常用的复合材料.ppt

* 6.3 常用的复合材料 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 （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、减摩耐磨性、耐蚀性及耐热性。缺点是纤维与基体结合力低。 （4）碳化硅纤维树脂复合材料 由碳化硅纤维与环氧树脂组成的复合材料，具有高的比强度、比模量。 （5）Kevlar纤维树脂复合材料 由Kevlar纤维与环氧、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等树脂组成。主要性能特点是抗拉强度大于玻璃钢，而与碳纤维―环氧树脂复合材料相似；延性好，与金属相当；其耐冲击性超过碳纤维增强塑料；其疲劳抗力高于玻璃钢和铝合金；减振能力为钢的8倍。 3．纤维―金属（或合金）复合材料 纤维增强金属复合材料是由高强度、高模量的脆性纤维（碳、硼、碳化硅纤维）与具有较高韧性及低屈服强度的金属（铝及其合金、钛及其合金、铜及其合金、镍合金、镁合金、银铅等）组成，具有高的横向力学性能、高的层间剪切强度；冲击韧性好、高温强度高、耐热性、耐磨性、导电性、导热性好；不吸湿、尺寸稳定性好、不老化等优点。 （1）纤维―铝（或合金）复合材料 1）硼纤维―铝（或合金）基复合材料。 硼和铝在高温易形成AlB2，与氧易形成B2O3