用于增強復合材料的幾種纖維增強劑介紹

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所屬分類:塑料文章
  1. 玻璃纖維

玻璃纖維增強塑料是已獲得頗為廣泛應用的纖維增強復合材料。玻璃纖維按化學組成可分為無堿鋁硼硅酸鹽(簡稱無堿纖維)和有堿無硼硅酸鹽(簡稱中堿纖維)。玻璃纖維作為增強材料,有如下一些優點:質硬而不透水,不會腐爛和發霉,耐熱好,耐化學腐蝕,有很高的拉伸強度和理想的彈性,優良的電性能。玻璃纖維可用于增強PP、PET、PA等熱塑性塑料,也廣泛應用于熱固性塑料。

玻璃纖維增強塑料具有比強度高、耐腐蝕、隔熱、介電、容易成型等優點。玻璃纖維增強熱固性塑料的拉伸強度可達400MPa,與一般鋼材相近,而相對密度僅為鋼材的1/4。玻璃纖維增強聚丙烯已廣泛應用于汽車零部件、家電行業、飛機制造業等。玻璃纖維與基體聚丙烯的界面結合情況對復合材料的力學性能影響很大,一般需要用偶聯劑處理,或用接枝聚丙烯增容。

2.碳纖維

碳纖維是由聚丙烯腈纖維、粘膠或瀝青原絲經炭化而制成的。由于原料不同和制造方法不同,碳纖維的強度和模量也不相同。碳纖維的相對密度為1.3-1.8,而玻璃纖維的相對密度則為2.5左右;采用碳纖維增強的復合材料,其拉伸強度、彎曲強度和模量明顯高于采用玻璃纖維增強的復合材料。碳纖維的熱膨脹系數低,碳纖維復合材料的收縮率為玻璃纖維增強材料的1/2,為未增強樹脂的1/5。碳纖維增強的復合材料是一種質輕、高強的新型復合材料,不僅在航空、航天工業中有廣泛用途,而且已在體育、生活用品中獲得了應用。碳纖維還具有耐高溫、導電等特性,可進行靜電噴涂和制備抗靜電零件。

碳纖維可用于PC、PA、PP、PE等熱塑性塑料,以及環氧樹脂等熱固性塑料。

碳纖維由于價格偏高,目前主要用于汽車、飛機及軍工領域。隨著碳纖維制造工藝的改進和價格的降低,碳纖維復合材料將在所有工業部門得到應用,其中包括機器制造業、家用電器、包裝容器和設備、日常用品等。

3.芳綸纖維

芳香族聚酰胺纖維,簡稱芳綸纖維,是一種高強度、高模量且質輕的新型合成纖維。具有代表性的品種是美國杜邦公司開發的Kevlar纖維,化學組成為聚對苯二甲酰對苯二胺。Kevlar纖維的比強度為鋼絲的5倍,相對密度僅為1.43-1.45,且具有良好的耐熱性。

芳綸纖維增強復合材料(如芳綸/環氧復合材料)已成功應用于宇航、飛機、船舶、裝甲設備、體育用品、壓力容器、電子通訊等領域。芳綸纖維還可用于輪胎簾子線,制成的輪胎可承受高負荷,而且質量輕。

4.晶須

晶須是以單絲形式存在的小單晶體。晶須的種類很多,代表性品種有碳化硅晶須和硫酸鈣晶須等。晶須具有很高的強度和模量。譬如,碳化硅晶須的模量為鋼絲的4倍,拉伸強度約為鋼絲的3倍。與其他增強纖維材料相比,晶須具有更微細的尺寸和較大的長徑比。譬如,硫酸鈣晶須的長度為100-200μm,直徑僅為1-4μm。因此,將晶須添加到聚合物中,不僅很少增加熔體粘度,而且還可以使加工流動性得到改善。晶須還具有卓越的耐熱性,質量也較輕。

利用晶須對聚合物進行增強或增韌,已得到廣泛應用,主要用于汽車、機器制造、電子儀器以及航空航天等。

5.其他纖維

硼纖維也是一種新型纖維,模量高于玻纖,主要應用于航空領域。聚酯纖維和尼龍纖維,主要應用于汽車輪胎和膠帶、膠管的骨架材料。

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