利于复合材料制备过程中增强体体积含量的提高。玻璃纤维的直径为1.5 ~ 25 微米，大多数为4 ~ 14 微米。玻璃纤维的密度为2.16 ~ 4.30 g/cm3，较有机纤维大很多，但比一般的金属密度低，跟铝相当。 * 表3.1 各种纤维的密度 纤维种类 密度（g/cm3） 纤维种类 密度（g/cm3） 羊毛 1.28~1.33 尼龙 1.14 蚕丝 1.30~1.45 碳纤维 1.4 棉花 1.50~1.60 玻璃纤维（无碱） 2.6~2.7 人造丝 1.50~1.60 玻璃纤维（有碱） 2.4~2.7 * （2）力学性能 拉伸强度： 玻璃纤维具有很高的拉伸强度，较之块体玻璃有几十倍的提高，甚至比高强合金钢还高。 一般地，玻璃纤维含碱量越高，强度越低； 在湿气环境中有碱玻璃比无碱玻璃更容易老化；湿气环境能加剧玻璃纤维的疲劳破坏等。 * 材料 纤维直径（微米） 拉伸强度（MPa） 材料 纤维直径（微米） 拉伸强度（MPa） 羊毛 ~15 100~300 高强合金钢 块状 1600 亚麻 16~50 350 铝合金 块状 40~460 棉花 10~20 300~700 玻璃 块状 20~120 尼龙 块状 300~600 玻璃纤维 5~8 1000~3000 表3.2 几种纤维材料和金属材料的强度 * 延伸率： 较低，一般为3%（远低于有机纤维） 直径越小，断裂延伸率越大。 弹性模量： 较低（约为钢的1/3）（只与结构有关） 弹性模量与纤维直径无关 表3.3 几种纤维和金属材料的弹性模量与延伸率 材料 弹性模量（GPa） 断裂延伸率（%） 材料 弹性模量（GPa） 断裂延伸率（%） 羊毛 6 25~35 钢 210 5~14 亚麻 30~50 2~3 铝合金 47 6~16 棉花 10~12 7.8 钛合金 96 8~12 天然丝 13 18~24 无碱玻璃 72 3.0 卡普龙纤维 3 20~25 有碱玻璃 66 2.7 * （3）耐磨性和耐折性 耐磨性： 纤维抵抗摩擦的能力 耐折性： 纤维抗折断的能力 玻璃纤维： 耐