聚合物基复合材料--知识点总结.doc

第二章增强材料

增强材料的品种：

1〕无机纤维：〔1〕玻璃纤维

〔2〕碳纤维：?聚丙烯腈碳纤维?沥青基碳纤维

〔3〕硼纤维，〔4〕碳化硅纤维，〔5〕氧化铝纤维

2〕有机纤维：〔1〕刚性分子链——液晶〔干喷湿纺〕：

?对位芳酰胺?聚苯并噁唑?聚芳酯

〔2〕柔性分子链：?聚乙烯?聚乙烯醇

玻璃纤维的分类：

1〕按化学组成份：有碱玻璃纤维，碱金属含量12%；中碱玻璃纤维，碱金属含量6%~12%；低碱玻璃纤维，碱金属含量2%~6%；微碱玻璃纤维，碱金属含量2%

2〕按纤维使用特性分：普通玻纤〔A-GF〕；电工玻纤〔E玻纤〕；高强玻纤〔S玻纤或R玻纤〕；高模玻纤〔M-GF〕；耐化学药品玻纤〔C玻纤〕……

3〕按产品特点分：长度〔定长玻纤6-50mm，连续玻纤〕；直径〔粗纤维30μm，初级纤维20μm，中级纤维10-20μm，高级纤维3-9μm〕；外观〔连续纤维，短切纤维，空心玻纤，磨细纤维和玻璃粉〕

3.玻璃纤维的制备：目前生产玻璃纤维最多的方法有坩埚拉丝法〔玻璃球法〕和池窑拉丝法〔直接熔融法〕

4.玻璃纤维的力学特性：

1〕玻璃纤维的拉伸应力--应变关系：玻璃纤维直到拉断前其应力-应变关系为一条直线，无明显的屈服、塑性阶段，呈脆性材料特征

2〕玻璃纤维的拉伸强度较高，但模量较低；解释：

〔1〕Griffith微裂纹理论：

玻璃在制造过程中引入许多微裂纹，受力后裂纹尖端应力集中。当应力到达一定值时，裂纹扩展，材料破坏。所以，缺陷尺寸越大，越多，应力集中越严重，导致强度越低

〔2〕分子取向理论：

玻纤在制备过程中，受到定向牵引力作用，分子排列更规整，所以玻纤强度更大。

3〕玻璃纤维强度特点：单丝直径越小，拉伸强度σb越高；试样测试段长度L越大，拉伸强度σb越低。这两点结果被称为玻璃纤维强度的尺寸效应和体积效应，即体积或尺寸越大，测试的强度越低

4〕缺点：?强度分散性大，生产工艺影响?强度受湿度影响，吸水后，湿态强度下降?拉伸模量较低〔70GPa〕，断裂伸长率约为2.6%

5.玻璃纤维纱的常用术语、参数：〔填空〕

1〕原纱：指玻璃纤维制造过程中的单丝经集束后的单股纱

2〕表示纤维粗细的指标：?支数β：指1g原纱的长度(m)，支数越大表示原纱越细?特(tex)：指1000m长原纱的质量(g)，tex数越大，纱越粗?旦、袋(den)：指9000m长原纱的质量(g)，den数越大纱越粗

3〕捻度：表示纱的加捻程度，指每米长原纱的加捻数，即捻/m。S：右捻，Z：左捻。增加抱合力

4〕股数N：指由几根原纱合股组成。纱的合股数指以一根原纱为一股，几根原纱合并起来的原纱根数即为合股纱的合股数N。玻璃纱的公称支数为原纱支数除以股数〔β=β0/N〕

预氧化阶段施加张力的目的，是使纤维中形成的梯形结构取向。热定型后的聚丙烯纤维在温度高于玻璃化温度后，在纤维长轴方向上会发生收缩。预氧化过程前期为物理收缩，表现为取向度急剧下降；后期是化学收缩，其特征是纤维出现空洞。无论是物理收缩还是化学收缩，都会使纤维力学性能显著减弱。所以，从而促进腈基的环化，获得稳定的环化结构，提高梯形结构的取向度，最终使纤维的拉伸强度和弹性模量显著提高

7石墨化的处理：

CF结构与性能的关系：

1〕热处理温度〔HTT)对CF强度和模量的影响：热处理温度的提高，碳纤维模量的提高，强度会出现峰值

2〕润湿与粘接：外表缺陷小，与树脂润湿性差，需外表处理

3〕缺陷是影响CF强度的重要因素：缺陷〔内部杂质、外来杂质、裂缝、空穴、气泡、外表污染〕缺陷来源：原丝存在的缺陷〔杂质、裂缝〕，碳化过程产生缺陷〔空穴、气泡〕

碳纤维的力学性能：碳纤维的模量随碳化过程处理温度的提高而提高，只是因为随碳化温度升高，结晶区的长大，碳六元环规整排列区域扩大，结晶区域温度提高。经2500℃高温处理〔也可陈作石墨化处理〕后，陈高模量碳纤维〔或石墨纤维〕--I型碳纤维。在1300-1700℃范围内处理的碳纤维称为高强度碳纤维或称II型碳纤维

高性能有机纤维：〔1〕三个共同特点：?非常高的分子取向〔结晶度〕?有序的侧向排列?非常低的轴向缺陷含量

刚性分子链有机纤维：?芳香族聚酰胺纤维〔芳纶〕?聚芳酯纤维?聚苯并噁唑〔BPO〕纤维

柔性分子链有机纤维：?聚乙烯纤维?聚乙烯醇纤维

Kevlar-49化学结构的三个特点?含大量苯环，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